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。

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。

Al5Ti1B细化剂对ZL101A铸造铝合金组织与性能的影响

考察了不同Al5Ti1B细化剂添加量对ZLl01A铸造铝合金组织和力学性能的影响。结果表明:细化剂的加入可有效地细化α-Al晶粒,使共晶硅相的尺寸细小、分布均匀;细化剂的加入量存在一最佳值,其中以0.2%(质量分数)细化剂添加量对自然时效(30 d)合金的力学性能的改善幅度较大;同时该添加量也使合金经人工时效(170℃/11 h)后具有较好的综合力学性能,其抗拉强度和布氏硬度分别比自然时效合金的提高约28%和23%,而伸长率则下降到5%左右。过量的细化剂加入会导致时效合金的力学性能下降。

温度对制备Al-Ti-C晶粒细化剂的影响

采用石墨粉加入到Al Ti合金中的方法来制备Al Ti C晶粒细化剂。采用扫描电镜和透射电镜观察了Al Ti C合金的微观形貌 ,采用X射线衍射装置检测了Al Ti C合金中的相组成。结果表明 ,在制备Al Ti C合金过程中 ,温度低于 12 73K先生成TiC粒子 ,随着保温时间的延长TiC转变成为Al4C3 ;但温度升高到 15 73K以上时 ,Al4C3 会分解重生成TiC。

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。

铝硅合金晶粒细化剂Al-Ti-C-P的研制

采用自蔓延+熔铸法制备了Al-Ti-C-P晶粒细化剂,探讨了其对共晶铝硅合金的变质效果。通过扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段,研究了Al-Ti-C-P晶粒细化剂的显微组织。结果表明:Al-Ti-C-P晶粒细化剂的主要相组成为TiAl3、TiC、AlP,对共晶铝硅合金具有优良的变质效果。晶粒细化剂中的TiAl3和TiC颗粒促进了AlP对共晶铝硅合金的变质效果。

国产与进口Al5Ti1B晶粒细化剂细化性能对比

研究国产和进口两种Al5Ti1B晶粒细化剂的微观组织,对比两种细化剂成分,及其对1×××铝合金的细化效果和对铝箔铸轧坯料力学性能的影响。研究结果表明:Ti、B含量较高的进口晶粒细化剂含有更多不规则颗粒状Ti Al3,更多弥散分布的Ti B2,Ti Al3颗粒大小为3μm^5μm,Ti B2颗粒细小、未发生团聚,从而能够给铝熔体提供更多的异质晶核,细化效果明显优于国产细化剂的。当进口细化剂添加量为3. 0 kg/t时,1×××铝合金铸轧坯料抗拉强度最高,铸轧坯料纵向、横向、45°方向的抗拉强度分别为106. 19 N/mm2、106. 88 N/mm2、104. 66 N/mm2。

Al-Ti-C晶粒细化剂的细化机理试验研究

通过SEM分析手段,研究了液固反应法制备的Al-Ti-C晶粒细化剂的组织特征,并通过不同Ti/C的Al-Ti-C晶粒细化剂的细化效果比较,确定Al-Ti-C合金的最佳成分范围;分析了Al熔体凝固过程的形核过冷度、以及α-Al形核与长大驱动力,探讨了凝固过程中α-Al细化机制。结果表明:细化效果决定于TiC的数量、形核活性及晶粒生长限制因子的综合作用。

热处理对Al-3%Ti-0.35%C细化剂组织的影响机制

研究热处理工艺对热爆法合成Al-3%Ti-0.35%C晶粒细化剂组织的影响机制。结果表明:Ti原子的扩散是控制热处理的主要因素之一;400℃时脱溶反应最先发生,经过大约6 h反应基本结束;当Al3Ti满足原子计量比时,其产物形态不发生改变,而当晶界以及Al3Ti产物中存在过剩的钛元素时,则细化剂的晶界及Al3Ti产物的周边区域会有条件地发生扩散反应;当在600℃连续保温12 h以上时,脱溶反应的Al3Ti产物重新溶解,晶界处的类共晶组织会消失,经扩散反应生成含Ti颗粒物质。TiC颗粒未见变化。经400℃保温2 h热处理的试样的细化效果最佳。

Mg-7Sm-4Al细化剂对Mg-6Al合金细化的研究

针对稀土化合物对Mg-Al合金的细化问题,通过向纯Mg中复合添加Al和Sm元素制得Mg-7Sm-4Al细化剂,研究了细化剂对Mg-6Al合金的细化效果,并设计了直接添加同等量Al和Sm的对照实验。讨论了这俩种添加方式对Mg-6Al合金晶粒尺寸的影响。实验结果表明:外添加Mg-7Sm-4Al细化剂可以很好的细化Mg-6Al合金。当Mg-7Sm-4Al细化剂的添加量质量分数为36.4%时,Mg-6Al合金的平均晶粒尺寸由原始的126.12μm细化到75.68μm。细化机制是Mg-7Sm-4Al中未溶解的Al2Sm颗粒起到了异质形核作用,溶解的Al和Sm元素的溶质效应,二者协同作用使合金细化。从直接添加Al和Sm的对照实验可以得出,添加质量分数为0.64%Sm会使Mg-6Al合金晶粒粗化,因为Sm元素具有去除氧化物杂质的作用,带走Mg-Al合金中富氧异质形核质点,降低形核率。当Sm的添加量达到质量分数的2.55%时,Sm和Al生成具有异质形核能力的Al_(2)Sm颗粒,使合金细化。

Al-Ti-C晶粒细化剂的连续铸挤组织与细化性能

采用液固反应法制备了Al-Ti-C中间合金,由常规铸造及连续铸挤成形,获得了不同组织形态的晶粒细化剂,并通过细化纯铝试验,研究了晶粒细化剂的组织形态与其细化效果间的关系。结果表明:熔体连续铸挤成形过程,对熔体的强烈剪切与热扰动作用,可分散细化TiAl3,使TiC粒子呈弥散分布,显著提高AlTi5C 0.25合金的组织细化活性,经连续铸挤成形的Al-Ti-C晶粒细化剂,特别适于对铝箔制品的细化处理。

镧对Al-Ti-C晶粒细化剂显微组织与细化性能的影响

采用自蔓延＋熔铸法制备Al-Ti-C晶粒细化剂。通过光学显微镜（OM）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和能谱分析（EDS）等手段，研究了稀土镧对晶粒细化剂的组织结构和细化性能的影响。结果表明：镧极大地提高了石墨在铝熔体中的润湿性；镧的加入改变了TiAl3和TiC的形貌、数量和分布，使块状TiAl3和非团簇状TiC均匀分布在α—Al基体上，从而对工业纯铝产生优异的晶粒细化效果。

Al-4.5Ti-B细化剂和Na盐变质剂对A357合金组织和性能的影响

研究了Al-4.5Ti-B细化剂和Na盐变质剂对A357合金金属型铸造时微观组织和力学性能的影响及Na盐变质砂型铸件的壁厚效应。实验结果表明,单独Ti细化和Na盐变质的最佳加入量分别为0.15%、1.5%。在两者共同作用时,合金的力学性能比Ti细化低,比Na盐变质高。随砂型铸件壁厚的增加,A357合金的组织变得粗大,硬度变小,并且固溶处理和时效处理所需的时间也更长。

Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂对Zn−Al共析合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响

制备一种新型Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂,并系统研究其对锌铝共析(ZA22)合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响。结果表明,该孕育剂对ZA22合金中的α相具有显著的细化作用(α相最低可被细化至约16μm),并可使得α相的形貌从粗大枝晶状转变为细小花瓣状。通过边−边匹配晶体学模型(E2EM)建立孕育剂中CeB_(6)和NbB_(2)颗粒与α相之间的位向关系(ORs),并基于该E2EM模型揭示孕育剂对ZA22合金的细化机理。与未细化ZA22合金相比,孕育细化ZA22合金的高温阻尼性能,特别是逆共析转变阻尼峰得到显著提升。此外,孕育细化ZA22合金的室温拉伸力学性能也得到了显著提高,具有最佳细化效果的ZA22合金的抗拉强度和伸长率分别比未细化ZA22合金的高18.56%和119.04%。对相关机理进行了讨论。

Al-Ti-B晶粒细化剂微观组织对AA1050合金细化效果的影响

分析了两种Al-Ti-B晶粒细化剂的成分及微观组织,并在同等试验工艺、相同细化剂添加量的条件下,比较了两种Al-Ti-B丝晶粒细化剂对AA1050合金的细化效果。

Al—Sc—Zr晶粒细化剂

向变形铝合金中添加的晶粒细化剂多为Al—Ti-B合金，其次为A—Ti—C合金，还有用Al-Ti—Zr合金的，但用的量不多，也、不普遍，多用于细化2×××系及7×××系航空航天材料的组织。在Al—Sc—Zr三元素中可形Al3Sc、Al3Zr两个二元相，以及两个三元相Al3Sc0.6Zr0.4及Al3Zr0.8Se0.2。Sc及Zr在工业合金中的含量分别〈0．3％及0．15％，即它们的总含量〈0．45％，

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。

成分对热爆法合成Al-Ti-C的组织及细化效果的影响

采用铝熔体热爆法合成8种成分配比的Al-Ti-C晶粒细化剂。研究了按不同成分的Al∶Ti∶C比值进行配料、铝熔体温度为710℃合成Al-Ti-C晶粒细化剂的相组成、Al3Ti和TiC的形态及对工业纯铝的细化效果。XRD分析结果表明:随着预制块的Ti/C比值由高于1.5转为低于1.5,合成的晶粒细化剂由Al3Ti和Al两相组成转为由Al3Ti、TiC和Al三相组成,表明预制块中的Ti/C比值对合成的晶粒细化剂主要物相的组成有很大影响;合成的细化剂中Al3Ti呈块状分布;预制块的Ti/C为3/2时(即Al∶Ti∶C=3∶3∶2)合成的晶粒细化剂在8组细化剂中的细化效果最佳。这表明TiC和Al3Ti相对量及形态的恰当组合是晶粒细化剂优良细化能力的保证。

温度对AlTiC中间合金内部组织及细化性能的影响

采用接触法来制备AlTiC中间合金.通过X-ray衍射和SEM扫描电镜及EDS能谱分析发现,随着温度的改变,TiC和Al3Ti粒子的形态和分布会发生相应的变化,而TiC和Al3Ti粒子的形态和分布的变化很大程度上影响着AlTiC中间合金的细化效果.研究结果表明:在800℃时,AlTiC中间合金对工业纯铝的细化效果最好.

合成温度对Al-5Zr-1.8B合金组织与细化能力的影响

以K2Zr F6、KBF4粉末和纯Al为原料,采用熔体反应法制备镁合金晶粒细化剂Al-5Zr-1.8B合金。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等,研究了合成温度对Al-5Zr-1.8B合金的组织和晶粒细化能力的影响。结果表明,Al-5Zr-1.8B合金的细化能力随着合成温度的升高出现了先提高再降低的趋势,合成温度为850℃时合成的Al-5Zr-1.8B合金晶粒细化效果最好。添加0.6%的Al-5Zr-1.8B合金,AZ91D镁合金的晶粒被细化至108μm,抗拉强度和伸长率分别提高到204 MPa和3.94%,比未添加细化剂相比,AZ91D镁合金的晶粒尺寸下降了67.07%,抗拉强度和伸长率分别提高了31.61%和27.92%。晶粒细化机制可归结为Zr B2粒子作为α-Mg的异质形核核心。