中间合金细化剂在铝合金中的应用及细化机理

摘要：综述了中间合金细化剂对铝合金晶粒细化处理的研究与应用现状。对已开发的Al—Ti—B，Al—Ti—C，Al—Ti—C-B和Al—Ti—B-RE等新型的中间合金细化剂进行了详细的比较。并对具有代表性的细化理论如包晶反应、碳化物一硼化物及组织遗传性进行了分析和讨论。但迄今还没有一种观点和理论能完全解释所有的晶粒细化现象和细化行为。     

AlTiC晶粒细化剂的制备工艺及研究现状

AlTiC是目前铝及铝合金晶粒细化剂中研究的热点.综述了AlTiC的发展背景和历程,并对其在工业中的应用做了说明.比较全面地介绍了国内外的发展现状及各研究单位的制备工艺.阐明了现存的几种晶粒细化机理.由于AlTiC比AlTiB表现出更大的优势,所以AlTiC具有很好的发展前景.     

铝晶粒细化剂Al-5Ti-1B合金的晶粒细化机理

分别采用Al-5Ti-1B、Al-10Ti、Al-4B合金和TiB2粉末对纯铝进行细化实验,比较了TiAl3、TiB2和AlB2对纯铝的晶粒细化作用,利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电子显微镜研究了Al-5Ti-1B合金的晶粒细化机理。结果表明,TiAl3是铝晶粒的有效异质形核相,但Al-5Ti-1B合金中的TiAl3因在铝熔体中会熔化而不是铝晶粒的直接形核相。单独的AlB2和TiB2都不是铝晶粒的有效异质形核相,但TiB2通过表面包覆TiAl3后可成为铝晶粒的有效异质形核相。Al-5Ti-1B合金的晶粒细化机理为TiAl3熔解于铝熔体中释放Ti原子,部分Ti原子通过浓度起伏形成TiAl3,TiAl3再与铝熔体发生包晶转变形成α-Al晶粒直接起到晶粒细化作用;部分Ti原子在TiB2表面偏聚形成TiAl3,TiAl3再与铝熔体发生包晶转变形成α-Al晶粒起到晶粒细化作用。     

锌铝合金晶粒细化的研究

本文着重研究了钛盐和硼盐细化剂对 ZA-27合金组织和机城性能的影响。得出细化剂最佳配方和最优工艺参数。试验表明;添加细化剂后,ZA-27合金在强度和硬度基本不变的情况下,延伸率从3～6%提高到12～14%。扩大了应用范围。本文还就细化剂对 ZA-27合金晶粒的细化机理进行了理论探讨。证实了起细化作用的异质晶核 Al_5Ti_2Zn 的存在。对进一步研究有参考价值。     

细化、变质剂Al-Ti-C-Sr中间合金的制备及效果研究

采用二步法制备Al-Ti-C-Sr中间合金,预制AI-10Sr铝熔体温度850℃,用纯氩气精炼。采用自蔓延法预制Al-Ti-C铝液,氟钛酸钾和石墨粉加入熔体的温度为800℃-900℃,并在最终使熔体达到1200℃以上。合成Al-Ti-C-Sr中间合金是在Al-Ti-C熔体温度在800℃-900℃时加入AI-10Sr合金。再用制备好的Al-Ti-C-Sr中间合金对A356铝合金进行细化变质处理,具有细化和变质双重作用,效果明显。     

Al-TiO_2-C晶粒细化剂对工业纯铝细化效果的影响

以TiO_2粉、C粉、Al粉为原料,利用放热弥散法制备Al-TiO_2-C晶粒细化剂,采用XRD,SEM,EDS等研究不同C与TiO_2比例的细化剂的显微组织,并对工业纯铝进行细化实验。结果表明:Al-TiO_2-C晶粒细化剂析出相为Al3Ti,TiC和Al2O3。当C与TiO_2摩尔比为1∶25~1∶20时,Al-TiO_2-C细化剂组织中Al2O3颗粒数量适中且分布相对弥散。当C与TiO_2摩尔比为1∶20,该细化剂添加量为0.2%(质量分数)时,可将工业纯铝细化到约142μm,且保温1h未出现细化衰退。     

镁合金晶粒细化的研究进展

综述了变质剂处理法、熔体搅拌法、快速凝固、过热处理等液态工艺和热挤压、等通道角挤压、大比率挤压等固态成型工艺对镁合金晶粒细化的研究进展,系统地讨论了细化剂细化机理、工艺的研究现状和存在的问题,为镁合金晶粒细化的发展和研究提供一些思路和参考。     

钛屑再生制备Al-Ti-B细化剂及其晶粒细化行为的研究

钛及钛合金属于难切削加工材料,生产过程中易产生大量废屑,再生利用钛屑已成为急需解决的问题.本文利用钛屑和氟硼酸钾在铝熔体中反应制备了Al-5Ti-1B细化剂,通过金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对细化剂进行分析,研究了细化剂加入量和保温时间对工业纯铝细化效果的影响.研究表明,Al-5Ti-1B细化剂主要由α-Al、TiAl3和TiB2相组成,TiAl3相主要为块状,尺寸为10~30μm;TiB2相均匀分布在合金中,平均尺寸小于2μm。随着细化剂加入量的增加,晶粒尺寸不断减小;当加入量达到0.3%时,晶粒细化效果最好,进一步增大细化剂添加量,晶粒尺寸下降不明显。细化剂保温60 min时,晶粒细化效果良好;保温120 min时,出现了严重的细化衰退现象,晶粒尺寸达到953μm;商业杆状细化剂保温120 min时未出现明显的细化衰退。     

铸造铝合金的细化机理

综述了不同种类细化剂Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B、Al-Ti-C对纯铝及铸造Al-Si合金细化效果的影响,阐述了细化剂细化机理,主要为异质形核和相反应机制。Al-Ti-B中B的含量对Al-Si合金细化效果有重要影响,过量的B有利于细化Al-Si合金。探讨了稀土元素对细化剂组织形貌的影响,研发高效的Al-Ti-B-RE、Al-Ti-C-RE为主要发展方向。     

Mg-Al基镁合金晶粒细化的研究进展

综述了添加含碳变质剂,含钛、硼细化剂,碱金属,碳族元素,氮族元素,稀土元素和准晶合金对Mg-Al基镁合金晶粒细化的研究进展,系统讨论了各种细化剂对Mg-Al基镁合金的晶粒细化效果,以及对各种细化剂细化机理的研究,旨在为镁合金晶粒细化研究提供一个参考.     

含钇Mg-Al系镁合金的研究现状和进展

综述了钇(Y)对Mg-Al系合金的组织、室温和高温力学性能、铸造性能以及耐腐蚀性能的影响.添加适量Y不仅可以细化镁舍金的基体组织,生成高熔点强化相Al2Y,还可以改善β相(Mg17Al12)的形态,有利于铗合金室温力学性能的提高,而Y的固溶强化作用和Al2Y颗粒相的弥散强化作用既有利于室温力学性能的提高,又有利于合金高温力学性能的提高.添加适量Y也可以改善Mg-Al系合金的铸造性能和耐腐蚀性能.Y和Ce、Ca和Nd等合金元素的复合加入可有效改善镁合金的力学性能.指出了含钇Mg-Al系合金目前存在的问题,并展望了其发展前景.     

铸造镁合金的晶粒细化技术

从晶粒细化方法和晶粒细化机理两个方面总结了不含锆铸造镁合金和含锆铸造镁合金晶粒细化技术的研究进展,并指出新型高效晶粒细化剂的开发和晶粒细化机理的研究是镁合金晶粒细化技术研究的重点.     

直接热处理细化铸态TiAl基合金的研究进展

直接热处理方法具有工艺简单、成本低廉、显微组织易于控制和适用性广等优点，是细化TiAl基合金铸件组织的重要方法之一，概括和总结了直接热处理方法在工艺和机理方面的研究进展，提出了直接热处理工艺存在的问题及解决的途径。     

铝合金热成形晶粒异常长大现象研究进展

汽车轻量化技术的快速发展,使铝合金得到了广泛应用。在铝合金成形过程中,往往会出现热成形晶粒异常长大现象。为解决目前普遍存在的铝合金热成形晶粒异常长大问题。研究了铝合金拼焊热成形晶粒异常长大的理论基础,基于晶粒异常长大的影响因素,重点探讨了铝合金拼焊热成形晶粒异常长大的原因。着重介绍了铝合金热锻造临界变形粗晶现象、控制方法以及数值仿真模拟进展。最后提出了铝合金热成形晶粒异常长大的问题和发展方向。     

抗Zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金对7050铝合金力学性能的影响

通过场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射仪(XRD),能量色谱仪(EDS)分析Al-5Ti-1B,Al-4Ti-1C和Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金的微观组织与物相组成,比较研究3种中间合金对7050铝合金晶粒尺寸与力学性能的影响。结果表明:Zr的存在削弱了Al-5Ti-1B和Al-4Ti-1C中间合金的细化效果,而对Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金细化效果影响较小。含掺杂型TiC粒子的Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金具有较好的抗Zr"中毒"能力,加入量为0.2%(质量分数,下同)时,含Zr7050铝合金平均晶粒尺寸由200μm细化至(60±5)μm,室温极限抗拉强度由405MPa提高到515MPa,提高了27.2%,伸长率由2.1%提高到4.1%。而加入0.2%的Al-5Ti-1B或Al-4Ti-1C中间合金时晶粒尺寸较粗大且分布不均匀,表现出明显的细化"中毒"。     

纯锡晶粒细化效果及机理研究

通过光学金相组织观察、SEM和EDS、EPMA分析、硬度测试,研究了不同含量的TiC和TiB2对纯锡微观组织和性能的影响,并初步探讨了细化机理,为细化剂的制备和细化工艺提供了理论依据。结果表明,加入不同含量的TiC和TiB2对纯锡有不同程度的细化效果,并且随着细化剂加入量的增加,细化效果不断增强。当TiC的加入量为0.8%时,纯锡的晶粒尺寸由135μm减小到43μm;当TiB2的加入量为0.6%时,纯锡的晶粒尺寸减小到57μm。纯锡的硬度也随着晶粒尺寸的减小呈增大趋势。     

A Model for Evaluation of Grain Sizes of Aluminum Alloys with Grain Refinement Additions

Based on the assumption that the nucleation substrates are activated by constitutional undercooling generated by an adjacent grain growth and solute distribution during the initial solidification, a model for calculation of the grain size of aluminum alloys with the grain refinement is developed, where the nucleation is dominated by two parameters, i.e. growth restriction factor Q and the undercooling parameter P. The growth restriction factor Q is proportional to the initial rate of constitutional undercooling development and can be used directly as a criterion of the grain refinement in the alloys with strong potential nucleation particles. The undercooling parameter P can be regarded as the maximum of constitutional undercooling △Tc. For weak potential nucleation particles, the use of RGS would be more accurate. The experimental data of the grain refinement of pure aluminum and AlSi7 alloys are coincident predicted results with the model.