ADC12铝合金的细化变质处理.doc

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1、ADC12铝合金的细化变质处理一、实验目的1）熟练ADC12铝合金的熔炼、精炼、细化和变质处理过程。2）了解ADC12铝合金的组织变质处理的基本原理和方法。3）分析晶粒细化剂（Al-5Ti-BAl-5Ti-C）对ADC12合金的组织的细化效果及其影响。4）分析变质剂（MnSr)对ADC12合金的组织的变质效果及其影响。5）分析RE元素对ADC12合金的组织的细化变质效果及其影响。6）了解各种变质的的单因素影响及正交实验的效果。二、原理概述由于Al-Si共晶合金(ADC12)有很好的铸造性能,且铸件轻、比强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性能高及切屑性能好,故被广泛用于航天航空、汽车等工

2、业。在再生铝合金ADC12铸件中，α-Al相是最主要的组织。在铸态时，α-Al相呈树枝状，并且比较粗大，其取向没有一定的规律，较为杂乱，这使得其性能不是很好。Fe在Al合金中通常被认为是最有害的杂质元素,常见的Fe相为α-Fe相(Al8SiFe2)和β-Fe相(Al5SiFe)两种。硬而脆的针状的β-Fe相会破坏金属基体的连接强度,大幅降低合金的力学性能(如抗拉强度)。Fe在Al合金中作为有害元素会显著降低合金的力学性能,影响断裂粗糙程度等。1.铝硅合金的细化处理铝硅合金细化处理的目的主要是细化合金基体α-Al的晶粒。晶粒细化是通过控制晶粒和形核和长大来实现的。细化处理的基本原理是促

3、进形核，抑制长大。对晶粒细化的基本要求是：1）含有稳定的异质固相形核颗粒、不易溶解。2）异质形核颗粒与固相α-Al间存在良好的晶格匹配关系。3）异质形核颗粒应非常细小，并在铝熔体中呈高度弥散分布。4）加入细化剂不能带入任何影响铝合金性能的有害元素或杂质。晶粒细化剂的加入一般采用中间合金的方式。常用晶粒细化剂有以下几种类型：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间合金。它们是工业上广泛应用的最经济、最有效的铝合金晶粒细化剂。这些合金元素加入到铝熔体中后，会与Al发生化学反应，生成 TiAl3、TiC、B4C等金属间化合物。这些金属间化合物相在铝熔体

4、中以高度弥散分布的细小异质固相颗粒存在，可以作为α-Al形核的核心，从而增加反应界面和晶核数量，减小晶体生长的线速度，起到晶粒细化的作用。晶粒细化剂的加入量与合金种类、化学成分、加入方法、熔炼温度以及浇注时间等有关。若加入量过大，则形成的异质形核颗粒会逐渐聚集，当其密度比铝熔体大时，会聚集在熔池底部，丧失晶粒细化能力，产生细化效果衰退现象。晶粒细化剂加入合金熔体后要晶粒孕育期和衰退期两个时期。在孕育期内，中间合金完成熔化，并使起到细化作用的异质形核颗粒均匀分布且与合金熔体充分润湿，逐渐达到最佳的细化效果。此后，由于异质形核颗粒的溶解而使细化效果下降；同时异质固相颗粒会逐渐聚集而沉积在

5、熔池底部，出现细化效果衰退现象。当细化效果达到最佳值时进行浇注是最为理想的。随合金的熔炼温度和加入的细化剂种类的不同，达到最佳细化效果所需的时间也有所不同，通常存在一个可接受的保温时间范围。合金浇注温度会影响最终的细化效果。在较小的过热度下浇注可以获得良好的细化效果；随着过热度的增大，细化效果将下降。通常存在一个临界温度，低于该温度时温度变化对细化效果的影响并不明显，而高于此温度时，随着浇注温度的升高，细化效果会迅速下降。该临界温度同合金的化学成分和细化剂的种类以及加入量有关。2．铝铁合金的变质处理Fe在铝合金中最大的危害在于Fe与铝合金中其它元素结合生成了各种粗大金属间化合物，尤以

6、粗大片状的β铁相危害最为显著，呈汉字状的α铁相对于性能的影响危害较小，因此铁相形貌的改变主要目的是减少粗大片状相的出现，将铁相形貌变为危害较小的汉字状或块状。加中和元素是指通过加入某些合金元素来改变铁相的生长方式，促进α铁相的生成，并抑制β铁相的形成。Mn的加入能显著减少针状铁相的数量和尺寸，甚至能使针状铁相完全消失，原因是Mn加入后扩大了α铁相区，从而有利于针状铁相向α铁相转变，普遍认为Mn的加入量应为Fe含量的一半。陈东风等人研究表明，铝合金中添加一定量的Mn后有效地改变了初生Al3Fe相的形态，同时β铁相的数量和尺寸得到有效减少甚至完全消失，但是Mn元素的最佳添加量要依情况而定

7、，且当Mn与Fe的摩尔比从1.3变到1.5时，针状富铁相被块状相取代而消失。张磊、焦万丽等人发现结合预先热处理能减少Mn元素的加入量就能达到比较好的效果，并发现Mn与Fe的摩尔比为0.5～1.1时为适宜的加入量；Mn的加入量可以控制铁相杂质的粒径大小，并且联合处理后的抗拉强度和塑性也有所提高。Cr的作用与Mn相似，能改善Fe含量超标的铝合金的性能，但是Cr的熔点高，需要在铝熔体温度很高时加入，容易造成铝液严重氧化，使得生产操作不方便。RE聚集在铝基体的晶界