AlSi合金的細(xì)化

1、鋁硅合金的細(xì)化與 變質(zhì)處理1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉Al-Si合金的熔煉、精煉、細(xì)化和變 質(zhì)處理過程。2了解Al-Si合金細(xì)化和變質(zhì)處理的基本原 理和方法。3了解細(xì)化劑和變質(zhì)劑對(duì)Al-Si合金組織的 影響。2二、實(shí)驗(yàn)原理1.鋁硅合金的細(xì)化處理 鋁硅合金細(xì)化處理的目的主要是細(xì)化合金基體-Al的晶粒。晶粒細(xì)化是通過控制晶粒的形核和長(zhǎng)大來(lái)實(shí)現(xiàn)的。細(xì)化處理的最基本原理是促進(jìn)形核，抑制長(zhǎng)大。對(duì)晶粒細(xì)化劑的基本要求是：（1）含有穩(wěn)定的異質(zhì)固相形核顆粒，不易溶解；（2）異質(zhì)形核顆粒與固相-Al間存在良好的晶 格匹配關(guān)系；（3）異質(zhì)形核顆粒應(yīng)非常細(xì)小，并在鋁熔體中呈 高度彌散分布；（4）加入的細(xì)化劑不能帶人任何影響

2、鋁合金性能 的有害元素或雜質(zhì)。3 晶粒細(xì)化劑的加入一般采用中間合金的方式。常用晶粒細(xì)化劑有以下幾種類型：二元Al-Ti合金、三元Al-Ti-B合金、Al-Ti-C合金以及含稀土的中間合金。它們是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的最經(jīng)濟(jì)、最有效的鋁合金晶粒細(xì)化劑。這些合金加入到鋁熔體中時(shí)，會(huì)與Al發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成TiAl3、TiB2、TiC、B4C等金屬間化合物。這些化合物相在鋁熔體中以高度彌散分布的細(xì)小異質(zhì)固相顆粒存在，可以作為-Al形核的核心，從而增加反應(yīng)界面和晶核數(shù)量、減小晶體生長(zhǎng)的線速度，起到晶粒細(xì)化的作用。 晶粒細(xì)化劑的加入量與合金種類、化學(xué)成分、加入方法、熔煉溫度以及澆鑄時(shí)間等有關(guān)。若加入量過大，則

3、形成的異質(zhì)形核顆粒會(huì)逐漸聚集，由于其密度比鋁熔體大，因此會(huì)聚集在熔池底部，喪失晶粒細(xì)化能力，產(chǎn)生細(xì)化效果衰退現(xiàn)象。 4 晶粒細(xì)化劑加入合金熔體后要經(jīng)歷孕育期和衰退期兩個(gè)時(shí)期。在孕育期內(nèi)中間合金完成熔化過程并使起細(xì)化作用的異質(zhì)形核顆粒均勻分布并與合金熔體充分潤(rùn)濕，逐漸達(dá)到最佳的細(xì)化效果。此后，由于異質(zhì)形核顆粒的溶解而使細(xì)化效果下降；同時(shí)異質(zhì)固相顆粒會(huì)逐漸聚集而沉積在熔池底部，出現(xiàn)細(xì)化效果衰退現(xiàn)象。當(dāng)細(xì)化效果達(dá)到最佳值時(shí)進(jìn)行澆注是最為理想的。隨合金的熔煉溫度和加入的細(xì)化劑種類的不同，達(dá)到最佳細(xì)化效果所需的時(shí)間也有所不同，通常存在一個(gè)可接受的保溫時(shí)間范圍。5 合金的澆注溫度也會(huì)影響最終的細(xì)化效果。在

4、較小的過熱度下澆注可以獲得良好的細(xì)化效果；隨著過熱度的增大，細(xì)化效果將下降。通常存在一個(gè)臨界溫度，低于該溫度時(shí)溫度變化對(duì)細(xì)化效果的影響并不明顯，而高于此溫度時(shí)，隨著澆鑄溫度的升高，細(xì)化效果會(huì)迅速下降。該臨界溫度同合金的化學(xué)成分和細(xì)化劑的種類以及加入量有關(guān)。 62.鋁硅合金的變質(zhì)處理 鋁硅合金中，Si相在自然生長(zhǎng)條件下會(huì)長(zhǎng)成塊狀或片狀的脆性相，嚴(yán)重地割裂基體，降低合金的強(qiáng)度和塑性，因而需要將它改變成有利的形態(tài)。變質(zhì)處理使共晶硅由粗大的片狀變成細(xì)小纖維狀或?qū)悠瑺?，從而改善合金性能。變質(zhì)處理一般在精煉之后進(jìn)行，變質(zhì)劑的熔點(diǎn)應(yīng)介于變質(zhì)溫度和澆注溫度之間。變質(zhì)處理時(shí)處于液態(tài)，有利于變質(zhì)反應(yīng)的完成；而在澆

5、注時(shí)已變?yōu)檎吵淼娜墼?，便于扒渣，不致形成熔劑夾雜。 7 金屬鈉（Na）對(duì)Al-Si共晶合金的共晶組織有很好的變質(zhì)作用，但是Na變質(zhì)存在Na極易燒損，變質(zhì)有效時(shí)間短，吸收率低，并且含量很難預(yù)測(cè)，鈉鹽變質(zhì)劑中的F和Cl腐蝕鐵質(zhì)坩堝及熔煉工具，使鋁液滲鐵，導(dǎo)致合金鐵質(zhì)污染，同時(shí)在坩堝壁上形成一層牢固的結(jié)合爐瘤，澆鑄后很難清除，揮發(fā)性鹵鹽會(huì)腐蝕設(shè)備等問題。 近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，堿金屬中的K、Na，堿土金屬中的Ca、Sr，稀土元素La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均具有變質(zhì)作用。其中Na、Sr的效果最佳，可獲得完全均勻的纖維狀共晶硅。 8 目前Sr變質(zhì)引起國(guó)內(nèi)外研究者和生產(chǎn)者的普遍重視

6、，逐漸取代了Na在變質(zhì)劑中的地位，并已在工業(yè)上獲得應(yīng)用。因?yàn)镾r變質(zhì)不僅與Na變質(zhì)有同等效果，而且同時(shí)還具有其他方面的更為重要的優(yōu)點(diǎn)：變質(zhì)處理時(shí)氧化少，易于加入和控制，過變質(zhì)問題不明顯，Sr的沸點(diǎn)達(dá)1380，不易燒損和揮發(fā)，變質(zhì)的有效時(shí)間長(zhǎng)，處理方便，無(wú)蒸氣析出；變質(zhì)劑易于保存；處理后對(duì)鑄件壁厚敏感性小。Sr變質(zhì)的缺點(diǎn)是，Sr中存在SrH，除氫不易，并且容易產(chǎn)生鑄型反應(yīng)，常在鑄件中形成針孔。 9三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料井式坩堝電阻爐，石墨坩堝，鐘罩， Al-7Si合金，Al-5Ti-1B中間合金， Al-10Sr中間合金，C2Cl6， 金相試樣預(yù)磨機(jī)和拋光機(jī)，HF，王水， 砂紙等。10四、實(shí)驗(yàn)步驟與

7、方法1在經(jīng)預(yù)熱發(fā)紅的兩個(gè)石墨坩堝中分別加入1000g的Al-7Si合金原料，升溫至 720，熔化后保溫1h以促進(jìn)成分的均勻化；所有參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)下在熔融Al-7Si合金中加入0.6的C2Cl6進(jìn)行精煉除氣。 2對(duì)精煉除氣處理后的Al-7Si合金取樣澆鑄一組試樣。3向一個(gè)石墨坩堝中加入0.03的Ti（以A1-5Ti-1B中間合金形式加入）進(jìn)行晶粒細(xì)化處理。處理方法是，將按比例稱量好的中間合金用純鋁箔包好后用鐘罩壓入熔體中。114向另外一個(gè)石墨坩堝中加入0.03的 Sr（以Al-10Sr中間合金形式加入）進(jìn)行變質(zhì)處理。處理方法是，將按比例稱量好的Al-10Sr中間合金用鐘罩壓入熔體中。 5以46人為一組，每隔30min以組為單位澆鑄試樣。應(yīng)保證經(jīng)細(xì)化處理和變質(zhì)處理的試樣分別最少澆鑄4組。 6各組對(duì)澆鑄出的試樣進(jìn)行切割、粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕處理，然后