铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
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化合物 A lB 2 Ti B2 T iA l 3 a / nm 30 30. 2 54. 3 c / nm 32.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ6 32. 2 85 熔点 / 2700 2980 1350 点阵类型 立方 立方 四方
2 试验条件和处理工艺
试验用原材料为 ZL 102 , 添 加 50 % 回 炉料, 采用 1 !1 质量混合 比的氟硼酸钾和氟钛酸钾做为 晶粒细 化剂, 同时还使用覆盖剂和除气剂。使用的主要设备 有 : 电阻熔化炉、 箱式电阻炉、 拉伸试验机、 金相显微镜 和化学分析仪器。 熔炼工艺流程为 : 铝料 (去杂 ) ∀ 一次熔炼 ( 750~ 800 ) ∀ 除气、 扒渣 ( 加除气剂、 覆盖剂 ) ∀ ( 部分取 样浇锭 , 进行化学成分、 显微 组织分析及力学 性能试 验 ) ∀ 二次精炼 ( 除气、 扒渣 ) ∀ 细化处理 ( 压 入细化 剂 , 740 # 30 m in ) ∀ 浇锭 (取样进行化学成分、 显微 组织分析及力学性能试验 ) 。
需要者可到当地 邮局订阅 , 如果因故漏订 , 也可通过邮局汇款订阅 , 汇 款地址 : 北京 市海淀 区学清 路 18 号 , 北京 机电研 究所相 应编辑部及其联系人 收 , 邮编 : 100083。
b
熔硬质化合物微粒的存在都对晶体的受力变形和原子 位错形成阻碍, 故拉伸强度有所提高 。合金中的 S i 相形态由粗针状、 片状向细纤维状的转化会对塑性的 提高有正面影响。
[ 3]
4 结论
1) 用氟硼酸钾和氟钛酸钾混合细化剂加入熔铝 可以细化铸造铝合金的晶粒。 2) 经细化处理后的 A l Si系铸造合金强度和塑性 都有一定程度的提高。 3) 该细化晶粒方法简便易行, 生产成本低, 便于 推广应用, 经济效益明显。
550009 )
平均提 高 30~ 40 M Pa , 伸长 率平均 提高
摘要 : 研究了往 A l S i合金液中加入钛、 硼的铸 造铝合金的晶粒细化效果。结果表明 , 合金显微 组织中 S i相由 粗针状或片 状变为细
b
3% ~ 5% 。 关键词 : 铝硅系铸造铝合金 ; 晶 粒细化处理 中图分类号 : TG29 文献标志码 : A 文章编号 : 0254 6051( 2010) 11 0079 02
细化铸造铝合金的晶粒对提高其力学性能, 延长 铸件使用寿命十分重要。用冶金合金化方法细化晶粒 经济、 简便、 实用。往熔融合金中添加高熔点金属或非 金属及其化合物粒子能促使增加结晶凝固时 的形核 率 , 从而使晶粒细化。本项研究着重探讨添加氟硼酸 钾和氟钛酸钾细化铝合金晶粒的效果。
表 1 反应形成的硼 、 钛、 铝化合物的点阵常数 [ 2] Tab le 1 Lattice constan t of B, T i and A l compound[ 2]
G rain refined treat m ent of A l Si series casting a lloys
Q IU Y a dong ( T echno logy D epartm ent , AV IC Gu iy ang A viation E lectr ica lM ach inery Co . , L td. , G u iyang G u izhou 550009 , Ch ina) Abstrac t : By use of add ing T i and B ele m ents in to liqu id A l S i a lum inum alloy , its gra in refined effect and the ma jor cause are investiga ted. T he results sho w that coarse needle shape S i phase in the alloy m icrostructure changes into fine fibre like shape and the a m ount of by 30 40M Pa and the e longa tion inc reased by 3 % 5% . K ey word s : A l S i ser ies casting a lum inum a lloy ; gra in refined trea t m ent A l phase increases obv iously , the g ra in size fines m arked ly . Th is results in enhance m ent of mechan ica l properties, such as the tensile strength increased
( a) b efore refined treatm ent ; ( b) w ith 0 . 2w t % ref in ing add itive; ( c) w ith 0 . 4w t % ref in ing add itive
晶粒细化与未细化铝合金的力学性能试验结果列 于表 2 , 表 2 中的力学性能数据为 4 个试样的平均值。 由表 2 中数据可见, 在铝液中加入混合细化剂不仅细 化了晶粒, 而且还提高了合金的强度和塑性。细化剂 由 0. 2 % 增加到 0 . 4 % , 提高强度和塑性的效果增加。 添加 0 . 2 % 混合细化剂, 合金的强度平均提高 14~ 17 M Pa , 伸长率平均提高 3 . 3 % ~ 4 . 6 % 。添加 0 . 4 %混 合细化剂, 合金的强度平均提高 41~ 52 MP a , 伸长率 平均提高 5 . 1 % ~ 6 . 0 %。
表 2 细化处理对 A l S i铸造合金力学性能的影响 T ab le 2 E ffect of grain ref ined treat men t on m echanical properties of A l S i casting alloy
S i /w t % 12 . 17 Fe/w t % A l /w t % 0 . 89 余量 细化剂 /w t % 0 0. 2 0. 4 0 12 . 24 1 . 06 余量 0. 2 0. 4
/M Pa
s
/%
175 192 227 184 198 225
2 . 7 6 . 0 8 . 7 2 . 5 7 . 1 7 . 6
晶粒细化后晶粒边界增大。晶界处有大量晶体 缺陷, 如位错和空位, 晶体点阵有严重畸变 , 合金中难
欢迎订阅由中国机械工程学会和北京机电研究所主办的专业核心期刊 ( 2011 年 )
第 35 卷 2010 年
第 11 期 11 月
V o l 35 N o 11
H EAT TREATMENT OF METALS
N ov e mber 2010
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
邱亚东 (中航工业贵阳航空电机有限公司 技术部 , 贵州 贵阳
纤维状 , A l晶粒数量明显增多 , 且显著细化 ; 合金力 学性能 获得显 著提 高 , 抗拉强 度
析 , 铸锭试样进行金相分析、 拉伸试验。细化剂加入量 ( 质量分数, 下同 ) 分别为 0. 2 %和 0 . 4% 。图 1 所示为 细化处理前和处理后铸锭的显微组织。由图 1 可以看
80 出 , 经细化处理后, 合金显微组织由 A l固溶体 + 粗 大针状或片状的 S i晶体 ( 图 1( a) ) , 转变为 A l固溶 体 + 细小 + Si共晶, 其中发亮者为初生 A, l 暗色基 体为细粒状共晶 , 粗大针状 Si相明显转变为细小纤维
( a) 细化前 ; ( b) 加 0. 2w t % 细化剂 ; ( c) 加 0 . 4w t % 细化剂
F ig . 1 M icrostructure of A l S i casting a lloy be fo re and a fter gra in refined trea t m ent
参考文献 :
[ 1] 付崇说. 有色冶金原理 [ M ] . 北京 : 冶金工业出版社 , 1987. [ 2] 邦达列夫 ! ∀ , 那帕 尔科夫 # ∀ , 塔拉雷 什金 # ∀ / /王永 海 , 张发 明 , 高 革 , 译 . 变形铝 合金的 细化处 理 [ M ]. 北京 : 冶金工 业出版 社 , 1988 . [ 3] 陆树荪, 顾开道 , 郑来苏 . 有色铸造 合金及熔 炼 [ M ]. 北京 : 国防工 业出版社 , 1983 .
[ 2]
A l在晶体结构
上相似 , A l容易依附在大 量 T i A l3、 A lB 2、 T iB2 微 粒上形核, 合金凝固时大量晶粒的同时形成就会造成 晶粒细化效果。
3 试验结果和分析
在对铝液细化处理前和细 化处理后进行 化学分
收稿日期 : 2010 8 10 作者简介 : 邱亚东 ( 1969 m ai: l qyd690310 @ s ina . cn ) , 男 , 四 川岳池人 , 工程师 , 主 要从事 有色合 金铸造及热处 理 工作 , 已 发表 论 文 3 篇。 联系 电话 : 18785028090, E
第 35 卷
状 ( 图 1( b , c) )。这是由于所形成的 T i A l3、 A lB2、 T iB2 等化合物具有高熔点 , 其点阵常数又和 A l在晶体结 构上类似, A l在高熔点化合物微粒大量形核 , 迅速 凝固结晶的结果。
图 1 铝合金铸锭细化处 理前后的显微组织
# 100 # 100
刊名 ∃材料热处理学报 % ∃塑性工程学报 % ∃金属热处理 % ∃锻压技术 % 刊期 月刊 双月刊 月刊 双月刊 页码 180 136 240 208 邮发代号 82 591 80 353 2 827 2 322 单价 /元 20. 00 15. 00 15. 00 12. 00 全年 /元 240. 00 90. 00 180. 00 72. 00 联系人 吕东显 张亚光 田淑珍 魏 巍 电话 010 62914115, 82415080 010 62912592, 82415079 010 62935465, 82415083 010 62920652, 82415085
1 细化剂的选择
在铝液中加入氟硼酸钾和 氟钛酸钾会发 生下列 [ 1] 反应 : 3K 2 T iF6 + 4A l= 3T i+ 4A lF3 + 6KF 2KBF4 + 3A l= A lB2 + 2A lF3 + 2KF 3K2 T iF6 + 6KBF4 + 14A l= 3T iB2 + 14A lF3 + 12KB 2KBF4 + 2T i+ 5A l= T iB2 + T i A l3 + 2A lF3 + 2KF 在铝液中反应生成的 T i A l3、 A lB2、 T iB2 等化合物 具有高熔点 , 其点阵常数 (见表 1) 与
2 试验条件和处理工艺
试验用原材料为 ZL 102 , 添 加 50 % 回 炉料, 采用 1 !1 质量混合 比的氟硼酸钾和氟钛酸钾做为 晶粒细 化剂, 同时还使用覆盖剂和除气剂。使用的主要设备 有 : 电阻熔化炉、 箱式电阻炉、 拉伸试验机、 金相显微镜 和化学分析仪器。 熔炼工艺流程为 : 铝料 (去杂 ) ∀ 一次熔炼 ( 750~ 800 ) ∀ 除气、 扒渣 ( 加除气剂、 覆盖剂 ) ∀ ( 部分取 样浇锭 , 进行化学成分、 显微 组织分析及力学 性能试 验 ) ∀ 二次精炼 ( 除气、 扒渣 ) ∀ 细化处理 ( 压 入细化 剂 , 740 # 30 m in ) ∀ 浇锭 (取样进行化学成分、 显微 组织分析及力学性能试验 ) 。
需要者可到当地 邮局订阅 , 如果因故漏订 , 也可通过邮局汇款订阅 , 汇 款地址 : 北京 市海淀 区学清 路 18 号 , 北京 机电研 究所相 应编辑部及其联系人 收 , 邮编 : 100083。
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熔硬质化合物微粒的存在都对晶体的受力变形和原子 位错形成阻碍, 故拉伸强度有所提高 。合金中的 S i 相形态由粗针状、 片状向细纤维状的转化会对塑性的 提高有正面影响。
[ 3]
4 结论
1) 用氟硼酸钾和氟钛酸钾混合细化剂加入熔铝 可以细化铸造铝合金的晶粒。 2) 经细化处理后的 A l Si系铸造合金强度和塑性 都有一定程度的提高。 3) 该细化晶粒方法简便易行, 生产成本低, 便于 推广应用, 经济效益明显。
550009 )
平均提 高 30~ 40 M Pa , 伸长 率平均 提高
摘要 : 研究了往 A l S i合金液中加入钛、 硼的铸 造铝合金的晶粒细化效果。结果表明 , 合金显微 组织中 S i相由 粗针状或片 状变为细
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3% ~ 5% 。 关键词 : 铝硅系铸造铝合金 ; 晶 粒细化处理 中图分类号 : TG29 文献标志码 : A 文章编号 : 0254 6051( 2010) 11 0079 02
细化铸造铝合金的晶粒对提高其力学性能, 延长 铸件使用寿命十分重要。用冶金合金化方法细化晶粒 经济、 简便、 实用。往熔融合金中添加高熔点金属或非 金属及其化合物粒子能促使增加结晶凝固时 的形核 率 , 从而使晶粒细化。本项研究着重探讨添加氟硼酸 钾和氟钛酸钾细化铝合金晶粒的效果。
表 1 反应形成的硼 、 钛、 铝化合物的点阵常数 [ 2] Tab le 1 Lattice constan t of B, T i and A l compound[ 2]
G rain refined treat m ent of A l Si series casting a lloys
Q IU Y a dong ( T echno logy D epartm ent , AV IC Gu iy ang A viation E lectr ica lM ach inery Co . , L td. , G u iyang G u izhou 550009 , Ch ina) Abstrac t : By use of add ing T i and B ele m ents in to liqu id A l S i a lum inum alloy , its gra in refined effect and the ma jor cause are investiga ted. T he results sho w that coarse needle shape S i phase in the alloy m icrostructure changes into fine fibre like shape and the a m ount of by 30 40M Pa and the e longa tion inc reased by 3 % 5% . K ey word s : A l S i ser ies casting a lum inum a lloy ; gra in refined trea t m ent A l phase increases obv iously , the g ra in size fines m arked ly . Th is results in enhance m ent of mechan ica l properties, such as the tensile strength increased
( a) b efore refined treatm ent ; ( b) w ith 0 . 2w t % ref in ing add itive; ( c) w ith 0 . 4w t % ref in ing add itive
晶粒细化与未细化铝合金的力学性能试验结果列 于表 2 , 表 2 中的力学性能数据为 4 个试样的平均值。 由表 2 中数据可见, 在铝液中加入混合细化剂不仅细 化了晶粒, 而且还提高了合金的强度和塑性。细化剂 由 0. 2 % 增加到 0 . 4 % , 提高强度和塑性的效果增加。 添加 0 . 2 % 混合细化剂, 合金的强度平均提高 14~ 17 M Pa , 伸长率平均提高 3 . 3 % ~ 4 . 6 % 。添加 0 . 4 %混 合细化剂, 合金的强度平均提高 41~ 52 MP a , 伸长率 平均提高 5 . 1 % ~ 6 . 0 %。
表 2 细化处理对 A l S i铸造合金力学性能的影响 T ab le 2 E ffect of grain ref ined treat men t on m echanical properties of A l S i casting alloy
S i /w t % 12 . 17 Fe/w t % A l /w t % 0 . 89 余量 细化剂 /w t % 0 0. 2 0. 4 0 12 . 24 1 . 06 余量 0. 2 0. 4
/M Pa
s
/%
175 192 227 184 198 225
2 . 7 6 . 0 8 . 7 2 . 5 7 . 1 7 . 6
晶粒细化后晶粒边界增大。晶界处有大量晶体 缺陷, 如位错和空位, 晶体点阵有严重畸变 , 合金中难
欢迎订阅由中国机械工程学会和北京机电研究所主办的专业核心期刊 ( 2011 年 )
第 35 卷 2010 年
第 11 期 11 月
V o l 35 N o 11
H EAT TREATMENT OF METALS
N ov e mber 2010
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
邱亚东 (中航工业贵阳航空电机有限公司 技术部 , 贵州 贵阳
纤维状 , A l晶粒数量明显增多 , 且显著细化 ; 合金力 学性能 获得显 著提 高 , 抗拉强 度
析 , 铸锭试样进行金相分析、 拉伸试验。细化剂加入量 ( 质量分数, 下同 ) 分别为 0. 2 %和 0 . 4% 。图 1 所示为 细化处理前和处理后铸锭的显微组织。由图 1 可以看
80 出 , 经细化处理后, 合金显微组织由 A l固溶体 + 粗 大针状或片状的 S i晶体 ( 图 1( a) ) , 转变为 A l固溶 体 + 细小 + Si共晶, 其中发亮者为初生 A, l 暗色基 体为细粒状共晶 , 粗大针状 Si相明显转变为细小纤维
( a) 细化前 ; ( b) 加 0. 2w t % 细化剂 ; ( c) 加 0 . 4w t % 细化剂
F ig . 1 M icrostructure of A l S i casting a lloy be fo re and a fter gra in refined trea t m ent
参考文献 :
[ 1] 付崇说. 有色冶金原理 [ M ] . 北京 : 冶金工业出版社 , 1987. [ 2] 邦达列夫 ! ∀ , 那帕 尔科夫 # ∀ , 塔拉雷 什金 # ∀ / /王永 海 , 张发 明 , 高 革 , 译 . 变形铝 合金的 细化处 理 [ M ]. 北京 : 冶金工 业出版 社 , 1988 . [ 3] 陆树荪, 顾开道 , 郑来苏 . 有色铸造 合金及熔 炼 [ M ]. 北京 : 国防工 业出版社 , 1983 .
[ 2]
A l在晶体结构
上相似 , A l容易依附在大 量 T i A l3、 A lB 2、 T iB2 微 粒上形核, 合金凝固时大量晶粒的同时形成就会造成 晶粒细化效果。
3 试验结果和分析
在对铝液细化处理前和细 化处理后进行 化学分
收稿日期 : 2010 8 10 作者简介 : 邱亚东 ( 1969 m ai: l qyd690310 @ s ina . cn ) , 男 , 四 川岳池人 , 工程师 , 主 要从事 有色合 金铸造及热处 理 工作 , 已 发表 论 文 3 篇。 联系 电话 : 18785028090, E
第 35 卷
状 ( 图 1( b , c) )。这是由于所形成的 T i A l3、 A lB2、 T iB2 等化合物具有高熔点 , 其点阵常数又和 A l在晶体结 构上类似, A l在高熔点化合物微粒大量形核 , 迅速 凝固结晶的结果。
图 1 铝合金铸锭细化处 理前后的显微组织
# 100 # 100
刊名 ∃材料热处理学报 % ∃塑性工程学报 % ∃金属热处理 % ∃锻压技术 % 刊期 月刊 双月刊 月刊 双月刊 页码 180 136 240 208 邮发代号 82 591 80 353 2 827 2 322 单价 /元 20. 00 15. 00 15. 00 12. 00 全年 /元 240. 00 90. 00 180. 00 72. 00 联系人 吕东显 张亚光 田淑珍 魏 巍 电话 010 62914115, 82415080 010 62912592, 82415079 010 62935465, 82415083 010 62920652, 82415085
1 细化剂的选择
在铝液中加入氟硼酸钾和 氟钛酸钾会发 生下列 [ 1] 反应 : 3K 2 T iF6 + 4A l= 3T i+ 4A lF3 + 6KF 2KBF4 + 3A l= A lB2 + 2A lF3 + 2KF 3K2 T iF6 + 6KBF4 + 14A l= 3T iB2 + 14A lF3 + 12KB 2KBF4 + 2T i+ 5A l= T iB2 + T i A l3 + 2A lF3 + 2KF 在铝液中反应生成的 T i A l3、 A lB2、 T iB2 等化合物 具有高熔点 , 其点阵常数 (见表 1) 与