铝合金晶粒细化

1、铝合金晶粒细化 晶粒细化 定义：对铝合金熔体进行细化处理，以获得均匀、 细小的等轴晶 分类：凝固细晶和变质细晶 凝固细晶 凝固细晶又称为内生形核质点法，即通过一定手段，如电磁作用等， 改变合金内晶核的数量或阻碍晶体的形核和长大来实现晶粒细化。 常用方法：快速凝固细晶、机械场凝固细晶、磁场凝固细晶、电场 凝固细晶和超声场凝固细晶。 快速凝固细晶 采用很高的凝固速度，使合金在凝固过程中形成细小的微观组 织结构，且分布均匀。 原理：控制过冷度 影响因素：凝固速率和合金成分 动态晶粒细化 机械场凝固细晶： 机械搅拌或机械振机械搅拌或机械振 动动 形成复杂的三维空形成复杂的三维空 间流动间流动 改变熔体

2、的结构和改变熔体的结构和 能量起伏能量起伏 细化或球化合金细化或球化合金 组织组织 磁场凝固细晶 磁场对铝合金能量体系磁场对铝合金能量体系 产生扰动产生扰动 产生涡流，和洛伦磁力与产生涡流，和洛伦磁力与 外加磁强破坏产生的树枝外加磁强破坏产生的树枝 晶晶 产生新的晶核，达到细化目的产生新的晶核，达到细化目的 电场凝固细晶 原理：利用电迁移现象改变溶质有效分配系数及凝固界面前沿溶质 分布。 主要影响因素：晶核和母相的电导率，球形晶核的半径 密度 ，质量电容 通电时间 超声场凝固细晶 声空化和声流作用形声空化和声流作用形 成空化泡成空化泡 吸收热量，吸收热量， 造成局部造成局部 过冷过冷 空化泡空

3、化泡破裂会破裂会 破碎正在长大破碎正在长大 的晶体的晶体 形成新的晶体质点形成新的晶体质点 变质细晶 变质细晶又称为外来形核质点法，即通过向铝合金熔体中加入中间 合金晶粒细化剂，产生大量有效异质形核核心，提高晶体的形核率， 从而细化晶粒 常见晶粒细化剂： 中间合金细化剂中间合金细化剂Al-TiAl-Ti Al-Ti-BAl-Ti-B 盐类细化剂钠盐细化剂 氯盐细化剂 中间合金细化剂 原理：包晶相图理论 Al-Ti二元相图富Al端 中间合金细化剂 取0.01%Ti的添加量作为标准添加量，用Al-5Ti-1B细化剂在730 时对99.7%的工业纯铝进行细化处理 标准添加量下保持时间与晶粒大小的关系

4、 Ti的添加量对晶粒大小的影响 不 同 添 加 量 对 99. 7% Al 细 化 效 果 盐类细化剂 吸附变质剂的特点是熔点低，能显著降低合金的液相线温度，原子 半径大，在合金中固溶量小，在晶体生长时富集在相界面上，阻碍 晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分枝形成细的缩颈而 易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。 缺点：由于存在于枝晶和晶界间，常引起热脆 钠盐细化剂 常用变质剂的成分及其变质温度 钠盐细化剂 变质反应： 3 3NaF + Al AlF +3Na 加入钠盐和钾盐之后，与NaF形成混合盐，可以降低熔点，促 进变质反应的进行。此外熔融状态的变质层会形成一层连续的 覆盖层，提高了变质剂的覆盖作用。 总结 细化质细化质 点来源点来源 细化方细化方 法法 优点优点缺点缺点应用范应用范 围围 生产操作生产操作晶粒尺寸晶粒尺寸 （m m） 作用性作用性 质质 内 生 法 机械场作 用 操作简单设备复杂铸件施加振动20800 物 理 作 用 快速凝固细化枝晶小件小批量甩带等0.510 电/磁场 作用 尺寸小设备复杂特殊合金施加电/ 磁场 外 生 法 盐类细