含Zr鋁合金的細化“中毒”現(xiàn)象及其細化新工藝研究.pdf

1、在鋁加工工業(yè)中，添加細化劑是獲得細小的等軸晶、提高材料強度和塑性的重要手段。目前，鋁工業(yè)中廣泛應用的細化劑為Al—Ti—B和Al—Ti—C等中間合金。但傳統(tǒng)的晶粒細化試驗證實，合金中存在Zr元素時，會導致中間合金細化效果的消失，出現(xiàn)細化“中毒”現(xiàn)象，使得含Zr鋁合金難以細化。 本文主要研究了Al—Ti系列中間合金（Al—Ti—B、Al—Ti—C等）對Al—0．2%Zr、Al—5%Cu—0．2%Zr等含Zr鋁合金的細化效果，并利用

2、SEM、EPMA等方法對合金的組織結(jié)構進行了分析，提出了細化過程中的“中毒”機制，進而找到一種能夠解決細化“中毒”問題的方法，并對其機理進行了初步分析和探討。 研究發(fā)現(xiàn)，當細化含Zr鋁合金時，Al—Ti—B和Al—Ti—C等中間合金的細化效果都會出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象，且隨著細化處理溫度的升高，“中毒”現(xiàn)象進一步加劇。經(jīng)分析認為，造成Zr“中毒”的主要原因是Zr與中間合金中的TiAl3相發(fā)生了反應。由于熔體中除TiC（TiB2）之外還

3、需過量的多余Ti原子時才能起到很好的細化作用，這些多余Ti原子來自于中間合金中的TiAl3相；而中間合金在加入到含Zr的鋁合金熔體中以后，Zr元素與TiAl3相反應形成（Ti1—xZrx）Al3相，這種三元相聚集在TiAl3相周圍，使得TiAl3相難以繼續(xù)溶解，從而無法釋放出多余的Ti原子，最終導致細化“中毒”。 細化試驗表明，中間合金及Zr元素的添加順序?qū)琙r鋁合金的細化效果有非常重要的影響。當合金熔體中已經(jīng)含有Zr元素，再

4、加入中間合金進行細化時，會立即出現(xiàn)細化“中毒”現(xiàn)象；而如果先往合金中加入中間合金進行細化，再加入合金元素Zr，則能夠在很大程度上減緩“中毒”現(xiàn)象，得到較好的細化效果。因此，本文提出了一種能夠提高和改善含Zr鋁合金細化效果的方法，即先加入細化劑進行細化處理再加入Zr進行合金化。 本文進一步對不同添加順序時Zr與TiAl3相之間的反應過程進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，通過改變添加順序，減少了Zr元素與TiAl3之間發(fā)生反應的幾率，使得TiA