Ce对A356合金的影响及细化机制的研究

研究了Ce对A356铝合金晶粒细化的效果以及对其力学性能的影响。结果表明:在未添加稀土Ce时,A356铝合金结晶时,其中的初生相α-Al呈现为粗大的树枝状。在添加不同量的稀土Ce时,A356铝合金中的初生相α-Al明显得到细化,树枝状晶转化为等轴晶。在Ce合金添加量为0. 1%时其细化效果最好,α-Al的等效直径和形状因子均达到最优水平,分别为24. 5μm和0. 61;二次枝晶臂间距最小,平均二次枝晶臂间距为14. 63μm;其力学性能也达到最佳,抗拉强度和延伸率分别为165. 89 MPa和3. 5%,合金的硬度为HV 77. 6。添加量超过0. 1%时,其细化效果会随着添加量的增加而逐渐减弱。稀土Ce对于合金晶粒细化比较符合异质形核理论,Al-Ce中间合金中的Al11Ce3和α-Al具有相似的晶体结构,而且晶格常数也能与之相对应。在A356合金液中添加Al-Ce中间合金时,Al11Ce3粒子作为A356合金凝固时的异质形核点从而促进细化。     

TiO_2含量对Al-TiO_2-C细化剂组织及细化效果的影响

以TiO_2粉、C粉、Al粉为原料,采用放热弥散法制备Al-TiO_2-C晶粒细化剂,并进行晶粒细化试验。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等方法研究了不同TiO_2含量细化剂的显微组织。结果表明,Al-TiO_2-C晶粒细化剂由α-Al,Al_3Ti,Al_2O_3和Ti C相组成。TiO_2含量不同,Al-TiO_2-C晶粒细化剂内第二相形貌及分布也不同。当TiO_2含量为12%(质量分数)时,细化剂组织中Al_3Ti内包裹有大量的Al2O3和Ti C颗粒,这些颗粒将Al_3Ti分割开来,Al_3Ti相呈现圆块状,此时组织相对分布均匀。TiO_2含量不同,AlTiO_2-C晶粒细化剂对工业纯铝的细化效果也不同。随着TiO_2含量的增加,Al-TiO_2-C细化剂对工业纯铝的细化效果呈现先变好后变差的变化趋势,其中当TiO_2含量为12%时,其细化效果达到相对最好。本文细化剂的最佳添加量为0.3%。当细化剂中TiO_2含量为12%时,0.3%的细化剂添加量可使工业纯铝细化到约154μm。     

Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对Al-8Si合金同时细化和变质效果

采用氟盐法和对掺法成功制备了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金的组织及相组成。通过改变Al-5Ti-1B-4Sr中间合金细化变质保温时间,采用微观组织分析和宏观组织分析方法,研究了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对Al-8Si亚共晶铝硅同时细化和变质的效果。研究结果表明,Al-5Ti-1B-4Sr中间合金中含有Al_3Ti相、TiB_2相和Al_4Sr相,Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对亚共晶铝硅合金有良好的同时细化变质效果。Al-5Ti-1B-4Sr中间合金可使共晶硅从针状或板片状形貌转变为纤维状或块状。与未变质试样相比,细化变质时间为10 min时,Al-8Si合金中针状或板片状共晶硅显著减少;变质时间超过20 min时,看不到针状或板片状共晶硅存在;当变质时间达到80 min时,部分针状或板片状共晶硅再次出现。随着Al-5Ti-1B-4Sr细化变质保温时间的变化,α-Al的二次枝晶臂间距和共晶团尺寸先减小后增大,细化变质保温时间为30 min时效果最好。Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对亚共晶铝硅合金细化变质的孕育期为10~20 min,衰退期为60 min。     

半固态A356-Nd合金中Nd_XAl_Y化合物对凝固组织细化的影响

研究了Nd对半固态A356铝合金凝固组织细化的影响。在铝熔体中随着Nd添加量由0.1%～0.8%变化,会先后生成NdAl_2、NdAl_3、Nd_3Al_(11)、NdAl四种稀土铝化物,并且按照(块状-小豆状)-(颗粒状-短棒状)-(针状-条状)-(板状)进行形貌演变。通过不同维度的错配度计算,在形核基底(Nd_XAl_Y)与初生相的不同匹配关系里,Nd_XAl_Y按照NdAl_2(半共格)-NdAl_3(11.53%)-Nd_3Al_(11)(6.13%),依次呈现出有效形核-中等有效形核-(接近)最有效形核的特质,因此NdAl_2、NdAl_3、Nd_3Al_(11)均可以作为有效形核质点,而NdAl与铝基体严重分离,不宜作为有效形核质点。借助OM、SEM、EDS、XRD,分析出不同的Nd添加量对初生相的细化侧重点不同,结合对应生成Nd_XAl_Y的物化特性、形貌演变过程及有效性高低,阐明了在0.3%Nd和0.6%Nd添加量时,对应拟合曲线获得最值的原因,并优选出0.6%Nd时生成的共晶产物Nd_3Al_(11)是初生相最有效的异质形核基底。实验表明,在A356铝合金中添加0.6%Nd,并在650℃浇注625℃保温1 min后水淬,对应晶粒平均等积圆直径为79.828μm,形状因子为0.605,有效初生相个数为86,获得的初生相细化效果最好。     

Al—Ti—C中间合金细化铝及Al—Zn—Mg—Cu1.5合金晶粒研究

三元中间合金Al-Ti-C是新研制的一种铝晶粒细化剂。在对高纯铝(99.99％)、工业纯铝(99.7％)及Al Zn-Mg Cu_(1.5)合金细化晶粒的研究中,证明其细化晶粒性能优于通常使用的Al-Ti二元及Al Ti B三元中间合金。用扫描电镜和电子探针等方法研究证实,当钛的加入量少于0.15％时,高纯铝的晶粒细化不是由包晶反应而是由TiC粒子引起的,从而证明了TiC理论。此外,在工业纯铝中残存某些杂质元素,对铝的晶粒细化也起重要作用。本文论述了使用Al-Ti-C中间合金细化铝晶粒的过程及从几方面证实了TiC生核理论。     

Ti,Zr复合微合金化对铝合金再结晶的影响

通过向工业纯铝中单独及复合添加微量的Ti,Zr元素,采用硬度测试、金相显微(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)等分析方法,研究并对比了Ti,Zr单独及复合微合金化对铝合金再结晶的影响。结果表明:Ti,Zr复合微合金化不仅有效细化了合金的晶粒尺寸,提高了合金的力学性能,同时更加显著地提高了合金对再结晶的抑制作用。主要因为Ti,Zr复合微合金化的合金在均匀化退火及变形加热过程中,固溶在基体中的Ti,Zr原子会以大量且弥散的二次Al_3Zr和Al_3(Ti,Zr)粒子形式析出,这些Al_3Zr和Al_3(Ti,Zr)粒子的尺寸更加细小,弥散程度更高,高温下不易长大,且二次Al_3(Ti,Zr)的热稳定性更高,与α(Al)共格性更好,在有效充当基体形核质点细化晶粒的同时,还能强烈的钉扎位错和亚晶界,有效抑制了合金的再结晶转变,并将Al-Ti-Zr合金的再结晶温度提高200℃以上,同时对合金的再结晶晶粒具有良好的细化作用。     

半固态挤压铸造下稀土Y强化机械零件用ZL105铝合金的制备与性能

利用半固态挤压铸造技术制备稀土Y强化后的机械零件用ZL105铝合金,采用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)研究了不同Y添加量下的ZL105铝合金显微组织和力学性能.结果表明,Y能有效细化铸态铝合金的晶粒,随着Y添加量的增加,α-Al晶粒和Al-Fe-Mn-Si相尺寸均先减小后增大,铝合金硬度、抗拉强度和伸长率均先增大后减小.当Y添加量(质量分数)为0.4%时,铝合金微观组织细化程度最高,稀土相分布在晶间,α-Al晶粒尺寸约为26μm,呈椭球状,Al-Fe-Mn-Si相尺寸减小到22μm,由长针状细化为短棒状,铝合金硬度(HV)达到108.2,抗拉强度为278.6 MPa,伸长率为5.8%;拉伸断口主要由韧窝和一定量的解理面组成.     

微量Mg、Si对AlTiC中间合金细化效果的促进作用

研究了微量的合金元素Mg和Si对AlTiC中间合金细化效果的影响。实验结果表明 :微量的Mg和Si均能促进　　AlTiC中间合金对工业纯铝和 6 0 6 3合金等铝合金的晶粒细化作用 ;在细化温度相同的条件下 ,与Si相比 ,Mg对AlTiC中间合金细化效果具有更大的促进作用 ;微量的Mg可以抑制AlTiC中间合金晶粒细化的“温度效应” ;铝熔体中同时存在微量的Mg和Si时AlTiC中间合金的细化效果更好。初步探讨了这两种微量元素促进AlTiC中间合金细化效果的机理     

Al-5Ti-1B合金的有效形核相与晶粒细化机制

Al-5Ti-1B合金是铝及铝合金的高效晶粒细化剂,可显著改善铝及铝合金的加工性能,提高铝材的质量,但Al-5Ti-1B合金对纯铝及铝合金的晶粒细化机制目前尚未研究清楚。本文分别采用Al-5Ti-1B,Al-10Ti,Al-4B合金和TiB2粉末对纯铝进行细化实验,通过比较TiAl3,TiB2和AlB2对铝晶粒的细化作用,利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电子显微镜,研究了Al-5Ti-1B合金的有效形核相和晶粒细化机制。结果表明,TiAl3是铝晶粒的有效异质形核相,但Al-5Ti-1B合金中的TiAl3因在铝熔体中会熔化而不是铝晶粒的直接形核相。单独的AlB2和TiB2都不是铝晶粒的有效异质形核相,但TiB2通过表面包覆TiAl3后可成为铝晶粒的有效异质形核相。Al-5Ti-1B合金细化铝晶粒的机制为:TiAl3熔解于铝熔体中释放Ti原子,一部分Ti原子通过浓度起伏形成TiAl3,TiAl3再与铝熔体发生包晶转变生成α-Al晶粒直接起到晶粒细化作用。剩余Ti原子在TiB2表面偏聚形成TiAl3,TiAl3再与铝熔体发生包晶转变生成α-Al晶粒起到晶粒细化作用。     

新型AlTiC中间合金对工业纯铝的细化研究

采用铝热还原法工艺制备AlTiC中间合金,通过X射线及扫描电镜(SEM)等分析了AlTiC中间合金的成分、组成和形貌.利用自行研制的AlTiC中间合金对工业纯铝的细化进行研究,借助于光学显微镜(OM)等手段对细化效果进行了分析对比,并初步探讨了其细化效果的机理.试验结果表明,与国产AlTiB中间合金相比,AlTiC中间合金对工业纯铝的细化效果较优.     

稀土Ce对A356铝合金力学性能及显微组织的影响

运用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和万能电子拉伸试验机等研究了稀土Ce对A356铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,稀土Ce是A356铝合金的一种优良变质剂,不但能使α-Al初生相晶粒得到细化,而且能使共晶硅变得细小、圆整且分布均匀。稀土Ce在A356铝合金中主要以稀土金属间化合物Al_(11)Ce_3相存在。当Ce添加量为0.04%时,A356铝合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别为307.5 MPa、239 MPa、7.72%,比未添加Ce的A356铝合金分别提高了7.89%、24.48%和108.09%。     

微量Mg、Si对A1TiC中间合金细化效果的促进作用

研究了微量的合金元素Mg和Si对A1TiC中间合金细化效果的影响。实验结果表明：微量的Mg和Si均能促进A1TiC中间合金对工业纯铝和6063合金等铝合金的晶粒细化作用；在细化温度相同的条件下，与Si相比，Mg 对A1TiC中间合金细化效果具有更大的促进作用；微量的Mg可以抑制A1TiC中间合金晶粒细化的“温度效应”；铝熔体中同时存在微量的Mg和Si时A1TiC中间合金的细化效果更好。初步探讨了这两种微量元素促进A1TiC中间合金细化效果的机理。     

新型A1TiC中间合金对工业纯铝的细化研究

采用铝热还原法工艺制备AlTiC中间合金,通过X射线及扫描电镜(SEM)等分析了AlTiC中间合金的成分、组成和形貌。利用自行研制的AlTiC中间合金对工业纯铝的细化进行研究,借助于光学显微镜(OM)等手段对细化效果进行了分析对比,并初步探讨了其细化效果的机理。试验结果表明,与国产AlTiB中间合金相比,AlTiC中间合金对工业纯铝的细化效果较优。     

Al-Ce-Ge体系500℃相平衡的实验测定

运用平衡合金法设计17个关键合金,并结合金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和电子探针显微分析(EPMA)测定Al-Ce-Ge三元系在500℃时的相平衡信息。结果表明:在500℃时,该三元系稳定存在α(CeAl_(1.62)-Ge_(0.38)),β(CeAl_2Ge_2),γ(CeAlGe),δ(CeAlGe_2)和ε(Ce_2AlGe_6)五个三元化合物及液相,测定δ相成分范围为Ce_(24.7~24.8)Al_(33~33.9)Ge_(41.3~42.3);实验发现η(Ce_(61.3)Al_(21.9)Ge_(16.8))和μ(Ce_(55.9)Al_(11.1)Ge_(33))两个新的三元化合物;并发现α+CeAl_3+γ,Ce_3Al_(11)+CeAl_3+γ,αCeGe_(2-x)+CeGe+γ,CeAl+CeAl_2+Ce_5Ge_3,Ce_3Ge+Ce_5Ge_3+Ce_3Al,CeAl+Ce_3Al+η和CeAl_2+Ce_5Ge_3+μ七个新的三相区。     

B/Zr摩尔比对Al-Zr-B合金的组织和晶粒细化效果的影响

以Al,K2ZrF6和KBF4为原料,采用熔体反应法制备不同B/Zr摩尔比Al-Zr-B合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)等手段研究了B/Zr摩尔比对Al-Zr-B中间合金的组织和晶粒细化效果的影响。结果表明,随着B/Zr摩尔比的增加,Al-Zr-B中间合金的第二相组成发生改变。当B/Zr摩尔比为1时,第二相主要由粗大的块状ZrAl3相及少量团聚在晶界上的ZrB2粒子组成;当B/Zr摩尔比为2时,第二相为ZrB2粒子和少量块状ZrAl3相。当B/Zr摩尔比为3时,第二相全部为ZrB2粒子。对AZ91D合金的细化实验表明,随着B/Zr摩尔比的增加,晶粒细化效果越好,添加B/Zr摩尔比为3的Al-Zr-B中间合金具有明显的细化效果,合金由粗大的树枝晶转变成细小的等轴晶,固溶处理后的AZ91D合金平均晶粒尺寸由约328μm下降到约120μm;抗拉强度和延伸率达到213 MPa和4.95%,比未添加细化剂时分别提高了15.1%和30.3%。晶粒细化机制可归结为ZrB2粒子作为α-Mg的异质形核核心。     

稀土元素Sm对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

制备了Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xSm(x=0,1,2,3)系列合金,研究了稀土元素Sm对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响.通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能.结果表明:合金中添加稀土元素Sm后晶粒有了明显的细化,随着Sm元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析,添加Sm元素后,合金中并没有出现新的含Sm的物相,通过扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Sm置换了部分Y,形成了Mg3( SmY)2 Zn3,Mg3( SmY) Zn6的相结构,Sm元素对Y的置换主要出现在Mg3( SmY) Zn6结构当中,在Mg3 (SmY) Zn6相结构出现较少;力学性能测试结果表明,随着Sm含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Sm含量为2％时达到最大,比未添加Sm元素时提高约15％以上.     

不同钛碳比制备的Al-TiO_2-C细化剂对ZL101细化变质效果研究

以纳米TiO_2粉、C粉和Al粉为原料,利用放热弥散法原位合成含有Al_3Ti,TiC和Al_2O_3相的Al-TiO_2-C细化剂,钛和碳的摩尔比分别为1∶1,3∶1,5∶1,8∶1,10∶1和15∶1,研究不同钛碳比制备的细化剂对ZL101合金细化变质效果的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)研究钛碳比对Al-TiO_2-C细化剂相组成和显微组织的影响。将制备好的Al-TiO_2-C细化剂加入到ZL101合金中进行细化变质实验,利用MATLAB软件提取冷却曲线的特征值评价细化变质效果。结果表明:钛碳比为10∶1时,Al-TiO_2-C细化剂组织中Al_3Ti呈圆块状且数量最多,尺寸均匀,TiC颗粒和Al_2O_3颗粒在晶界弥散分布,取质量分数为0.3%的此种组织的细化剂细化变质ZL101合金后,初晶最低过冷温度T_(min)=586.8℃,初晶再辉温度ΔT_1=0.4℃均达到最小,证明细化效果最好,细化后平均晶粒尺寸为71.6μm;变质前后共晶生长温度之差ΔT_E=14.4℃达到最大,变质效果理想。因此,钛碳比为10∶1时制备的细化剂对ZL101合金具有最好的细化变质效果。     

氢化钛-石油焦制备Al-Ti-C-Ce母合金显微组织及其凝固机制研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等现代检测分析方法,研究了由TiH_2-石油焦-铝铈合金与铝液制备的不同Ce含量的Al-Ti-C-Ce母合金的显微组织,结果表明:Al-Ti-C-Ce母合金由α(Al),(TiC),(TiAl_3),(Ti_2Al_(20)Ce)相组成; Al-Ti-C-Ce母合金铸样晶界为连续的共晶组织,晶内分布着大量的粗大第二相组织,晶界共晶和晶内第二相中均含有Ti_2Al_(20)Ce相。部分大颗粒第二相组织为复合结构,复合晶粒内部存在颜色较深的α(Al)+Ti_2Al_(20)Ce+(TiC)的包晶组织。线分析结果表明:第二相粒子中,元素C的分布相对均匀,粒子内部C, Al含量相对较低, Ti, Ce含量相对较高, Ce的分布显著高于粒子外部区域;具有复合结构的第二相中所包含的粒子区域, Ti, C含量极高,而Al, Ce含量较低。合金在凝固过程中, TiC粒子作为晶核优先析出, TiAl_3相通过TiC粒子形核,并与游离的Ti, Ce发生包晶反应生成Ti_2Al_(20)Ce相,多余Ce原子会与晶界处的TiC, TiAl_3的复合粒子反应生成TiC, Ti_2Al_(20)Ce复合粒子。含Ti, C, Ce的复合粒子作为领先相优先析出,细化Al-Ti-C-Ce母合金晶粒。     

电解法制取铝钛硼中间合金

对电解法制取铝钛硼稀土中间合金进行了理论分析,在不改变铝电解生产的条件下试制了铝钛硼稀土中间合金,并对工业纯铝进行了晶粒细化试验,结果能使晶粒细化到平均直径d=0.21mm。     

铝钇共晶反应及其产物对亚共晶铝硅合金初生相的细化研究

研究了稀土Y在亚共晶铝硅合金中诱发稀土-铝共晶反应对铝合金初生α相的细化效应;应用Bramfitt提出的方法,计算了Al-Y共晶反应产物Al3Y与α-Al界面的二维点阵错配度,结果显示两者的二维错配度<6%,即Al3Y可作为α-Al的异质形核质点,且能达到中等有效形核而起到细化晶粒的作用,并通过实验验证计算结果如下:选用稀土元素Y作为A356合金细化剂的同时,将A356-Y熔体分别在稀土钇-铝共晶温度上、下10℃左右保温2 min后快速冷却,获得试样的金相组织照片后利用图像分析工具得到A356-Y合金初生α相的平均晶粒尺寸和平均形状因子。实验结果表明:A356-Y合金在Al-Y共晶温度之下保温,可获得较理想的初生α相形貌和较小的晶粒尺寸;结合二维错配的计算结果,可推断初生α相细化的主要原因为异质形核质点的增加:Al-Y共晶反应产物Al3Y与α-Al的二维点阵错配度在中等有效形核范围内,具有细化合金初生α相的作用;另一共晶产物α-Al与初生α相具有相同的晶体结构和点阵常数,则其也可作为异质形核质点而起到细化合金的作用。稀土Y可作为半固态A356合金中初生α相的优质细化剂。