不同晶粒细化剂对7N01铝合金铸锭细化效果

文章通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜、低倍测试等,分析了Al-3Ti-0.15C和Al-5Ti-1B两种晶粒细化剂的微观组织差异,对比了两种细化剂对7N01铝合金铸锭晶粒的细化效果。结果表明:Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiC相,Al_(3)Ti颗粒以杆状形式存在,杆状长度为30~80 μm,而TiC相以细小点状较均匀分布。Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiB_(2)相,Al_(3)Ti相以细小块状均匀分布,尺寸为10~50 μm,TiB_(2)相呈点状分布且局部有聚集。对于7N01铝合金铸锭,使用Al-5Ti-1B晶粒细化剂的细化效果比使用Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂的细化效果更佳。

不同种类铝合金晶粒细化剂中TiB2的对比研究

采用金相显微镜、激光共聚焦显微镜和扫描电镜对MJD-AlTi5B1A、MJD-AlTi5B1B、MJD-AlTi5B1C和SH-AlTi5B1A铝合金晶粒细化剂中TiB2的分布进行了对比研究。研究表明:MJD-AlTi5B1A和SH-AlTi5B1A晶粒细化剂中TiB2粒子分布较为分散,粒子细小;MJD-AlTi5B1B晶粒细化剂局部组织不均匀;MJD-AlTi5B1C晶粒细化剂TiB2粒子分布轻微团聚。

不同晶粒细化剂对5083铝合金铸锭晶粒细化对比研究

采用坩埚熔炼炉以及自主设计铸锭冷却系统模拟工业生产半连续铸造技术,通过不添加晶粒细化剂以及添加Al-Ti5-B1和Al-Ti3-C0.15两类晶粒细化剂制备3种5083铝合金铸锭,采用直读光谱分析、室温拉伸、金相研究在不同晶粒细化剂的条件下的力学性能、偏光显微组织、合金元素成分变化规律。研究结果表明:在铸造过程中添加Al-Ti-B或Al-Ti-C晶粒细化剂,通过细化剂中的TiAl3和TiB2颗粒能够有效的对铝合金显微组织起到细化作用,且越细小、越弥散,则可形成的非均匀形核核心越多,晶粒细化效果越显著,对比晶粒尺寸可知,Al-Ti5-B1晶粒细化剂效果最佳,Al-Ti3-C0.15晶粒细化剂其次;在合金凝固的过程中,由于不同元素在液相与固相的溶解度差异,从而导致5083合金铸锭中Mg、Mn、Cr、Fe、Si等元素成分差异,虽然添加晶粒细化剂能够促进熔体在凝固过程中的形核从而有一定作用抑制偏析,但晶粒细化剂对5083铝合金的偏析改善不明显;添加晶粒细化剂的铸锭晶粒细小,晶界多,位错集群中位错个数小,应力集中小,从而导致添加晶粒细化剂的5083铸锭室温力学性能优于未添加晶粒细化剂。

铝合金抗“Si中毒”晶粒细化剂的研究

Al-Ti-B是铝合金常用的晶粒细化剂,常被用来提升细化铝合金的晶粒组织,通过细晶强化的方式在提升铝合金强度的同时提升其塑韧性。含Si铝合金由于Si元素的存在导致Al-Ti-B弱化或者丧失细化作用的现象被称为Al-Ti-B的“Si中毒”现象。目前针对“Si中毒”问题开发新型抗“Si中毒”晶粒细化剂对于提升Al-Si合金的性能具有重大意义。针对Al-Ti-B的“Si中毒”问题,总结了传统铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B的细化机理,以及其“Si中毒”机制的研究进展,发现TiAl3物相在细化机制和中毒机制中扮演着重要角色,TiAl3可以促进形核,但同时当Si元素含量高时,TiAl3也会由于Si的干扰而使Al-Ti-B失去形核的作用。最后,分别阐述近年来开发的Al-Nb-B、Al-V-B和Al-Ti-Nb-B新型细化剂发展,以及其存在的优缺点和新型铝合金晶粒细化剂的细化机制,为进一步开发新型铝合金晶粒细化剂提供思路。

新型晶粒细化剂对再生A356铝合金组织性能的影响

文章采用光学显微镜、X射线衍射仪和拉力试验机,研究了新型晶粒细化剂Al-4Ti-1Ni-0.8C合金对再生A356铝合金显微组织与拉伸力学性能的影响。结果表明,新型晶粒细化剂对再生A356铝合金具有良好的晶粒细化效果,可使粗大的α-Al枝晶转变为细小均匀的晶粒;随着晶粒细化剂添加量的增加,再生A356铝合金的α-Al晶粒越细小,力学性能越高;当晶粒细化剂的添加量为0.3%时,再生A356铝合金的抗拉强度为267.3 MPa,断后伸长率为7.1%,与未添加晶粒细化剂相比,此时再生A356铝合金的抗拉强度提高了15.3%,断后伸长率提高了81.5%。

不同晶粒细化剂对Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu合金组织性能的影响

为了优化Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu合金的熔铸工艺,分别采用AlTi5B0.2和AlTi5B1两种晶粒细化剂开展试验,对比分别添加两种晶粒细化剂的铸锭的化学成分、低倍晶粒度、显微组织和轧制板材的拉伸力学性能、抗剥落腐蚀性能、疲劳性能。结果表明,Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu铝合金宜选择AlTi5B0.2晶粒细化剂。

Al-3Ti-0.15C丝晶粒细化剂组织分析及质量评价

利用光学显微镜和扫描电镜对不同供应商提供的Al-3Ti-0.15C丝进行组织检测,并用EDS能谱仪测定Al-3Ti-0.15C丝中的TiAl_(3)、TiC和盐类氧化夹杂物等固态夹杂。通过TiAl_(3)、TiC的尺寸及分布、盐类氧化夹杂物的总长度以及是否存在未溶解固体杂质等指标的比较,可以判定Al-3Ti-0.15C丝原辅材料的质量好坏,为铝熔铸及加工企业验收Al-3Ti-0.15C丝晶粒细化剂时的检测分析提供参考。

热爆法合成Al-Ti和Al-TiC晶粒细化剂及其晶粒细化效果

采用铝熔体热爆法直接合成了Al-Ti和Al-TiC两种晶粒细化剂,研究了这两种细化剂的相组成及对工业纯铝的晶粒细化效果。结果表明,合成的Al-Ti细化剂只含有第二相TiAl3相,Al-TiC细化剂只含有第二相TiC相,无其它杂相生成。TiC和TiAl3单独作为α-Al的形核相时,二者形核能力均较差,但TiC的形核、抗细化衰退能力优于TiAl3。当TiC和TiAl3共同作为α-Al的形核相时,其表现出较强的形核能力和抗晶粒细化衰退能力。这表明Al-Ti-C晶粒细化剂良好的细化效果离不开TiC和TiAl3的共同作用,适当的TiC和TiAl3组合是晶粒细化剂优良细化能力的保证。

Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理

通过采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等对Al-Ti-Zr-C与Al-Ti-Zr-B试验合金中Al3Zr、Al3Ti、TiC或TiB2等第二相粒子结合情况的观察,研究晶粒细化剂的Zr中毒机理。结果表明:两种实验铝合金的凝固组织中Al3Zr均容易与Al3Ti结合形成聚积体,从而抑制了Al3Ti异质形核、细化晶粒的作用,出现所谓晶粒细化剂的Zr中毒现象;而TiC、TiB2粒子基本不与Al3Zr结合,但受Al3Zr的影响出现了团聚现象。根据边-边匹配晶体学模型(E2EM)计算表明:Al3Zr与Al3Ti、α-Ti具有多种可能的共格位向关系,而与TiC/TiB2粒子均只有一种可能的共格位向关系。母相-新相的共格位向关系的多少可作为晶粒细化剂设计的晶体学理论参考。

自蔓延高温合成Al-TiC晶粒细化剂及其晶粒细化效果

采用自蔓延高温合成 (SHS)技术直接合成了Al 80 %TiC和Al 5 0 %TiC晶粒细化剂。研究了这两种细化剂的相组成、结构及对工业纯铝的晶粒细化效果 ,并与商用Al 5Ti 1B细化剂进行了对比。结果表明 :合成的细化剂由TiC和α (Al)两相组成 ,TiC粒子的尺寸和分布对细化剂的晶粒细化效果有显著影响。Al 80 %TiC细化剂中TiC粒子尺寸较大 (2～ 5 μm)且呈聚集成团分布 ,其晶粒细化效果较差。合成的Al 5 0 %TiC细化剂的晶粒细化效果略优于Al 5Ti 1B细化剂。加入 0 .1%的该细化剂就能使凝固试样的结构由粗大的柱状晶转变成细小的等轴晶 (平均晶粒尺寸 12 0 μm) ,且这种晶粒细化效果可保持 90min。SEM和TEM分析显示 ,Al 5 0 %TiC细化剂中原位合成的TiC粒子具有亚微米尺寸 (0 .4～ 0 .9μm) ,且在高温铝液中具有较强的稳定性 。

SHS技术制备的Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂

利用自蔓延高温合成(SHS)技术,制备了Al 3Ti 0.15C晶粒细化剂合金,并通过DTA、XRD、SEM和EDX等手段分析了合金的组织形态及其形成机制。结果表明SHS合成Al 3Ti 0.15C的过程为:830℃时Ti(s)与Al(l)发生强烈的放热反应,在Al熔体中首先形成块状TiAl3相;SHS反应瞬间释放的热量,使反应区迅速升温,快速通过Al(l)+TiAl3(s)+C(s)三相共存的亚稳态;然后以Al熔体为触媒,1020℃时活性Ti与C反应形成TiC粒子;TiAl3相在过饱和Al Ti熔体中析出,最终呈现针片状。

新一代铝合金晶粒细化剂Al-Ti-C

综述了新一代铝合金晶粒细化剂Al Ti C的理论研究情况。Al Ti C晶粒细化剂克服了Al Ti B的缺陷 ,其异质形核核心TiC比TiB2 的聚集倾向更小 ,并对Zr、Cr、V、Mn等元素“中毒”免疫。在相同添加量时 ,Al Ti C细化效果优于Al Ti B ,已成为取代Al Ti

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。

Al-Ti-C晶粒细化剂的形核与衰减机理研究

通过SEM、XRD、EPA等分析手段,研究了液固反应法制备的AlTiC晶粒细化剂中间合金的组织特征,并结合热力学分析探讨了TiC粒子的形核与衰减机制。试验结果表明:TiC的形核机理是Ti原子以某种机制扩散至TiC粒子的表面形成富Ti层,并接近TiAl3的成分,在凝固过程中TiAl3与周围Al液发生包晶反应形成αAl;保温过程由于C从TiC向Al熔体中的扩散,使其稳定性降低及TiC向Al4C3转化,使αAl晶格失配是细化效果衰减的主要原因。

铝合金晶粒细化剂的发展趋势

综述近些年来铝合金晶粒细化剂的研究与应用状况。对Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-C-B、Al-Ti-B-RE等晶粒细化剂进行了比较,并对具有代表性的细化理论如包晶反应、碳化物-硼化物及组织遗传性进行了分析和讨论。认为添加了具有特殊性质稀土的Al-Ti-C-RE和Al-Ti-C-B-RE的多元合金晶粒细化剂是今后发展的方向。

Al-Ti-C中间合金晶粒细化剂的合成及其细化晶粒作用

根据液体蒸气压与温度遵从克劳修斯克莱贝龙方程的原理，找到了制备ＡｌＴｉＣ中间合金的一种新工艺。合成的ＡｌＴｉＣ中间合金含有大量细小的ＴｉＣ相及少量粗大的条状Ａｌ３Ｔｉ相，它具有优异的细化αＡｌ晶粒的性能。ＴｉＣ相质点团是αＡｌ有效的异质结晶核心。

Al5Ti1B晶粒细化剂对超薄铝箔质量的影响

研究了国内、外Al5Ti1B中间合金对超薄铝箔质量的影响,得出了Al5Ti1B细化剂对超薄铝箔的针孔、成品率等有明显影响。添加国产、进口Al5Ti1B中间合金对超薄铝箔坯料质量的提高都起到良好的效果,国产Al5Ti1B比进口Al5Ti1B中间合金对1235铝熔体细化效果更好。每生产1t 1235铝箔铸轧板坯料,在线连续添加的Al5Ti1B中间合金质量为3.15kg/t时,超薄铝箔的针孔数最少,成品率提高。

回顾与展望全球铝产品产量及对晶粒细化剂的需求

在全世界生产的铝加工材与铸造铝产品中约有75%在铸造中需添加晶粒细化剂Al-Ti-B中间合金等以细化铸锭的枝晶与产品的晶粒组织,提高它们的性能。对2001～2010年全世界原铝、再生铝、铝加工材、铸造铝产量作了简明的回顾,对2011～2020年它们的产量作了预测,在此期间对晶粒细化剂的需求也作了预测,特别是对中国铝工业的晶粒细化剂需求作了较为精细的预测,2011年中国对晶粒细化剂的需求量61 kt,2015年的115 kt,2020年的可超过200 kt。中国当前生产的晶粒细化剂在产量与品质方面足以满足本国的需求。

石墨表面状态及加入方式对制备Al-Ti-C晶粒细化剂的影响

采用不同表面状态的石墨粉和以不同方式加入到Al Ti合金的方法来制备Al Ti C晶粒细化剂。采用金相显微镜观察了Al Ti C合金的微观组织 ,采用Leco装置检测了Al Ti C合金中的碳含量。结果表明 ,在制备Al Ti C合金过程中 ,石墨表面经预处理后可以提高石墨收得率 。

铝晶粒细化剂Al-Ti-B-RE的研制

介绍了以氧化物或相应的盐作原料,在工业铝电解槽中进行电解,加后续处理的复合法制取铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B-PE的新工艺.其产品质量稳定,成本较低,使用方便.使用结果表明,细化效果好,有长效性,在铝熔体中加入该细化剂后,保温14小时以上,不需重加细化剂和搅拌,在铸轧机上仍能获得3级以下的晶粒度.还探讨了细化剂具有这些特点的原因.