Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

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-5Ti-1B对A357合金晶粒细化作用的研究

采用A l-5Ti-1B中间合金作为细化剂细化A357合金,考察细化剂加入量、保温温度及熔体在不同温度下保温时间对晶粒尺寸的影响,研究了A l-5Ti-1B中间合金对A357合金晶粒细化效果.研究表明:A l-5Ti-1B可明显减小A357合金的晶粒尺寸,并且在较长的时间内保持良好的细化效果;熔体长时间静置后易出现(钛)偏析,底部Ti含量比顶部要高,致使铸件整体细化效果大大降低;定期对熔体进行搅拌可有效消除偏析.

电磁搅拌对Al-5Ti-1B的显微组织与晶粒细化能力的影响

在中间包对Al-5Ti-1B熔体施加电磁搅拌,然后连续铸挤成Al-5Ti-1B丝,研究了电磁搅拌对Al-5Ti-1B的显微组织与晶粒细化能力的影响,结果表明:电磁搅拌能够阻止TiB2粒子的团聚和沉淀,改善TiB2粒子的分布均匀性,提高Al-5Ti-1B的晶粒细化能力.Al-5Ti-1B的Ti、B元素含量分别为5.08%和1.02%,TiB2粒子平均尺寸为0.74μm,TiAl3相平均尺寸为15.7μm.添加0.2%的Al-5Ti-1B后保温2 min,可使纯铝晶粒从2 800μm细化至68μm,保温120 min,晶粒未见长大.

Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加量和细化时间对铝合金细化效果的影响

通过Al-5Ti-1B晶粒细化剂的添加量和细化时间试验,分析了其不同添加量及不同细化时间对A356铝合金金相组织的影响。最后得出了较合适A356铝合金金相组织的Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加量和细化时间。

连续铸挤Al-5Ti-1B合金线的组织与晶粒细化效果

采用连续铸挤成形Al-5Ti-1B合金线,采用光学显微镜和扫描电镜分析了Al-5Ti-1B合金线的显微组织和晶粒细化效果,并与Al-5Ti-1B合金锭进行了比较。结果表明,连续铸挤Al-5Ti-1B合金线中TiAl3相呈细小圆块状,分布均匀,TiB2粒子弥散分布于铝基体;而Al-5Ti-1B合金锭中TiAl3相呈粗大板条状,TiB2粒子偏聚于铝晶界呈粗大团块状。Al-5Ti-1B合金线对纯铝的晶粒细化效果优于Al-5Ti-1B合金锭,纯铝加入Al-5Ti-1B合金线5 min后,晶粒尺寸达到最小。

Al-5Ti-1B对AZ31合金组织与性能的影响

研究了Al-5Ti-1B中间合金不同添加量对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在AZ31镁合金中添加Al-5Ti-1B中间合金有利于组织性能的改善。在试验中,添加量控制在0.5%为佳,此时,合金晶粒尺寸达到最小,约为170μm,是AZ31镁合金未添加细化剂时晶粒尺寸的30%,抗拉强度及伸长率分别达到最大。AZ31镁合金组织性能的变化主要与Al-5Ti-1B中间合金中的游离Ti和TiB2有关。

高能超声对Al-5Ti-1B中间合金组织和细化行为的影响

在A l-5Ti-1B中间合金的制备和重熔过程中引入高能超声处理,研究了其对中间合金组织和细化效果的影响。结果发现:在市售A l-5Ti-1B重熔过程中施加超声处理,可以显著改善合金组织和细化作用;制备过程中施加超声处理可以加速氟盐和铝熔体间反应的进行,均匀化组织,提高细化效果;中间合金制备及凝固过程联合超声处理,不仅可以改变TiA l3相的形貌,而且改变了TiB2聚集团的形态,使其变为疏松的鱼卵状,粒子之间不再存在粘连现象,中间合金的细化效果进一步提高。

Al-5Ti-1B细化剂添加量对含铈铸造铝合金组织和拉伸性能的影响

在添加质量分数0.1%铈的基础上,对比研究Al-5Ti-1B细化剂质量分数(00.4%)对A356铸造铝合金组织及拉伸性能的影响。结果表明:随着Al-5Ti-1B细化剂含量的增加,α-Al树枝晶的平均二次枝晶间距先降后增,当细化剂的质量分数为0.2%时,平均二次枝晶间距最小,为37.3μm;添加适量细化剂能促使共晶硅由狭长纤维状向粗短棒状的转变,从而降低共晶硅的等效直径和长宽比,过量细化剂则会引起共晶硅的尖锐化;添加细化剂后,铝合金的抗拉强度和断后伸长率均提高,且随着细化剂含量的增加呈先增后降的趋势;添加质量分数0.2%细化剂时铝合金的综合变质效果最佳,此时铝合金的拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率较未添加细化剂时的分别提高了20.7%和66.7%。

高品质Al-5Ti-1B合金线的组织与晶粒细化性能

采用等离子体发射光谱仪、光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜,研究了高品质Al-5Ti-1B合金线的化学成分、显微组织和晶粒细化性能。结果表明,高品质Al-5Ti-1B合金线的Ti、B合金元素含量稳定,Fe、Si、V、K杂质元素含量低。合金线的组织均匀细小,无氧化夹杂物,TiAl3相平均尺寸为16.7μm,TiB2粒子平均尺寸为0.73μm。添加质量分数为0.2%的高品质Al-5Ti-1B合金线可使纯铝铸态晶粒细化到75.7μm,晶粒细化响应时间块,抗衰退能力强,适应铝熔体温度范围宽。研究结果可为细化剂生产企业和铝加工企业在生产、选用高品质Al-5Ti-1B合金线时提供参考。

Al-5Ti-1B和Al-P中间合金对Al-Si合金的联合变质作用

研究了Al-5Ti-1B和Al-P中间合金对Al-Si活塞合金组织和性能的影响。结果表明,加入0.2%Al-5Ti-1B中间合金能使经Al-P中间合金变质过的ZL109合金的共晶团和初晶硅进一步细化,抗拉强度也明显提高。随着Al-5Ti-1B加入量的增加这种细化作用逐渐减小,当Al-5Ti-1B的加入量为2%时甚至使ZL109中的初晶硅变粗,抗拉强度也随之降低。

Al-5Ti-1B合金等通道转角挤压的组织和性能研究

研究了等通道转角挤压技术对Al-5Ti-1B合金的组织和性能的影响。采用等通道转角挤压技术,在室温下,对Al-5Ti-1B合金进行了4道次挤压试验,并运用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电镜等研究形变前后Al-5Ti-1B合金微观结构的变化。结果表明,等通道转角挤压技术可以细化晶粒,改善了第二相颗粒分布的均匀性,提高了Al-5Ti-1B合金的力学性能。随挤压次数的增加,大块状TiAl3相由20～80μm粗晶粒细化到10μm左右;呈团块状且分布不均的TiB2经挤压后,分布均匀。采用Bc路径,进行4道次等通道转角挤压后,Al-5Ti-1B合金的屈服强度由142.0MPa增加到221.4MPa,提高了56.1%,其维氏硬度由45.2增大到64.9,提高了43.6%。

Al-5Ti-1B对Al-Si合金磷变质行为影响机理的研究

研究了熔炼条件及Al-5Ti-1B中间合金加入量对P变质ZL109合金凝固组织的影响,并着重对其影响机理进行了探讨。结果发现在中频感应炉熔炼条件下,加入适量Al5-Ti-1B对初晶硅有明显的细化作用,而在静置炉(电阻炉)熔炼条件下,这种作用却不明显;同时发现,无论是在电阻炉还是感应炉熔炼条件下,加入过量的Al5Ti1B都会使合金中的初晶硅粗化。EPMA分析发现,加入Al5-Ti-1B后合金的初晶硅中心有Ti元素富集。分析认为Al5Ti1B中的TiB2粒子对AlP质点具有吸附作用,从而对AlP中间合金的变质效果产生影响。

国内外Al-5Ti-1B合金线的组织与晶粒细化性能

采用等离子体发射光谱仪、光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪检测分析了国内外Al-5Ti-1B合金线的化学成分、显微组织和晶粒细化效果。结果表明:韩国SLM公司Al-5Ti-1B合金线Fe、Si杂质元素含量较高,国内A厂Al-5Ti-1B合金线TiAl3尺寸较大,TiB2粒子团聚较严重,荷兰KBM公司和国内B厂的Al-5Ti-1B合金线的化学成分、显微组织和晶粒细化性能综合质量较好。

Al-5Ti-1B对Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织与力学性能的影响

研究了电磁搅拌连续铸挤Al-5Ti-1B晶粒细化剂对Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织与力学性能的影响。结果表明:Al-5Ti-1B是Al-Zn-Mg-Cu合金的有效晶粒细化剂,添加质量分数为0.1%的Al-5Ti-1B,可使Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织从粗大的枝晶细化为平均直径为54μm的等轴晶,抗拉强度和伸长率提高5.5%和35.6%;随着Al-5Ti-1B的质量分数从0.1%增加至0.5%,Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒进一步细化,抗拉强度和伸长率继续提高;当Al-5Ti-1B的质量分数为0.5%时,Al-Zn-Mg-Cu合金被细化为平均直径为38μm的等轴晶,合金的抗拉强度和伸长率提高到313 MPa和4.2%,与未添加Al-5Ti-1B相比,分别提高了13.8%和48.2%。

Al-5Ti-1B添加量和熔体保温时间对2024铝合金铸态组织的影响

研究了电磁搅拌连续铸挤Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加量和熔体保温时间对2024铝合金铸态组织的影响。结果表明:添加0.1%的Al-5Ti-1B,可使2024铝合金的铸态组织从167.4μm的粗大枝晶细化到59.4μm的等轴晶。随着Al-5Ti-1B的添加量从0.1%逐渐增加到0.4%,2024铝合金的晶粒进一步细化,但晶粒细化效应逐渐减弱。当Al-5Ti-1B添加量为0.4%,2024铝合金被细化为平均直径为34.3μm的等轴晶。添加0.1%的Al-5Ti-1B并静置1 min,2024铝合金晶粒被细化至91.3μm。保温5 min,晶粒被细化为58.6μm的等轴晶;保温时间延长至120 min,晶粒未见明显长大。试验结果表明,电磁搅拌连续铸挤Al-5Ti-1B细化2024铝合金具有晶粒细化效果好、响应时间短和持续时间长的优点。

等径角挤压对Al-5Ti-1B合金中第二相的影响

在室温下对Al-5Ti-1B合金进行8道次等径角挤压试验,并运用X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电镜等手段研究了变形前后Al-5Ti-1B合金中第二相的变化。结果表明:等径角挤压可以使Al-5Ti-1B合金中第二相颗粒细化,并改善了第二相颗粒分布的均匀性;随挤压次数的增加,大块状TiAl3相由20~80μm粗晶粒细化到5μm左右;呈团块状且分布不均的TiB2经挤压后得到均匀分布;硬颗粒第二相同时对基体有剪切作用,这也是晶粒细化的原因之一。

Al-5Ti-1B对ZL101A合金晶粒细化效果影响

Al-5Ti-1B中间合金常用作ZL101A合金的细化剂,然而,在熔体长时间保温后,其细化效果逐渐减少。本文研究了Al-5Ti-1B对ZL101A合金晶粒的细化效果。结果表明,熔体保温90 min后Al-5Ti-1B中间合金明显出现衰退,α初晶明显粗化,而在冷却曲线上表现为初晶过冷度明显升高。Al-5Ti-1B的异质形核作用源于TiAl_3粒子,其细化剂的衰退是多种因素综合影响的结果。因此,建议ZL101A合金熔体保温时间不应超过1 h。

电磁搅拌制备的Al-5Ti-1B对6061铝合金显微组织和力学性能的影响

采用电磁搅拌连续铸挤工艺制备Al-5Ti-1B晶粒细化剂,研究了Al-5Ti-1B添加量对6061铝合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:添加质量分数为0.1%的Al-5Ti-1B,6061铝合金的显微组织从171μm的粗大枝晶细化成平均直径为70μm的等轴晶,合金的抗拉强度提高了26.47%,伸长率提高了50.91%。随着Al-5Ti-1B的质量分数从0.1%逐渐增加到0.5%,6061铝合金的晶粒进一步细化,抗拉强度和伸长率进一步提高,但晶粒细化效应逐渐减弱。当Al-5Ti-1B添加量为0.5%时,6061铝合金被细化为平均直径为37μm的等轴晶,合金的抗拉强度和伸长率分别为243 N/mm2和10.5%。与未添加Al-5Ti-1B的6061铝合金相比,抗拉强度和伸长率分别提高了42.95%和90.91%。

Al-5Ti-1B中间合金在铝熔体中的沉淀行为

通过计算流体仿真,结合保温沉淀试验研究了Al-5Ti-1B中间合金中的TiB;颗粒在1070铝熔体内的沉淀过程及分布状态。结果表明:TiB;颗粒在铝熔体内沉淀时,位于熔体中心区域的颗粒的沉淀速度更快,且大于Stokes计算的理论值;中心区域颗粒的快速沉降,导致四周区域的铝熔体产生扰动进而阻碍了四周区域内颗粒的沉淀,并且部分区域出现颗粒的上升运动;由于TiB;颗粒不同的沉淀速度分布,造成其在底层中心区及壁面边界区的聚集情况更为严重,且在底部中心区域出现环状高密度分布区,并通过沉淀试验证实了这一分布状态的准确性。