新型AlTiCRE細化劑的制備及對純鋁組織與性能的影響.pdf

1、AlTiC中間合金是鋁晶粒細化劑研究領域的熱點之一,相對于目前世界上普遍使用的AlTiB系中間合金其優(yōu)點在于:晶粒細化效率高,TiC質點比TiB<,2>質點尺寸小得多,所以在生產箔材時更具潛力.其存在主要問題有:制備工藝尚不完善,碳的合金化成本很高;中間合金的組織難以控制,組織中易產生Al<,4>C<,3>等有害相;產品適用范圍較窄,細化效果的穩(wěn)定性有待提高.本文對合金細化劑中TiC的合成進行了熱力學、動力學分析,結果表明,在AlTiC

2、體系中,可能產生的化合物有:TiC、Al<,4>C<,3>、TiAl<,3>,其中以TiC的反應自由能最低;TiC顆粒是液固相反應合成的;在此基礎上,系統(tǒng)研究了AlTiC體系中的成分配比、C粉的加入方式、添加活性劑及工藝參數(shù)對TiC合成的影響,成功通過反應合成或熔鑄攪拌等多種方法制備出成分、物相及組織結構符合要求的中間合金及合金細化劑.在通過反應法制備的細化劑中,選用粒徑為0.1~3μm的細C粉和粒徑為65~80μm的粗C粉,都可合成出

3、顆粒粒徑微細TiC;TiC的粒徑隨C粉粒徑的增大及A1含量的減少而增大,TiC顆粒的表面形狀由圓整的顆粒向多邊形變化;一步合成的細化劑中,TiC顆粒最細,粒徑約為0.5~1μm,其分布的均勻性較差;兩步合成細化劑,TiC顆粒粒徑較大,粒徑約為1~4μm,但分布較為均勻;提高稀土含量,降低合金細化劑中的Ti/C,降低合金細化劑中的Ti含量,均可降低TiAl<,3>長徑比.在攪拌法制備的中間合金中,TiC顆粒發(fā)生了聚集長大,TiC顆粒在局部

4、有明顯的偏聚現(xiàn)象.自制的合金細化劑均能細化純鋁的組織,提高其力學性能;合金細化劑對純鋁的細化性能取決于細化劑的成分、Ti/C比、TiC顆粒的尺寸分布及加入量;TiC顆粒的粒徑越細越佳,分布越均勻越好;細化劑中的Ti/C應<20/1,Ti含量及稀土含量以5％為佳;提高合金細化劑中的稀土含量可細化純鋁的枝晶組織,較大幅度地提高了純鋁的延伸率,相應的也提高了其屈服強度;隨細化劑加入量的增加,純鋁組織變細,力學性能提高.兩步法制備的合金細化劑對

5、純鋁組織的細化及力學性能的作用優(yōu)于一步法及熔鑄攪拌法制備的合金細化劑;由細C粉制備的AlTi5C0.25RE3細化劑和由粗C粉制備的AlTi5C0.25RE5的細化劑對純鋁的晶粒組織及力學性能的作用均優(yōu)于進口AlTiB的使用效果.添加合金細化劑對純鋁的鑄態(tài)組織產生了良好的細化作用,其原因主要在于增加了形核率、降低了晶粒長大速度.晶粒細化在提高多晶體強度的同時,也使其塑性與韌性得以提高.本文分析了AlTiCRE合金細化劑對純鋁的細化機理,

6、提出了TiC對α-Al的二級形核機制.TiAl<,3>通過包晶轉變細化了α-Al晶粒,是直接起細化作用的最主要的物相;TiC對純鋁的細化作用主要體現(xiàn)在它能促進TiAl<,3>的形核.TiC顆粒尺寸對細化劑的細化能力具有多重影響,顆粒細,單位體積內的形核基底數(shù)增加,但顆粒小于1 μ m時,其表面較圓整,曲率半徑增大,單個顆粒的形核能力下降,且由于比表面積大,易聚集成團,這實際上又減少了形核基底數(shù);當顆粒大于2 μ m時,表面為多邊形,單個

7、顆粒的形核能力提高,但單位體積內的形核基底數(shù)減少.因此合適的顆粒尺寸應是在保證其在細化劑中分布均勻的前提下,顆粒越細越好.綜合考慮合金細化劑中TiC顆粒的尺寸、分布及表面形貌等諸多因素的影響,TiC顆粒的尺寸以1-4 μ m上下為佳.本文生產的AlTiCRE復合細化劑成功地經受住生產工業(yè)化實際生產的考驗,生產應用試驗表明:對鑄軋板的細化效果與進口AlTi<,5>B<,1>相當,AlTiCRE復合細化劑完全可以替代進口AlTi<,5>B<