AI-8B-2C中間合金及其在A356合金中的應(yīng)用研究.pdf

1、輕量化發(fā)展要求使亞共晶鑄造鋁合金A356取代鋼材，成為目前使用最為廣泛的汽車(chē)、摩托車(chē)輪轂材料。為了提高A356合金的綜合力學(xué)性能，晶粒細(xì)化已成為輪轂生產(chǎn)上必不可少的一項(xiàng)工藝。由于存在Si對(duì)Ti的“中毒”現(xiàn)象，工業(yè)上廣泛使用的Al-5Ti-1B和Al-Ti-C中間合金均不能有效細(xì)化A356合金。本課題組前期以Al-3B合金為硼源，石墨粉為碳源，研制出了一種高效Al-Ti-B-C中間合金，其對(duì)A356合金具有良好的晶粒細(xì)化效果。工業(yè)上廣泛采

2、用氟鹽法制備Al-3B合金或Al-5Ti-1B中間合金，制備過(guò)程會(huì)釋放出大量的有害氟化物氣體，且侵蝕爐膛;另一方面，石墨與鋁熔體潤(rùn)濕性差，導(dǎo)致C的吸收率較低，TiC的合成困難。因此，亟需新的硼源和碳源來(lái)解決上述問(wèn)題。本文研制了一種Al-8B-2C中間合金，其既可直接用于增強(qiáng)A356合金，又可作為制備Al-Ti-B-C中間合金的硼源和碳源，最終應(yīng)用于A356合金的晶粒細(xì)化，這種制備工藝清潔、環(huán)保，C的加入較容易。
　　本文對(duì)Al-8

3、B-2C中間合金的組織演變規(guī)律及粒子的三維形貌進(jìn)行了系統(tǒng)研究，揭示了主要組成相Al3BC的生長(zhǎng)機(jī)制，研究了該中間合金對(duì)A356合金的強(qiáng)化效果;研究了Al-8B-2C/Al-Ti體系熔體反應(yīng)機(jī)制，提出了一種Al-Ti-B-C中間合金的制備新工藝，將其用于A356合金的晶粒細(xì)化。
　　本文的主要研究工作如下:
　　(1)Al-8B-2C中間合金的微觀組織及其演變規(guī)律的研究
　　本文研究了溫度對(duì)Al-8B-2C中間合金微觀組

4、織的影響。研究發(fā)現(xiàn)，800℃制備的Al-8B-2C中間合金中，Al3BC為主要生成相，尺寸為300nm～1μm，三維形貌為十四面體或六棱柱狀;此外還生成了4～15μm的十四面體狀A(yù)lB2相。1300℃制備時(shí)，Al3BC形貌不變，尺寸略有長(zhǎng)大，為800nm～4μm，隨著溫度升高，AlB2轉(zhuǎn)變成了尺寸為30～60μm的多面體狀的β-AlB12相。
　　(2)Al3BC生長(zhǎng)機(jī)制的研究
　　Al3BC為密排六方結(jié)構(gòu)，其{10(1)1

5、}晶面有最高的生長(zhǎng)速率，生長(zhǎng)速度慢的{10(1)0}、{0001}（或{0003}）晶面逐漸保留下來(lái)成為外露面，所以Al3BC傾向于形成自由能最低的六棱柱平衡晶體形貌。但是由于熔體環(huán)境的影響，Al3BC也呈現(xiàn)了十四面體狀的非平衡晶體形貌。
　　根據(jù)Al3BC尺寸小、密度低、穩(wěn)定、彈性模量高的特點(diǎn)，將主要含有Al3BC的Al-8B-2C中間合金應(yīng)用于增強(qiáng)A356合金，研究結(jié)果表明，該中間合金能明顯改善A356合金的硬度和拉伸強(qiáng)度。<

6、br>　　(3)Al-8B-2C/Al-Ti體系熔體反應(yīng)機(jī)制的研究
　　Al-8B-2C/Al-Ti體系中，AlB2或溶解的B原子和Al-Ti熔體反應(yīng)生成的TiB2為完整六角板片或枝晶狀，Al3BC粒子與Al-Ti熔體反應(yīng)生成大量多孔片狀的TiB2、TiC粒子，反應(yīng)機(jī)制不同，造成了粒子形貌的差異。研究表明，Al3BC與Al-Ti熔體的液固反應(yīng)過(guò)程中，Ti原子擴(kuò)散至Al3BC表面，TiB2和TiC圍繞Al3BC周?chē)桑S著反應(yīng)的進(jìn)

7、行，雙向生長(zhǎng)，由于Al3BC的尺寸小于2μm，TiB2和TiC的生長(zhǎng)缺乏充足的硼和碳元素，使其長(zhǎng)成了有不規(guī)則邊緣且中心多孔的粒子。TiB2和TiC鑲嵌生長(zhǎng)，相互限制，也會(huì)導(dǎo)致多孔形貌的形成。由于B和C存在于一個(gè)化合物中，TiC和TiB2在生成過(guò)程中便于相互摻雜，促使TiC由多面體形貌長(zhǎng)成片狀。
　　(4)Al-8B-2C中間合金在A356合金中的應(yīng)用研究
　　基于Al-8B-2C/Al-Ti體系熔體反應(yīng)機(jī)制，以Al-8B-2