动态合成对制备新型Al-Ti-B-RE细化剂第二相粒子的影响北大核心CSCD

为进一步优化铝中间合金细化剂的组织,提升细化性能,采用动态合成工艺制备新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金晶粒细化剂,并与常规制备工艺进行对比,对所合成的中间合金的微观组织、细化工业纯铝的效果及力学性能进行了分析。试验结果表明:动态合成工艺制备的新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂中的第二相粒子在Al基体中分布更具有细小均匀性;细化工业纯铝时,细化效果更好,细化后工业纯铝的极限拉伸强度和伸长率得以提高。     

动态合成对制备新型Al-Ti-B-RE细化剂第二相粒子的影响

为进一步优化铝中间合金细化剂的组织,提升细化性能,采用动态合成工艺制备新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金晶粒细化剂,并与常规制备工艺进行对比,对所合成的中间合金的微观组织、细化工业纯铝的效果及力学性能进行了分析。试验结果表明:动态合成工艺制备的新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂中的第二相粒子在Al基体中分布更具有细小均匀性;细化工业纯铝时,细化效果更好,细化后工业纯铝的极限拉伸强度和伸长率得以提高。     

Synthesis and Refinement Performance of the Novel Al-Ti-B-RE Master Alloy Grain Refiner

为优化铝中间合金细化剂的组织,提升细化性能,采用熔配法工艺合成新型Al-Ti-B-RE中间合金晶粒细化剂,合成反应基于热力学和动力学分析是可能的、存在的、自发向右进行,在适当的工艺条件下,在基体中可生成均匀弥散分布的第二相A13Ti、TiB2、Ti2A120RE等粒子。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、光学显微镜（OM）和力学拉伸试验等分析方法对所合成材料的微观组织、细化效果及力学性能进行了表征。细化试验表明：自制的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化工业纯铝时,其平均晶粒尺寸小于150 μm到达细晶粒度级别。拉伸试验表明:工业纯铝中加入0.2%自制的Al-5Ti-1B-1RE中间合金晶粒细化剂后有更优的机械性能,与未细化工业纯铝相比,抗拉强度提高了28.39 MPa,延伸率增加了29.97%,其性能明显优于某国产的Al-5Ti-1B丝中间合金细化剂     

La对氟盐法制备Al-Ti-B-La反应机理及其细化效果的影响

利用氟盐法制备Al-5Ti-1B和Al-5Ti-1B-1La中间合金,对比分析稀土La添加对合成反应速率、第二相粒子的形态及物相组成的影响,并对比研究中间合金对纯铝和Al-8Si合金的细化效果。结果表明:添加稀土La元素会加速氟盐反应的进行,有利于Ti、B元素的吸收;稀土La可以有效地细化Al_3Ti相,并与其反应生成细小弥散分布的Al_(20)Ti_2La相,同时减弱TiB2相聚集成团的倾向,在细化纯铝过程中表现出更优异的细化长效性;在细化Al-8Si合金过程中,Al-5Ti-1B-La中间合金中所存在的大量细小弥散的第二相形核粒子可以有效地细化铝基体,同时Al_(20)Ti_2La相熔解所释放的稀土La原子还可以对硅相产生变质细化作用,表现出较强的细化效果。     

中间合金对A356.2合金细化的效果

采用铝业协会制订的TP-1型标准测试法,对Al-10RE、Al-5Ti-1B、Al-5Ti-1B-10RE等中间合金对A356.2合金的细化效果进行评价,以优化铝合金轮毂制造过程中合金熔体细化处理工艺。结果表明, Al-5Ti-1B-10RE中间合金中的RE不仅可以有效抑制晶粒尺寸的衰退,而且在一定程度上改善Ti、B、Sr对A356.2合金显微组织的细化和变质效果;TP-1型晶粒度检测法是一种简单、直观、准确的中间合金细化效果在线评价方法。     

Al-5Ti-B-Ce与Al-5Ti-B-La中间合金对工业纯铝晶粒细化效果的对比

以K2Ti F6、KBF4、Ce、La为原料,采用氟盐反应法制取Al-5Ti-B-Ce与Al-5Ti-B-La中间合金晶粒细化剂,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段,研究了所制得的Al-5Ti-BCe与Al-5Ti-B-La中间合金的第二相形状、大小以及分布等。结果显示,Al-5Ti-B-Ce与Al-5Ti-B-La中间合金的显微组织均由α-Al、块状或条状Ti Al3、Ti B2颗粒,块状Ti2Al20RE组成;中间合金中Ti Al3、Ti2Al20RE分布情况、形状及大小不同,且Ti B2颗粒分布及聚集情况不同。自制Al-5Ti-B-Ce与Al-5Ti-B-La中间合金对工业纯铝都有很好的细化效果。在铝熔体温度770℃、细化剂添加量为铝熔体质量的0.3%、保温10 min的条件下,Al-5Ti-B-Ce中间合金对工业纯铝的细化效果优于从国外某公司进口的和国内某公司生产的Al-5Ti-B中间合金对工业纯铝的细化效果。     

经ECAP变形的Al-5Ti-1B中间合金对纯铝细化效果的影响

对Al-5Ti-1B中间合金进行等通道挤压变形(ECAP),研究了Al-5Ti-1B中间合金经ECAP变形前后对纯铝晶粒的细化效果,分析了Ti添加量及晶粒生长限制因子对纯铝细化效果的影响。结果表明,随着Ti含量的增加,形核质点增多,纯铝晶粒由约1 220μm细化到70μm左右。ECAP变形明显提高了Al-5Ti-1B中间合金的细化效果,建立了晶粒尺寸与晶粒生长限制因子的关系。     

Al-Ti-C-RE中间合金的制备及细化性能研究

以工业纯铝、Ti粉、石墨粉、富铈稀土为主要原料,制备了Al-5Ti-0.25C-2RE中间合金,并对纯铝进行了细化试验.通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜以及能谱分析等方法,研究了该中间合金的微观组织和细化性能.结果表明:Al-5Ti-0.25C-2RE细化剂主要由α-Al基体、TiAl3、TiC、Al20Ti2Ce等相组成;稀土元素的加入促进了TiC的形成;细化剂最佳添加量为0.5wt％,保温120 min,此时细化剂都具有良好的细化效果.     

Al-5Ti-0.25C-2RE对3003铝合金组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等手段,研究了Al-5Ti-0.25C-2RE中间合金对3003铝合金铸态组织的影响.结果表明:Al-5Ti-0.25C-2RE中间合金能有效细化3003合金晶粒,0.5wt.％的添加量可将3003晶粒由1 729 μm细化至172 μm; Al-5Ti-0.25C-2RE中问合金对3003合金晶粒细化具有速效性和长效性,保温15 min时晶粒被细化至156μm,细化效果达到最佳;Al-5Ti-0.25C-2RE中间合金能有效将3003合金中长针状第二相变质成细小短杆状和颗粒状.     

电流对电弧作用下合成Al-6Ti-1C中间合金的影响

采用工业纯铝、氟钛酸钾和石墨粉在电弧作用下制备Al-6Ti-1C中间合金,并利用OM、SEM、XRD和EDS对Al-6Ti-1C中间合金的显微组织和物相成分进行观察和分析,并采用Al-6Ti-1C中间合金对工业纯铝进行细化试验。结果表明,电流对Al-Ti-C中间合金的显微组织有着重要的影响。随着电流改变,TiAl3和TiC粒子的形态和分布也随之发生改变,并影响其细化晶粒的效果。在电流为70A时,电弧作用下制备出的Al-6Ti-1C中间合金对工业纯铝的细化效果最好。     

Al-3Ti-1B-0.2C中间合金对A356合金的晶粒细化行为

对比了Al-5Ti-0.4C、Al-5Ti-1B及Al-3Ti-1B-0.2C中间合金对A356合金的晶粒细化行为.发现在730℃时,加入0.2%的Al-3Ti-1B-0.2C中间合金,可以使A356合金的晶粒尺寸由1000 μm以上细化至175 μm左右,保温60 min内,细化效果稳定,其细化能力明显优于Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.4C中间合金,且该中间合金的加入不影响Sr对共晶Si的变质效果.与Al-5Ti-1B中间合金细化后的A356合金相比,经Al-3Ti-1B-0.2C中间合金细化后的A356合金室温抗拉强度和伸长率分别提高了5.18%和15.98%.     

超声制备Al-5Ti-1B晶粒细化剂的组织和细化效果

利用X射线衍射分析仪(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对施加不同超声振动处理制备的Al-5Ti-1B晶粒细化剂的微观组织进行观察和分析,并使用工业纯铝作为研究对象进行细化试验。结果表明,在Al-5Ti-1B晶粒细化剂制备过程中,施加超声振动处理能显著改善其组织和细化效果。连续超声处理10 min制备的Al-5Ti-1B晶粒细化剂中TiAl3相均为细小的块状,平均尺寸为12.4μm,TiB2颗粒弥散分布在铝基体中,对工业纯铝的细化效果最好,可将纯铝晶粒细化至307μm。     

Al-2Ti-B-Ce和Al-5Ti-B-Ce中间合金对工业纯铝晶粒细化效果的研究

以K2Ti F6、KBF4、Ce为添加剂,采用氟盐法制取Al-2Ti-B-Ce和Al-5Ti-B-Ce中间合金细化剂。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜等检测和观察,研究了制取的Al-Ti-B-Ce中间合金中所生成的第二相,并且把制得的细化剂按不同的添加量对工业纯铝进行细化。结果表明,Al-2Ti-B-Ce和Al-5Ti-B-Ce中间合金均对工业纯铝产生明显的细化作用;Al-2Ti-B-Ce和Al-5Ti-B-Ce中间合金的最佳添加质量分数均为0.1%。采用直线截点法测量,经Al-2Ti-B-Ce中间合金细化后的纯铝的最小晶粒为81.81μm;经Al-5Ti-B-Ce中间合金细化后的铝的最小晶粒为59.46μm。     

Mg对Al-Ti-B、Al-Ti-C中间合金细化铝晶粒效果的影响

试验研究了Mg对Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C两种中间合金细化铝晶粒效果的影响,分析了Mg影响两种中间合金细化铝晶粒行为的机制。结果表明,在w(Mg)=1%～7%的范围内,镁含量的增加,对两种中间合金细化铝晶粒的促进作用不显著,但对晶粒形貌有显著的影响;晶粒形貌取决于所用中间合金的种类和Mg添加量大小,相同镁含量时,用Al-5Ti-1B细化比用Al-5Ti-0.2C细化后晶粒的树枝化程度小;细化所用的中间合金相同时,随着镁含量的增加,细化晶粒的树枝化程度增大。     

其他元素对Ti或Ti＋B细化铝晶粒效果的影响（2）

研究了难熔金属V、Mo、Zr和Ta对常规Al-4％Ti和Al-5％Ti-1％B中间合金细化工业纯铝(99.8％)晶粒效果的影响。每种难熔金属的含量控制在零到0.30％范围内。在添加Al-4％Ti的情况下,熔体中的Ti含量控制在0.15％的水平;在添加Al-5％Ti-1％B的情况下,将熔体中的Ti含量控制在0.045％的水平。发现V和Mo能提高两种中间合金细化铝晶粒的效果;而Zr则降低它们的效果或使其中毒。Ta含量为0.1％左右时,使中间合金原来的晶粒细化效果减弱至最小,超过这一含量后则使被减弱的晶粒细化效果有所恢复。Al-4％Ti和Al-5％Ti-1％B中间合金原来的晶粒细化效果,分别在Ta含量为0.35％和0.2％左有时得到恢复,Zr和Ta使细化剂中毒的试验结果,可以用形成了替换的金属间化合物来解释。     

熔铸法制备Al-Ti-C(石墨烯)细化剂及其对Al-6Mg合金力学性能的影响

采用石墨烯、工业纯铝和海绵钛在中频感应炉中熔炼制备了Al-5Ti和Al-5Ti-0.3C铝合金晶粒细化剂(石墨烯进行了粗化处理),通过金相显微镜,扫描电镜,X射线衍射仪,能谱仪和万能拉伸试验机研究了该晶粒细化剂的显微组织及其对Al-6Mg合金的细化效果。结果表明,两种晶粒细化剂均主要由Al相和Al3Ti相组成,在Al-5Ti-0.3C晶粒细化剂的Al基体中含有一定量的碳。两种细化剂分别加入到Al-6Mg合金中,Al-5Ti-0.3C细化效果明显优于Al-5Ti细化剂的。加入质量分数为1%的Al-5Ti-0.3C的细化剂,显著提升了Al-6Mg合金的综合力学性能,抗拉强度和屈服强度分别达到203 N/mm~2和128 N/mm~2,伸长率和断面收缩率分别为11%和15.29%。用石墨烯做碳材料制备Al-5Ti-0.3C晶粒细化剂,其细化机制有待于深入和系统的研究。     

三种中间合金对纯铝晶粒细化作用的对比研究

采用光学显微镜和X射线衍射仪检测分析了Al-5Ti-1B、Al-10Ti和Al-4B三种中间合金的显微组织,并使用这三种合金对纯铝进行了细化实验.结果表明,Al-5Ti-1B中间合金由TiAl3、TiB2和α-Al基体三相组成,Al-10Ti中间合金由TiAl3和α-Al基体两相组成,TiAl3相尺寸不均匀,Al-4B中间合金由AlB2和α-Al基体两相组成.Al-5Ti-1B和Al-10Ti中间合金对于纯铝具有良好的细化作用,Al-4B中间合金对于纯铝几乎无细化效果.TiAl3相时于铝晶粒具有显著的细化作用,在Ti的基础上引入B元素可进一步增强细化作用.     

粉末压制Al-5Ti-1B合金的显微组织与晶粒细化性能

采用气雾化工艺制备Al-5Ti-1B合金粉,然后压制成Al-5Ti-1B合金,研究了粉末压制Al-5Ti-1B合金的显微组织与晶粒细化性能,并与铸造Al-5Ti-1B合金进行了比较。结果表明:气雾化快速凝固可以抑制TiB_2粒子的团聚和细化TiAl_3相,使TiB_2粒子和TiAl_3相均匀分布在粉末压制Al-5Ti-1B合金的α(Al)基体上。在纯铝熔体中添加0.2%(质量分数)的粉末压制Al-5Ti-1B合金并保温2 min,可使纯铝的晶粒组织从粗大的柱状晶细化为平均直径为183μm的等轴晶。保温时间延长至180 min,纯铝的晶粒平均直径仍保持在229μm。与铸造Al-5Ti-1B合金相比,粉末压制Al-5Ti-1B合金具有更强的晶粒细化能力和抗细化衰退能力。     

Al-Ti、Al-Ti-C中间合金对AZ91D镁合金组织和性能的影响

研究了Al-5Ti、Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金对AZ91D镁合金的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,添加Al-5Ti中间合金使晶粒粗化,而添加Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金使晶粒细化,Al-8Ti-2C中间舍金的细化效果明显且细化后组织细小均匀;添加Al-5Ti中间合金使合金的力学性能降低,而添加Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金均使合金的拉伸强度和伸长率得到了提高;添加Al-5Ti、Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金均使合金的耐腐蚀性能得到了改善。对于AZ91D合金而言,Al-8Ti-2C中间合金是一种良好的晶粒细化剂。     

生产条件下自制细化剂Al5Ti1B0.5RE细化效果试验

采用生产条件下经高效熔体净化处理的自制Al5Ti1B0.5RE中间合金细化剂,对工业纯铝进行晶粒细化处理效果试验。结果表明:在添加量0.1%Ti、处理温度740℃、静置时间10 min的处理工艺条件下自制的细化剂AlTiBRE的细化处理效果较好,铝样品的微观晶粒平均尺寸为18.4μm,其效果优于市售的AlTiBRE细化剂、与实验室自制的AlTiBRE细化剂相当,这主要是因为生产条件下自制的细化剂的细化相(TiAl3、TiB2相等)较为弥散均匀分布,且其内在的洁净化程度较高,基本达到了实验室自制的Al5Ti1B0.5RE细化剂的水平。