Al-Ti-C-Sr細(xì)化劑的制備優(yōu)化及Al-Ti-Sr三元相的研究.pdf

1、亞共晶鋁硅合金因具有強(qiáng)度高、比重低、鑄造性能優(yōu)良、耐蝕性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車制造等領(lǐng)域。然而，未經(jīng)細(xì)化和變質(zhì)的亞共晶鋁硅合金，其組織中粗大α-Al晶粒降低了合金的強(qiáng)度和塑性，粗大的針片狀共晶硅嚴(yán)重割裂鋁基體，并在硅相的尖端和棱角部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能降低。因此，研究亞共晶鋁硅合金的晶粒細(xì)化和共晶硅變質(zhì)具有重要意義。
　　 為發(fā)揮Al-Ti-C晶粒細(xì)化劑和Al-Sr共晶硅變質(zhì)劑的優(yōu)良性能并簡化合金的熔煉

2、工藝，課題組開發(fā)出一種Al-Ti-C-Sr細(xì)化劑。本文探索了Al-Ti-C-Sr細(xì)化劑的低溫制備工藝，并采用正交試驗對Al-Ti-C-Sr細(xì)化劑的成分和制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)正交試驗得出的最優(yōu)方案制備了Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑，研究了細(xì)化劑的相組成、形貌以及分布，利用Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑對亞共晶鋁硅合金進(jìn)行細(xì)化和變質(zhì)，并比較了其與Al-Ti-C和Al-Sr細(xì)化效果的差異;采用掃描電鏡和透射電鏡分析了Al-3T

3、i-0.2C-5Sr細(xì)化劑中Al-Ti-Sr三元相的形貌特征、晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù);研究采用鑄鐵模具正常凝固和鋼管模具慢速凝固對Al-Ti-Sr三元相形貌的影響，并探討了Al-Ti-Sr三元相的形成機(jī)理:對最優(yōu)方案制備出來的Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑進(jìn)行擠壓，研究了擠壓工藝對Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑顯微組織和細(xì)化性能的影響。
　　 研究結(jié)果表明，根據(jù)最優(yōu)方案制備的Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑，其由α-

4、Al、TiAl3相、TiC相、Al4Sr相、Al-Ti-Sr相組成，其中TiAl3相大部分呈細(xì)針片狀，尺寸較小且分布均勻;TiC相數(shù)量較多且分布彌散，主要分布在Al-Ti-Sr相和TiAl3相周圍及晶界處;Al4Sr大部分呈纖維狀，少數(shù)呈針狀，且尺寸較小;Al-Ti-Sr相數(shù)量較多。
　　 添加1.0wt.％Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑對亞共晶鋁硅合金進(jìn)行細(xì)化，鋁硅合金的宏觀晶粒明顯細(xì)化，平均晶粒尺寸由未細(xì)化時的1195

5、μm減小到438μm，其二次枝晶臂間距由未細(xì)化時的23.15μm減小13.89μm，共晶硅由粗大的針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的纖維狀和粒狀。添加1.0wt.％Al-3Ti-0.2C和0.5wt.％Al-10Sr對亞共晶鋁硅合金細(xì)化，細(xì)化后的平均晶粒尺寸為642μm，二次枝晶臂間距為18.52μm，共晶硅呈纖維狀和粒狀分布。因此，Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑較Al-3Ti-0.2C和Al-10Sr對亞共晶鋁硅合金的晶粒和二次枝晶臂間距具有更

6、好的細(xì)化效果，但二者對共晶硅的變質(zhì)效果無明顯差異。
　　 Al-Ti-Sr三元相有兩種形貌，即塊狀和包覆在TiAl3相周圍的包覆狀，掃描電鏡的表面微區(qū)成分分析表明兩者具有相同的化學(xué)成分，為同一種Al-Ti-Sr相。由于Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑中TiAl3相、TiC相、Al4Sr相的結(jié)構(gòu)均已被探明，只有Al-Ti-Sr三元相的結(jié)構(gòu)尚未確定。采用透射電鏡對Al-Ti-Sr相進(jìn)行選區(qū)電子衍射，根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)菊池三角形主要帶軸的

7、電子衍射花樣進(jìn)行分析，結(jié)果表明Al-Ti-Sr三元相的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方，晶格參數(shù)為a=1.52nm。
　　 Al-Ti-Sr三元相通過包晶反應(yīng)形成，其形核長大方式為:Al-Ti-Sr三元相依附在TiAl3相的表面形核，通過原子擴(kuò)散消耗液相和TiAl3相形成包裹狀A(yù)l-Ti-Sr相;過冷度較大時Al-Ti-Sr三元相可直接在液相中形核，并通過液相和TiAl3相的直接反應(yīng)來形成塊狀A(yù)l-Ti-Sr相。凝固速度較慢時，包裹狀A(yù)l-T

8、i-Sr相的尺寸增大，而中心的TiAl3相由于在包晶反應(yīng)中被消耗而幾乎完全消失;塊狀A(yù)l-Ti-Sr相的生長速度較快，其尺寸急劇長大。
　　 Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑經(jīng)擠壓后，其組織中TiAl3和Al4Sr相的尺寸減小，TiC相在基體中的分布更均勻，Al-Ti-Sr三元相的尺寸減小且數(shù)量增多。分別采用未擠壓和擠壓態(tài)Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑對亞共晶鋁硅合金細(xì)化，擠壓態(tài)Al-3Ti-0.2C-5Sr細(xì)化劑具有