铝钛硼晶粒细化机理
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（Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００３１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｔａｒｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｍａｓｔｅｒ ａｌｌｏｙｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｉｓ ＴｉＡｌ３ａｎｄ ＴｉＢ２．Ｂｏｔｈ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｐｌａｙ ａ ｌｅａｄｉｎｇ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｒ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｂｏｒｉｄｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ／ｐａｃｋａｇｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｐａｃｋａｇｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｈｅｌｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｓｕｐｅｒ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．
关键词 铝钛硼 二硼化钛 三铝化钛 形核 中 图 分 类 号 ：ＴＧ２９２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ Ｇｒａｉｎ Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ＴＡＮＧ Ｈａｏｙｕａｎ，ＣＨＥＮ Ｙｕｅ，ＹＡＮＧ Ｇａｎｇ，ＦＡＮＧ Ｓｈｕｍｉｎｇ，ＸＵ Ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｓｕ
只有（００１）晶面面向熔体，因此 熔解慢，完 全 熔 解 所 用 的 时 间 也长。而块状三铝化钛是由三维生长等 轴 晶 体，多 面 面 向 熔 体，因此熔解快，完全熔解所用的 时间也 短，因 此 晶 粒 细 化 作 用时间短。为了解决块状三铝化钛晶粒细化作用时间短的 问题，一般将含这 种 形 态 的 合 金 做 成 杆 线 状，在 铝 液 流 槽 内 动态（在线）加入，细 化 作 用 时 间 为 ３０～６０ｓ。 花 瓣 状 三 铝 化 钛的熔解和细化效果介于片状与块状之间。而生产中使用 的 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金，通常含有３种形态的三铝化钛，只是３种形 态的三铝化 钛 所 占 的 比 例 不 同。 当 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 进 入 熔 体 后，块状三铝化钛 比 花 瓣 状 和 片 状 三 铝 化 钛 熔 解 快，块 状 的 三铝化钛迅速熔解而起形核作用。其他两种形态的三铝化 钛因为形核 能 力 稍 低，其 形 核 潜 能 受 到 块 状 三 铝 化 钛 的 限 制。当块状三铝化钛溶解到一定程度，花 瓣 状 和 片 状 三 铝 化 钛相继以稍低的形核能力在稍低的温度下起形核作用。 １．２ 硼 化 物
铝 钛 硼 晶 粒 细 化 机 理／汤 皓 元 等
· １３３ ·
铝钛硼晶粒细化机理
汤 皓 元 ，陈 越 ，杨 钢 ，方 树 铭 ，徐 涛 ，张 苏
（昆明冶金研究院，昆明 ６５００３１）
摘要 从铝钛硼中间合金入手，分析了铝钛硼中主要 的 金 属 化 合 物 是 三 铝 化 钛 和 二 硼 化 钛 ，这 两 种 金 属 化 合 物在铝及铝合金晶粒细化中起到主导作用。分析了目前晶粒细化剂细化机理主要观点，Leabharlann Baidu硼 化 物 理 论、相 图／包 晶 理 论 、包 晶 壳 理 论 、超 形 核 理 论 、二 重 形 核 理 论 等 ，同 时 阐 述 了 铝 钛 硼 晶 粒 细 化 机 理 的 最 新 研 究 成 果 。
１ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 中 的 金 属 化 合 物
Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金中金属化合物 可 分 为 ３ 类［１］：铝 化 物、硼 化 物及亚稳相颗粒。铝化物主要是三铝化钛，硼 化 物 主 要 是 二 硼化铝、二硼化钛，亚稳相主要是 ＴｉＡｌｘ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ２。 １．１ 铝 化 物
三铝 化 钛 是 体 心 正 方 晶 胞［２］，颗 粒 的 尺 寸 为 ３０～ １００μｍ，在合 金 中 有 片 状、花 瓣 状、块 状 ３ 种 形 态［３］。３ 种 形 态的三铝化钛都 有 相 同 的 晶 体 结 构，都 是 从 （１００）面 开 始 长 大，只因结晶条件 的 差 异 导 致 堆 叠 方 式 不 同，进 而 导 致 形 态 不同。合金进入铝熔体后，不同形态的三铝 化 钛 在 铝 熔 体 中 的熔解时间不同，其 中 片 状 三 铝 化 钛 是 二 维 枝 晶 方 式 生 长，
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ，ＴｉＢ２ ，ＴｉＡｌ３ ，ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ
随着社会的 发 展，铝 及 铝 合 金 的 需 求 量 不 断 攀 升，并 且 铝的高端产品需求量也不断增加。铝及铝合金生产厂家迫 切需要改善其加 工 工 艺、提 高 成 材 率 及 节 约 原 材 料 和 能 源， 铝钛硼丝晶粒细化剂应运而生，广泛应用于铝及 铝 合 金 生 产 中。为了改善铝钛硼合金的晶粒细化 性能，世 界 各 国 学 者 就 其细化机理进行了 大 量 的 研 究，普 遍 认 为 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 的 晶 粒细化作用主要是合金中金属化合物在熔体冷却过程中的 行为来实现的，合金中金属化合物的种类、形 态、尺 寸 及 分 布 对细化机理研究极为重要。由于从熔体的结晶过程直接获 取数据相当 困 难，而 且 影 响 金 属 结 晶 过 程 的 因 素 又 非 常 复 杂，因此关于 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金的细化机理众说纷纭，没有形成 统 一的观点和理论。
硼化物主要有二硼化铝和二硼化钛，二 硼 化 钛 和 二 硼 化 铝是六方晶体，颗 粒 的 尺 寸 为 ０．０５～３μｍ。Ａｒｎｂｅｒｇ 等 研 ［２］ 究发 现，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 刚 加 入 熔 体 时，硼 化 物 除 了 有 二 硼 化 钛、二硼化铝外，还有 （Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ２ 相。然而经过３ｈ保温后只 有二硼化钛相存在，从而说明合金中只有二硼 化 钛 相 是 稳 定 的硼化物。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｔａｒｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｍａｓｔｅｒ ａｌｌｏｙｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｉｓ ＴｉＡｌ３ａｎｄ ＴｉＢ２．Ｂｏｔｈ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｐｌａｙ ａ ｌｅａｄｉｎｇ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｒ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｂｏｒｉｄｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ／ｐａｃｋａｇｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｐａｃｋａｇｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｈｅｌｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｓｕｐｅｒ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．
关键词 铝钛硼 二硼化钛 三铝化钛 形核 中 图 分 类 号 ：ＴＧ２９２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ Ｇｒａｉｎ Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ＴＡＮＧ Ｈａｏｙｕａｎ，ＣＨＥＮ Ｙｕｅ，ＹＡＮＧ Ｇａｎｇ，ＦＡＮＧ Ｓｈｕｍｉｎｇ，ＸＵ Ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｓｕ
只有（００１）晶面面向熔体，因此 熔解慢，完 全 熔 解 所 用 的 时 间 也长。而块状三铝化钛是由三维生长等 轴 晶 体，多 面 面 向 熔 体，因此熔解快，完全熔解所用的 时间也 短，因 此 晶 粒 细 化 作 用时间短。为了解决块状三铝化钛晶粒细化作用时间短的 问题，一般将含这 种 形 态 的 合 金 做 成 杆 线 状，在 铝 液 流 槽 内 动态（在线）加入，细 化 作 用 时 间 为 ３０～６０ｓ。 花 瓣 状 三 铝 化 钛的熔解和细化效果介于片状与块状之间。而生产中使用 的 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金，通常含有３种形态的三铝化钛，只是３种形 态的三铝化 钛 所 占 的 比 例 不 同。 当 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 进 入 熔 体 后，块状三铝化钛 比 花 瓣 状 和 片 状 三 铝 化 钛 熔 解 快，块 状 的 三铝化钛迅速熔解而起形核作用。其他两种形态的三铝化 钛因为形核 能 力 稍 低，其 形 核 潜 能 受 到 块 状 三 铝 化 钛 的 限 制。当块状三铝化钛溶解到一定程度，花 瓣 状 和 片 状 三 铝 化 钛相继以稍低的形核能力在稍低的温度下起形核作用。 １．２ 硼 化 物
铝 钛 硼 晶 粒 细 化 机 理／汤 皓 元 等
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铝钛硼晶粒细化机理
汤 皓 元 ，陈 越 ，杨 钢 ，方 树 铭 ，徐 涛 ，张 苏
（昆明冶金研究院，昆明 ６５００３１）
摘要 从铝钛硼中间合金入手，分析了铝钛硼中主要 的 金 属 化 合 物 是 三 铝 化 钛 和 二 硼 化 钛 ，这 两 种 金 属 化 合 物在铝及铝合金晶粒细化中起到主导作用。分析了目前晶粒细化剂细化机理主要观点，Leabharlann Baidu硼 化 物 理 论、相 图／包 晶 理 论 、包 晶 壳 理 论 、超 形 核 理 论 、二 重 形 核 理 论 等 ，同 时 阐 述 了 铝 钛 硼 晶 粒 细 化 机 理 的 最 新 研 究 成 果 。
１ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 中 的 金 属 化 合 物
Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金中金属化合物 可 分 为 ３ 类［１］：铝 化 物、硼 化 物及亚稳相颗粒。铝化物主要是三铝化钛，硼 化 物 主 要 是 二 硼化铝、二硼化钛，亚稳相主要是 ＴｉＡｌｘ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ２。 １．１ 铝 化 物
三铝 化 钛 是 体 心 正 方 晶 胞［２］，颗 粒 的 尺 寸 为 ３０～ １００μｍ，在合 金 中 有 片 状、花 瓣 状、块 状 ３ 种 形 态［３］。３ 种 形 态的三铝化钛都 有 相 同 的 晶 体 结 构，都 是 从 （１００）面 开 始 长 大，只因结晶条件 的 差 异 导 致 堆 叠 方 式 不 同，进 而 导 致 形 态 不同。合金进入铝熔体后，不同形态的三铝 化 钛 在 铝 熔 体 中 的熔解时间不同，其 中 片 状 三 铝 化 钛 是 二 维 枝 晶 方 式 生 长，
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ，ＴｉＢ２ ，ＴｉＡｌ３ ，ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ
随着社会的 发 展，铝 及 铝 合 金 的 需 求 量 不 断 攀 升，并 且 铝的高端产品需求量也不断增加。铝及铝合金生产厂家迫 切需要改善其加 工 工 艺、提 高 成 材 率 及 节 约 原 材 料 和 能 源， 铝钛硼丝晶粒细化剂应运而生，广泛应用于铝及 铝 合 金 生 产 中。为了改善铝钛硼合金的晶粒细化 性能，世 界 各 国 学 者 就 其细化机理进行了 大 量 的 研 究，普 遍 认 为 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 的 晶 粒细化作用主要是合金中金属化合物在熔体冷却过程中的 行为来实现的，合金中金属化合物的种类、形 态、尺 寸 及 分 布 对细化机理研究极为重要。由于从熔体的结晶过程直接获 取数据相当 困 难，而 且 影 响 金 属 结 晶 过 程 的 因 素 又 非 常 复 杂，因此关于 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金的细化机理众说纷纭，没有形成 统 一的观点和理论。
硼化物主要有二硼化铝和二硼化钛，二 硼 化 钛 和 二 硼 化 铝是六方晶体，颗 粒 的 尺 寸 为 ０．０５～３μｍ。Ａｒｎｂｅｒｇ 等 研 ［２］ 究发 现，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 刚 加 入 熔 体 时，硼 化 物 除 了 有 二 硼 化 钛、二硼化铝外，还有 （Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ２ 相。然而经过３ｈ保温后只 有二硼化钛相存在，从而说明合金中只有二硼 化 钛 相 是 稳 定 的硼化物。