TiC和TiAl-,3-對純鋁晶粒形核與長大的機理研究.pdf

1、晶粒細(xì)化對鋁及鋁合金有著極其重要的意義，然而迄今人們對中間合金的細(xì)化機理仍沒有達(dá)成共識，鋁及其合金的晶粒細(xì)化機理研究是很復(fù)雜的，仍然處于探索、發(fā)展的階段，還有很多問題需要去解決。 本文利用Al、Ti、C粉末原料，采用鋁熔體熱爆法合成了相同成分不同微觀組織形貌的兩種Al、Ti、C中間合金。研究了重熔過程中保溫時間對Al-Ti-C中間合金微觀組織及細(xì)化效果的影響。結(jié)果表明：合成的兩種Al-Ti-C中間合金均由Al、TiAl3和Tic

2、組成。重熔時，保溫時間對Al-Ti-C中間合金微觀組織產(chǎn)生重要影響。隨著重熔保溫時間的延長，TiAl3會發(fā)生聚集、長大，而Tic顆粒有聚集傾向，但保溫過程中，TiAl3和TiC相表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性，并沒有生成其他雜相如A14C3等。重熔后的Al-Ti-C中間合金仍具有一定的晶粒細(xì)化能力，認(rèn)為是由Al-Ti-C中間合金的組織遺傳效應(yīng)造成的。 采用鋁熔體熱爆法直接合成了Al-TiC和Al-TiAl3兩種中間合金，研究了Al-Tic和

3、Al-TiAl3中間合金中第二相粒子TiC和TiAl3對純鋁晶粒的細(xì)化作用。結(jié)果表明：TiC和TiAl3單獨作為α-Al的形核相時，二者形核能力均較差，但TiC粒子的形核、抗細(xì)化衰退能力優(yōu)于TiAl3粒子。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ覶iC和TiAl3共同作為α-Al的形核相且加入適當(dāng)?shù)南鄬α繒r，其表現(xiàn)出較強的形核能力和抗晶粒細(xì)化衰退能力，對細(xì)化效果產(chǎn)生顯著影響。配成的7組復(fù)合晶粒細(xì)化劑中，當(dāng)細(xì)化劑的Ti/C為1.8：1時，晶粒細(xì)化效果最好。這表明Al

4、-Ti-C晶粒細(xì)化劑良好的細(xì)化效果離不開TiC和TiAl3的共同作用，適當(dāng)?shù)腡iC和TiAl3組合是晶粒細(xì)化劑優(yōu)良細(xì)化能力的保證。 通過SEM、XRD、EPMA等分析手段，研究了TiAl3的存在對TiC在鋁熔體中分布的影響及α-Al的結(jié)晶核心。結(jié)果表明：鋁熔體中單獨存在TiC時，鋁晶粒凝固組織中大量TiC被α-Al晶粒推向樹枝晶的晶界處，沒有起到異質(zhì)形核的作用。當(dāng)在鋁熔體加入TiC后再加入TiAl3時，Tic粒子出現(xiàn)在α-Al晶

5、粒內(nèi)部，大量的TiC粒子成為了α-Al的結(jié)晶核心，并且在Tic顆粒和鋁基體的界面處存在“富Ti過渡區(qū)”。 研究了向鋁熔體中單獨添加Al-TiC中間合金和復(fù)合添加A1-TiAl3和Al-TiC中間合金，TiAl3和TiC在鋁熔體中的沉淀現(xiàn)象。結(jié)果表明：TiAl3對TiC在鋁熔體中的沉淀特性有重要影響。鋁熔體中單獨存在TiC時，TiC表現(xiàn)出明顯的沉淀特性。在較短時間保溫后，大量的TiC已經(jīng)沉淀到試樣底部。當(dāng)加入TiAl3后，TiC的

6、沉淀特性發(fā)生明顯改變，TiC沉淀變緩，在較長時間保溫后，只有少量TiC發(fā)生沉淀。Al-Ti-C中間合金細(xì)化作用的衰減是由TiC沉淀引起的，攪拌可以使團聚的TiC顆粒重新趨于彌散分布，提高其形核細(xì)化能力。基于以上試驗結(jié)果，本文對Al-Ti-C中間合金細(xì)化純鋁的機理進行了初探，初步建立了Al-Ti-C中間合金對純鋁的細(xì)化機制，即：Al-Ti-C中間合金加入鋁熔體后，TiAl3在鋁熔體中分解釋放出Ti原子，Ti原子向TiC粒子周圍偏聚，形成“