亞快速凝固Al-Ti中間合金組織及其晶粒細(xì)化效果研究.pdf

1、金屬及合金的晶粒細(xì)化能給材料帶來(lái)很好的綜合機(jī)械性能。通過(guò)添加少量中間合金能顯著細(xì)化合金晶粒組織,操作簡(jiǎn)單的化學(xué)細(xì)化晶粒方法在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的Al-10Ti和Al-5Ti-1B中間合金受其制備方法的限制,合金中形核粒子Al3Ti顆粒粗大、分布不均且以長(zhǎng)條狀為主。導(dǎo)致其細(xì)化能力有限,遠(yuǎn)不能滿足更高細(xì)化性能的要求。雖然國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中間合金在成分上與國(guó)外同種產(chǎn)品相比并無(wú)區(qū)別,但其細(xì)化能力卻有很大差異,究其原因在于中間合金中形核粒

2、子顯微特征的差別。因此,改善Al-Ti中間合金中形核粒子Al3Ti相的尺寸和形態(tài)很有研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文利用銅模壓鑄快速冷卻方法制備了亞快速凝固Al-Ti中間合金,并對(duì)亞快速凝固Al-Ti中間合金進(jìn)行重熔實(shí)驗(yàn),采用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡研究了亞快速凝固和重熔Al-Ti中間合金的顯微組織及其演變規(guī)律。隨后,采用亞快速凝固Al-Ti中間合金對(duì)鋁和鋁合金進(jìn)行了晶粒細(xì)化處理,研究了亞快速凝固Al-Ti中間合金的晶粒細(xì)化能力及其細(xì)化

3、機(jī)理。本論文的研究結(jié)果如下:
　　1、亞快速凝固是一種有效細(xì)化Al-Ti中間合金組織的方法,細(xì)化后Al3Ti相顆粒的尺寸一般能達(dá)到10μm以下,形狀由長(zhǎng)條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的短棒狀、塊狀和花瓣?duì)?。在高?200℃熔煉和保溫時(shí),隨著熔煉溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng),Al3Ti相顆粒尺寸減小,其形狀因子φ值增加。最佳的亞快速凝固工藝參數(shù)為:對(duì)Al-5Ti-1B中間合金,T=1250℃,t=30~35min,此時(shí)Al3Ti相的平均尺寸和φ值分別

4、為2.91~2.95μm和0.70~0.71;對(duì)Al-10Ti中間合金,T=1300℃,t=30~35min,此時(shí)Al3Ti相的平均尺寸和φ值分別為6.15~7.09μm和0.55~0.60。
　　2、亞快速凝固Al-10Ti中間合金重熔時(shí),隨著重熔溫度或保溫時(shí)間的增加,Al3Ti相顆粒平均尺寸和形狀因子φ值都有所增加。在固態(tài)加熱階段,Al3Ti相顆粒以脫溶析出和Ostwald熟化兩種方式長(zhǎng)大;且隨著保溫時(shí)間增加,Al-10Ti中

5、間合金中Al3Ti相顆粒尺寸增加緩慢;在固液兩相區(qū)加熱重熔初期,Al3Ti相顆粒以O(shè)stwald熟化和合并生長(zhǎng)兩種方式長(zhǎng)大,而在重熔后期,Al3Ti相顆粒主要以合并方式長(zhǎng)大。在亞快速凝固Al-5Ti-1B中間合金重熔過(guò)程中,中間合金中Al3Ti相顆粒形貌改變不太明顯,沒(méi)有明顯的球化現(xiàn)象,這主要是由于在Al-5Ti-1B合金中、分布在Al3Ti相顆粒附近的細(xì)小TiB2粒子阻礙了Al3Ti顆粒的移動(dòng)與合并。此外,溶解在鋁液中的Ti在TiB2

6、粒子表面形核,形成一層Al3Ti薄膜。因此,由于Al-5Ti-1B合金溶液中鈦原子的缺乏,原有的Al3Ti顆粒長(zhǎng)大和形狀的改變受到限制。
　　3、亞快速凝固Al-5Ti-1B和Al-10Ti中間合金的晶粒細(xì)化能力有明顯提高。與普通中間合金相比,亞快速凝固Al-10Ti中間合金對(duì)亞共晶Al-7Si合金中初生α-Al的等軸晶化效率有一定提高。細(xì)化效果的增強(qiáng)得益于亞快速凝固中間合金中存在的大量彌散分布的細(xì)小Al3Ti顆粒,其廣泛分布作為