鋁合金中TiB-,2-、TiC界面過渡區(qū)（相）的研究.pdf

1、本文利用電子探針顯微分析儀(EPMA)、X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、光學(xué)顯微鏡(OM)及透射電鏡(TEM)等測(cè)試手段對(duì)TiB<,2>、TiC等鈦化物在鋁及其合金熔體中的行為及其形核機(jī)制進(jìn)行了研究探討。 研究發(fā)現(xiàn)：TiB<,2>、TiC等鈦化物引入鋁熔體后都存在明顯的沉淀現(xiàn)象，且實(shí)際沉淀速度比理論的快得多；微量TiB<,2>、TiC等鈦化物的加入，能引起鋁熔體粘度的突變現(xiàn)象，且粘度與細(xì)化效果有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，

2、熔體的粘度值越大，凝固后α-Al的晶粒尺寸越細(xì)小均勻。這表明在某種程度上粘度可以作為鋁熔體凝固組織晶粒度的判據(jù)，為生產(chǎn)中由熔體狀態(tài)直接監(jiān)控其最終細(xì)化效果提供了可能；此外，ZiB2粒子的加入能導(dǎo)致過冷度△T的顯著減小。分析認(rèn)為，以上現(xiàn)象與TiB<,2>、TiC等鈦化物引入后鋁熔體結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。 TEM分析發(fā)現(xiàn)，快速凝固試樣中α-Al晶粒核心處的TiB<,2>或TiC顆粒周圍都存在一個(gè)富Ti過渡區(qū)。由于快速凝固能將瞬時(shí)的熔體結(jié)構(gòu)部

3、分保留下來，因此固態(tài)下的富Ti過渡區(qū)應(yīng)由液態(tài)下的TiB<,2>或TiC界面富Ti過渡區(qū)演化而來，由此本文提出了“TiB<,2>、TiC界面富Ti過渡區(qū)”的形核機(jī)制，并利用該機(jī)制解釋了細(xì)化過程中的粘度突變、“中毒”等重要現(xiàn)象。 基于“TiB<,2>、TiC界面富Ti過渡區(qū)”機(jī)制及Al-Ti-B中間合金細(xì)化效果的組織遺傳效應(yīng)，本文改進(jìn)了有效遺傳因子數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：N<,h><,有效>=δ<,n[TiB2]>N<'h><,TiB2>或

4、N<,h><,有效>=K(e<'1-δh[TIA13]>)-1)N<'h><,TiB2>。據(jù)此，可在細(xì)化之前，根據(jù)Al-Ti-B中間合金中TiB<,2>粒子的數(shù)量與分布及TiAl<,3>的形態(tài)和尺寸，估算出其有效遺傳因子數(shù)，作為評(píng)價(jià)A1-Ti-B中間合金細(xì)化效果的重要依據(jù)。 鋁熔體中Si、Mg、Cu的存在對(duì)TiC界面富Ti過渡區(qū)產(chǎn)生了不同程度的影響：Si與TiC反應(yīng)生成了Al<,4>C<,3>或SiC，它們包裹在TiC顆粒周圍或

5、者使TiC完全消失；TiAl<,3>與Si反應(yīng)生成了TiAl<,2.x>Si<,0.4>三元化合物，使熔體中缺乏活性的Ti原子，導(dǎo)致TiC界面上無法形成富Ti過渡區(qū)，甚至使已有的也遭到破壞，因此出現(xiàn)了嚴(yán)重的細(xì)化衰退；Mg存在時(shí)，’I'iC和’FiAl3的熱穩(wěn)定性與在純鋁中相似，保溫時(shí)間延長時(shí)，少量的TiC與Al反應(yīng)生成了Al<,4>C<,3>，使部分的TiC界面富Ti過渡區(qū)遭到破壞，故出現(xiàn)了輕微的細(xì)化衰退；而Cu的存在使得TiC較穩(wěn)定，

6、而TiAl<,3>則與合金中的Cu反應(yīng)生成一種新的Ti-Al-Cu相，近似為Ti(Al,Cu)2，從而無法提供足量的Ti原子來形成大量的TiC界面富Ti過渡區(qū)，因此也造成了一定的細(xì)化衰退。這表明Tic的不穩(wěn)定或熔體中無法形成大量的活性Ti都能導(dǎo)致細(xì)化衰退，要得到好的細(xì)化效果二者缺一不可。 Al-P中間合金變質(zhì)后的共晶Al-Si合金中，只加入0.2﹪Al-5Ti-1B或Al-8Ti-2C時(shí)就能使初晶硅的尺寸由40μm左右減小到20gm左右

7、。EPMA分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熔體中添加了TiB<,2>顆粒時(shí)，初晶硅的核心既有AlP又有TiB<,2>顆粒，且AlP作為過渡相分布于TiB<,2>顆粒周圍；而添加TiC顆粒時(shí)，由于其不穩(wěn)定性與Al發(fā)生反應(yīng)生成了大量的Al<,4>C<,3>，故初晶硅的核心處除了．AlP還有Al<,4>C<,3>顆粒。 由Tumbull-Vonnegut公式計(jì)算可得TiB<,2>的(112)晶面和AlP的(442)晶面的失配度約為7.27﹪，而．Al<,

8、4>C<,3>的(110)晶面和．AlP的(311)晶面的失配度約為5﹪，屬于完全共格界面，故TiB<,2>、Al<,4>C<,3>是AlP良好的結(jié)晶襯底，AlP極易向其偏聚，并通過如下類包晶耦合反應(yīng)生成由中心的TiB<,2>(或Al<,4>C<,3>)顆粒及其界面處的AlP過渡相構(gòu)成的耦合粒子：TiB<,2>(s)+AlP(1)→TiB<,2>·AlP(s)，Al<,4>C<,3>(s)+AlP(1)→Al<,4>C<,3>·．AlP