含zr铝合金的细化“中毒”现象及其细化新工艺研究

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1、IIJ东Jj学修!I’}f?ri仑上曼曼舅lI——II一●一II—II!⋯II—IIII曼皇曼皇舅摘要在铝加工工业中，添加细化剂是获得细小的等轴晶、提高材料强度和塑性的重要手段。目前，铝工业中广泛应用的细化剂为A1．Ti．B和A1．Ti．c等中间合金。但传统的晶粒细化试验证实，合金中存在Zr元素时，会导致中间合金细化效果的消失，出现细化“中毒”现象，使得含Zr铝合金难以细化。本文主要研究了Al—Ti系列中间合金(A1．Ti—B、AI．Ti．C等)对AI．0．2％Zr、AI．5％Cu．0．2％Zr等含Zr铝合金的细化效果，并利用SEM、EPMA等方法对合金的组织结构进行了分析，提出了细

2、化过程中的“中毒”机制，进而找到一种能够解决细化“中毒”问题的方法，并对其机理进行了初步分析和探讨。研究发现，当细化含Zr铝合金时，A1．Ti．B和A1．Ti．C等中间合金的细化效果都会出现“中毒”现象，且随着细化处理温度的升高，“中毒”现象进一步加剧。经分析认为，造成Zr“中毒”的主要原因是Zr与中间合金中的TiAl3相发生了反应。由于熔体中除TiC(TiB2)之外还需过量的多余Ti原子时才能起到很好的细化作用，这些多余Ti原子来自于中间合金中的TiAl3相；而中间合金在加入到含Zr的铝合金熔体中以后，Zr元素与TiAl3相反应形成(Tii．xZr,)A13相，这种三元相聚集在Ti

3、Al3相周围，使得TiAl3相难以继续溶解，从而无法释放出多余的n原子，最终导致细化“中毒”。细化试验表明，中间合金及Zr元素的添加顺序对含Zr铝合金的细化效果有非常重要的影响。当合金熔体中已经含有Zr元素，再加入中间合金进行细化时，会立即出现细化“中毒”现象；而如果先往合金中加入中间合金进行细化，再加入合金元素Zr，则能够在很大程度上减缓“中毒”现象，得到较好的细化效果。因此，本文提出了一种能够提高和改善含Zr铝合金细化效果的方法，即先加入细化剂进行细化处理再加入Zr进行合金化。本文进一步对不同添加顺序时Zr与TiAl3相之间的反应过程进行了分析。研究发现，通过改变添加顺序，减少了

4、Zr元素与TiAl，之间发生反应的几率，使得TiAl3相可以在Zr加入之前充分溶解，并且释放出足够的Ti原子，从而在凝固时促进仅．A1有效形核。关键词：含Zr铝合金；晶粒细化；中毒；A1．Ti系列中间合金JI东／：。’≥f明卜’≥f一泠上ABSTRACTInaluminumfoundries，it’Sanimportantwaytoaddagrainrefinertopromotetheformationofafine，equiaxedgrainstructure，improvingthemechanicalandphysicalproperties．Thegrainrefiners

5、commonlyusedinthealuminumindustryareA1一Ti-B，AI·Ti-Cetc．However，ithasbeenprovedthatthepresenceofZrinaluminumalloymeltsdramaticallyreducestherefiningeffectoftherefiners．Sucha“poisoning'’actionisundesirable，thusit’SnecessarytofindabetterapproachforthegrainrefinementofZr-bearingaluminumalloys．First

6、lythegrainrefinementofA1—0．2％ZrandA1—5％Cu-0．2％ZralloysbyA1-Tiseriesmasteralloys(suchasA1一Ti—C，A1一Ti—Betc．)wasinvestigated，andthenthemicrostructureofthesampleswerestudiedusingscanningelectronmicroscopy(SEM)andelectronprobemicroanalysis(EPMA)．Basedonthis，a“poisoning'’mechanismhasbeendevelopedanda

7、nimprovedrefiningtechniqueWasproposed．Thepossiblemechanismoftherefinementwasalsodiscussedinthispaper．Thefollowingresultsweregwen：TherefiningperformancesofbothA1一Ti-BandA1一Ti—Crefinersare‘‘poisoned’’byZrinthemelt，andthe“poisoning'’