变质处理Word文件下载.docx

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一般认为，AlTi5B是（Al）的最佳细化剂，使用最广泛。

市场上供应的AlTi5B形状、大小，制造方法等不同，中小厂家多使用廉价的合金锭；

轧制成盘条状的，晶粒细，细化效果好，使用方便，但价格较高。

AlTi的形状有板片（针）状，块（点）状的，其中块（点）状的有多个结晶面的晶格常数和

（Al）的相近，细化效果最好。

2.P的作用

（1）初晶硅

在过共晶铝硅合金凝固的过程中，首先析出的是初晶硅，初晶硅的大小对台金的性能起着至关重要的作用。

目前研究最多，且效果最为理想的变质方法就是针对初晶硅的，采用P元素作为主要变质元素，不同的只是P的加入方式。

（2）共晶硅

过共晶铝硅合金中的共晶硅变质，始终没能得到很好的解决。

由于P对初晶硅出色的变质效果，在变质剂中P是不可替代的。

而对共晶硅有良好变质效果的Na和sr元素，对P的变质作用均有干扰，因此不能与P同时使用。

而除去这两中元素，其它如RTi等元素对共晶硅的变质作用非常有限。

（3）机理

将复合变质剂加入过共晶Al-Si合金熔体之后复合变质剂中的磷在800度时和铝液作用生成AlP，其熔点为1060度而过共晶铝硅合金一般熔炼温度却不超过900度，因而AlP就不会被分解，且因其密度为2.85g／cm3，比液态Al-Si合金（密度为2.68g／cm3）略高，不会漂浮，为此它可作为稳定的外来晶核。

与都是立方钻石型晶体结构，晶格常数又相近（Si为0.545nm，AlP为0.542nm），最小原子间隙也十分相近（Si为0.244nm，AlP为0.256nm）。

因此是很好的异质晶核，在凝固结晶过程中成为初生硅的结晶核心，从而起到有效变质作用，使初晶硅显著得到细化。

2．Na的作用

（1）.共晶Si相的Na变质

广泛用于工业生产的Na变质剂为Na盐，这是一种传统的变质工艺，常见的变质剂的组分见表3

采用Na盐变质剂的突出优点是可以获得满意的变质效果，同时变质成本低。

但有以下缺点：

（1）Na盐极易氧化挥发，变质有效期短，且可使熔体中氢含量增加。

（2）Na盐变质剂中的NaF有毒，损害人体健康，腐蚀工具、设备。

（3）没有重熔变质效果。

（4）Na是Al—Si合金中最常用的变质剂，前人已有大量研究，Na作为AI-Si合金的变剂变质效果良好，但也存在易衰退、易偏析、吸收率低等缺点。

在变形铝合金的熔铸生产中，使用的冶金炉通常为反射炉，容积较大，铸造作业时间较长。

工业生产的实践证明，运用Na盐变质剂对共晶Si（相进行变质处理，需采取特殊的工艺措施，减少变质后熔体中的Na烧损，有效的延长变质有效期。

（2）Na变质机理

多年以来，人们对高硅铝合金的变质工艺进行了大量的研究，关于变质过程的机制目前说法不一，普遍公认的一种说法是Na仅能微溶于铝液中，当铝液温度降低到铝的液相线附近时，Na在铝液中的溶解度就进一步减小，甚至趋近于零。

这时在铝液中析出大量高度弥散的Na的胶状质点，它们吸附于硅的晶核表面，形成一层Na的薄膜，阻碍了硅晶体的长大，使硅结晶过冷度增加。

经变质的Al-Si合金在共晶结晶时，Al成为主导相，Si则呈细小水草状结晶出，而在非变质的Al-Si合金结晶时，Si为主导相，故si易呈长针状结晶析出。

变质处理善共晶Al-Si合金组织形态的有效措施，由于共晶硅呈粗大针状，所以合金的强度和塑性都很低。

若在铸造前在液态合金中加入一定量Na盐进行变质处理后，可以得到初晶

小共晶体（

+si）组织。

由于加入变质剂，可降Al-Si合金的共晶温度。

因此，在过冷下，形核率急剧升高，共晶组织变细，使合金的力学性能得到明显的改善。

（3）应用

公司生产中多采用以复合Na盐对Al-Si合金进行变质处理。

每炉变质剂的加入量为0.4％-0.8％左右，变质温度740℃～770℃，此法变质效果良好。

但是也有不良加入过多，Na含量过高，会出现过变质现象，金属液的黏度增加，阻滞了气泡和夹杂的上浮，能及时排出的气泡容易形成针和微小气孔等缺陷，降低了合金的机械加工性能。

3共晶Si相的Sr变质

（1）Sr变质的有缺点和变质后的组织

共晶Si相的Sr变质，是继Na变质后出现的新技术，它有与Na相近的变质效果。

共晶Si相的Sr变质，广泛应用的是含Sr，4%-6%、6%-8%、8%-10%的Al-Sr中间合金，该合金可用熔盐电解法生产，也可用向铝液中直接加金属Sr的方法生产。

Al-Sr中间合金可制成锭状，向浇注前的炉内熔体中加入；

也可制成直径9.5mm的线状，在浇注流口!

处连续加入。

Sr盐变质剂也曾在工业生产中应用，其中含有SrF2、SrCl2、Na3AlF6等，但其变质效果不太稳定。

Sr变质的突出优点：

可获得与Na相近的变质效果；

变质有效期长；

无毒无烟害，不损害人体健康；

不腐蚀熔炼设备；

有一定程度的重熔变质效果。

Sr变质的缺点主要是Sr可分解炉气中的水蒸气，使熔体中氢含量增加，且变质成本较高。

在变形铝合金的熔炼生产中，若在炉内用Al-Sr中间合金变质，需在熔体表面覆盖含SrCl2的覆盖剂，以减少Sr的烧损，进而延长Sr变质的有效期，同时也有利于降低熔体中的含氢量。

西北工业大学，凝固技术国家重点实验室的陈忠伟，赵江潮通过发射场扫描电镜与电子背散射（EBSD）分析技术研究了A357合金式样变质处理前后的微观组织。

结果表明添加Sr变质处理后不但使合金组织中出大的条状共晶相变为细小的短棒或纤维状而且细化了合金晶粒尺寸。

处理前后合金式样组织中的形核并生长机制发生了变化，未变质处理合金试样中共晶相是以初生铝形核并生长，而Sr变质处理合金式样中共晶相是以出初生相和支晶间熔断的异质形核并生长。

东北轻合金有限责任公司的付忠国通过正交实验分析验结果分析，Al一10Sr中间合金对G01的最佳变质工艺为：

变质温度为740℃，变质时间为60min，变质剂的添加量为0．006％。

Al一10％sr中间合金对G01变质后，力学性能均有所提高，在变质温度、变质时间、变质剂添加量3个因素中，变质剂添加量是影响变质效果的最重要因素。

（2）Sr变质与精炼工艺的匹配

采用以下3种工艺对ZLl02合金液（Sr的加入量为0．04％）进行精炼处理，工艺1：

C2C1。

精炼；

工艺2：

氩气旋转喷吹精炼15rain；

工艺3：

在1／3常规C2C1。

精炼后，加入一定量的A1一Sr合金，再用氩喷吹精炼10min。

不同工艺处理后合金的金相组织见

图2。

从图2可以看出，工艺1处理后的ZLl02合金的共晶Si形状变化不明显，变质效果一般，从后期的化学成分分析结果看，Sr含量减少50％以上，这是由于Sr是铝合金液中最活泼的元素，氯盐的加入对其的烧损较大，使之变质效果变差。

工艺2和工艺3处理后试样均取得较好的变质效果。

说明氩气旋转喷吹精炼工艺对Sr的烧损较小，不影响Sr的变质效果。

但对于工艺3的使用，要注意Sr变质有大约1h的孕育期。

采用钠盐作为变质剂，最好的精炼与变质的匹配工

艺是采用氩气旋转喷吹精炼工艺与钠盐变质处理工艺复合使用，同时进行，既可以取得良好的变质效果，又能获得较好的精炼除气效果。

采用Sr作为变质剂，最好的精炼与变质的匹配工艺是在熔炼时加入Sr，采用氩气旋转喷吹精炼工艺，能得到好的精炼和变质效果。

4共晶Si相的Sb变质

共晶Si相的Sb变质，其变质效果略低于Na的，通常采用含Sb5%-8%的Al-Sb中间合金将Sb加到合金中，Sb有长效变质效果。

加Sb变质剂的合金对铸造凝固速度敏感，如凝固冷却速度低或铸件壁厚较大时会降低变质效果。

Sb可与合金中的Mg形成Mg3Sb2化合物，降低了Mg的强化作用。

Sb可与Na形成Na3Sb:

化合物，因此在熔铸生产中采用Sb变质时，不能使用钠盐。

A1-Sb中间合金变质剂，可以细化组织，同时显著提高铝合金的塑性和强度。

用锑变质时，锑的加入量为0．4％左右，锑的密度为6．67g／cm3，比铝大2．5倍接加入铝液中，会产生重度偏析，不易控制成分，故一般以Al-Sb中间合金的形式在精炼后加入。

其变质效果与合金的冷却速度有关，冷却速度快（如金属型铸造），变质效果好；

冷却速度慢（如砂型铸造），变质效果差。

还应注意，经钠盐锶盐或铝锶中间合金变质过的铝合金，不能再用锑变质，否则性能变坏。

5铋

铋变质时，铋的加入量小于0．4％，以Al—Bi中间合金形式加入。

含5％Bi的中问合金韧性很好，熔制Al—Bi中间合金不用覆盖剂，铋的熔耗很小，熔炼工艺比较简单。

6稀土变质方法

稀土变质剂具有很好的长效性、重熔稳定性，并无腐蚀作用。

稀土元素的原子半径为0．174—0.204mm大于铝原子半径（0．143mm）。

稀土元素比较活泼，熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使晶核生长速度增大，同时在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化。

此外铝与稀土形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数大量增加而使合金的组织细化。

研究表明，稀土对铝合金具有良好的变质效果。

方法

稀土对铝合金的变质处理方法通常是：

直接添加单一稀土或混合稀土；

采用铝一稀土中间合金；

添加稀土化合物（如稀土氧化物、氯化物）等。

由于稀土金元素较活泼，直接添加时烧损严重，故一般以中间合金或稀土化合物形式加入。

机理

文献赵玉涛，傅现强．《铝合金车轮材料A356中钠与锶变质差异》指出，RE—P双重变质剂是过共晶铝硅金的一种长效变质剂。

研究表明，它对过共晶铝硅合理。

金进行变质，可使初晶硅结晶核心A1P长时间呈弥散状态不发生聚集，使初晶硅最大尺寸不超过50um，同时使共晶硅变成点状或杆状，变质效果可维持6h。

在RE—P复合变质剂中，磷是初晶硅的主要变质元素。

磷在铝液中生成熔点约1000℃的AlP化合物，AlP与硅体均为金刚石点阵结构，且二者的晶格常数非常接近，因此弥散分布在铝液中的AlP可成为硅的非均质形核的核心。

但是，单纯用磷变质不能维持对过共晶Al—Si金的长时间变质效果。

稀土元素在磷变质中的复合作用是高浓度的稀土原子富集在与硅有相同晶格结构的Al列E均质形核核心周围，通过阻止AlP核的聚集，使AlP能够在过共晶铝硅合金液中较长时间地保持弥散状态，为初晶硅的结晶提供大量的生长基面，成为初晶硅非均质形核的结晶核心，因而使过共晶A1一si合金的初晶硅被变质到尺寸小于0．05mm；

同时稀土元素对共晶硅也有强烈的变质作用，最终使合金获得较理想的组织状态。

稀土元素阻止AlP聚集的设想还有待进一步的实验证明，但RE—P双重变质剂的优良效果是不容置疑的。

7非化学变质处理方法

自20世纪70年代以来，除了研制新型铝合金外，还开发了许多新工艺和新技术，例如形变热处理工艺、粉末冶金工艺、电磁振荡法、激光变质处理、快速凝固技术、液态模锻和液态挤压技术、液态合金过滤及铝基复合材料等。

ZLl08合金经激光熔凝处理后组织明显细化，熔区主要由等轴晶组成且枝晶生长具有方向性；

熔凝区硬度明显提高，其强化机理为固溶强化、细晶强化和弥散强化。

激光熔凝处理后ZLl08合金材料的摩擦磨损能得到改善。

超声波震荡铝液也可起到变质作用。

前苏联在铸造铝合金锭时，将超声波发射头插入结晶器液穴中，使铸锭晶粒尺寸减小到未经处理铸锭的0．1~0．05

炉外铝钛硼丝变质法是近10年来国外发展起来的一种先进的细化晶粒的方法。

其变质过程是把盘架上nl_rfl～910绕成盘的咖6mm的铝钛硼丝慢慢退转下来，并不断熔人到流槽不断流动的铝合金液中，与铝合金液发生作用，生成外来的异质结晶核心，从而实现细化晶粒的目的。

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