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鋁合金的變質(zhì)處理

發(fā)布時(shí)間：2019-06-10

鑄錠組織的不均勻性集中的影響到鑄錠的性能，用于鍛造、軋制和擠壓的鑄錠特別不希望降低合金工藝塑性的柱狀組織。通常，具有細小晶粒組織、細微的晶粒內部結構和過(guò)剩相均勻分布的合金具有較好的鑄態(tài)性能和較高的壓力加工塑性。采用增大冷卻速度、低溫澆注、超聲波振蕩鑄造、電磁鑄造等措施均有利于獲得上述理想組織，但這些辦法均有局限性，只有對合金采取變質(zhì)處理才是調整鑄錠組織的根本手段。

　　一、變質(zhì)處理概述

　　所謂變質(zhì)處理就是在少量的專(zhuān)門(mén)添加劑(變質(zhì)劑)的作用下改變鑄態(tài)合金組織，使金屬或合金的組織分散度提高的過(guò)程。目前，這種處理方法的技術(shù)術(shù)語(yǔ)很不統一，有的叫細化處理，還有的叫孕育處理。變質(zhì)處理的分類(lèi)也各不一樣。有人根據金屬及合金的較終組織變化特征將變質(zhì)處理分為三類(lèi)：把改變初生樹(shù)枝晶和其他初生晶尺寸的處理叫靠前類(lèi)變質(zhì)處理，把改變初生樹(shù)枝晶內部結構的處理叫第二類(lèi)變質(zhì)處理，把改變共晶組織的處理叫第三類(lèi)變質(zhì)處理。也有人根據變質(zhì)劑的作用特性，把變質(zhì)處理分為三類(lèi)四組(見(jiàn)表2—5—3)。還有人按對結晶著(zhù)的合金的物理作用和冶金作用來(lái)分類(lèi)。顯然，這些概念之間的界限是很難區分的。本手冊把變質(zhì)處理理解為金屬及合金鑄錠組織彌散度的提高。

　　表2—5—3變質(zhì)劑的類(lèi)別及其作用特性

類(lèi)別	變質(zhì)劑	組別	作用性質(zhì)	可能的變質(zhì)機構
I	晶核變質(zhì)劑	l	不起化學(xué)作用，但結構上具有共格性	起晶核或生核基底作用，如鋁中的TiC及其他高熔點(diǎn)夾雜物
I	晶核變質(zhì)劑	2	起化學(xué)作用且有結構上的共格性	包晶反應產(chǎn)生晶核質(zhì)點(diǎn)，并改變周?chē)合嗟某煞譂舛�，如鈦和鋁作用生成的TiAl，
Ⅱ	吸附變質(zhì)劑	3	活性吸附或物理吸附	吸附在晶面上，阻礙晶粒成長(cháng)，促使過(guò)冷增核，如鋁硅合金中加鈉
Ⅲ	改變結構不勻性變質(zhì)劑	4	起機械或物化作用，改變液相結構及分布狀況	均勻液相成分和溫度，改變晶核質(zhì)點(diǎn)的活性

　　目前，有各種說(shuō)明變質(zhì)處理過(guò)程的理論，其中，比較著(zhù)名的有晶核形成論、碳化物論、包晶反應論、原子結構論等，但其中沒(méi)有一種理論可以全面地說(shuō)明這種過(guò)程。這是因為，靠前，變質(zhì)處理過(guò)程很復雜，既與熔煉條件有關(guān)，也與鑄造條件有關(guān);第二，不可控制的雜質(zhì)有影響，鋁合金中的某些元素的相互作用也有影響，它們增強或減弱晶粒細化的效果。

　　按照晶核形成理論的觀(guān)點(diǎn)，晶粒細化是因為存在晶核，熔體是在晶核上開(kāi)始結晶的。這些質(zhì)點(diǎn)可能是過(guò)渡金屬的碳化物、硼化物和鋁化物，它們的晶格常數與鋁固溶體的晶格常數(4.04Α)相近(見(jiàn)表2—5—4)。根據該理論，作為變質(zhì)劑加入的添加劑應該滿(mǎn)足以下要求：①在高溫下化學(xué)成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩定性;②添加劑的熔點(diǎn)應比鋁的高;③添加劑和鋁的晶格在結構及尺寸上應相適應;④與被處理的熔體原子形成強而有力的吸附鍵。

　　目前，除鋁薄板和鋁箔生產(chǎn)企業(yè)仍有采用鋁-鈦添加劑外，國內變形鋁合金材料生產(chǎn)企業(yè)普遍采用鋁-鈦-硼添加劑(線(xiàn)材或餅狀)進(jìn)行變質(zhì)處理。另外，新開(kāi)發(fā)的鋁-鈦-硼-稀土變質(zhì)劑和鋁-鈦-碳變質(zhì)劑也已推廣使用。

　　表2—5—4碳化物、硼化物及鋁化物的晶格常數

化合物名稱(chēng)

化學(xué)符號

晶格常數/Α

品格類(lèi)型

熔點(diǎn)/℃

a

c

c/a

鋁^①

碳化鈦

碳化鋯

碳化釩

硼化鈦

硼化鋁

硼化鋯

硼化釩

鈦化鋁

鋯化鋁

磷化鋁

鈉^①

Al

TiC

ZrC

VC(V₂C₃)

TiB₂

AlB₂

ZrB₂

VB₂

TiAl₃

ZrAl₃

AlP

Na

4.04

4.32

4.69

4.182

3.026

3.01

3.162

3.001

5.42

4.013

5.42

4.22

—

—

—

—

3.213

3.26

3.523

3．O6l

8.57

17.32

—

—

—

—

—

—

1.06

1.08

1.114

1.02

1.58

4.316

—

—

面心立方

面心立方

立方

立方

六方

六方

六方

六方

四方

四方

立方

體心立方

660

3140

3175

3160

2980

3040

2400

1340

1580

1000

97.5

　　注：①鋁是被細化對象，鈉是鋁-硅合金變質(zhì)劑，為方便比較，其數據一起列出。

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