Al-Ti-C-RE細(xì)化劑的制備及其細(xì)化行為研究.pdf

1、鋁及鋁合金由于具有優(yōu)良的延展性、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，優(yōu)異的韌性和較高的比強(qiáng)度以及良好的耐腐蝕性等性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航海、建筑、電力、醫(yī)療、運(yùn)輸車輛等工業(yè)領(lǐng)域。隨著鋁合金的廣泛應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)對鋁錠在后續(xù)加工中的組織和性能都提出了嚴(yán)格的要求。晶粒細(xì)化是提高材料強(qiáng)度和塑性，改善鋁材質(zhì)量的重要手段之一。而在工業(yè)生產(chǎn)條件下，向熔體中添加中間合金晶粒細(xì)化劑，在鋁的凝固過程中通過異質(zhì)形核使晶粒細(xì)化是目前最為簡便、經(jīng)濟(jì)和有效的方法。
　　 A

2、l-Ti-B細(xì)化劑是目前全世界廣泛使用的一種高效的鋁及鋁合金晶粒細(xì)化劑，但是由于Al-Ti-B細(xì)化劑在使用過程中TiB2容易團(tuán)聚，易被Zr、Cr、Mn等元素“毒化”而失去細(xì)化效果，使得Al-Ti-B的應(yīng)用范圍受到限制。隨著對Al-Ti-C細(xì)化劑研究的深入，發(fā)現(xiàn)其能夠彌補(bǔ)Al-Ti-B細(xì)化劑在工業(yè)應(yīng)用方面的諸多缺點(diǎn)。但是目前Al-Ti-C細(xì)化劑的制備過程中存在碳與鋁熔體潤濕性極差，難以生成足夠數(shù)量TiC顆粒的問題，大大限制了Al-Ti-C

3、的工業(yè)化應(yīng)用。本文采用熔鑄-原位反應(yīng)法，通過在制備過程中添加稀土元素以改善石墨與熔體的潤濕性，制備一種新型的Al-Ti-C-RE中間合金細(xì)化劑，并探討其合成機(jī)制，研究其對純鋁的細(xì)化效果。
　　 本文利用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、差熱分析(DTA)、能譜分析(EDS)和掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段，研究Al-Ti-C和A1-Ti-C-RE細(xì)化劑的組織特征和細(xì)化效果，并結(jié)合細(xì)化劑對純鋁力學(xué)性能的影響，探討不同

4、的稀土加入順序下Al-Ti-C-RE細(xì)化劑的合成機(jī)制及其細(xì)化機(jī)理，為進(jìn)一步開發(fā)具有高效細(xì)化能力的Al-Ti-C-RE細(xì)化劑提供理論參考和實(shí)踐依據(jù)。
　　 研究結(jié)果表明Al-5Ti-0.25C-2RE細(xì)化劑的顯微組織均由α-Al基體、團(tuán)簇狀或顆粒狀TiC、條狀TiAl3、包裹狀及塊狀Ti2Al20Ce稀土相組成。
　　 采用先加稀土法的(A組)Al-5Ti-0.25C-2RE的合成機(jī)制為：在850℃左右K2TiF6與鋁在界

5、面處反應(yīng)生成塊狀TiAl3；稀土元素Ce與TiAl3相和游離的Ti原子通過包晶反應(yīng)形成Ti2Al20Ce；升溫到1200℃左右石墨與Ti原子通過反應(yīng)Ti+C(s)-→TiC(s)及Ti+C→TiC(s)形成TiC粒子。后加稀土法的(B組)A1-5Ti-0.25C-2RE的合成機(jī)制為：在850℃左右K2TiF6與鋁在界面處反應(yīng)生成塊狀TiAl3;升溫到1200℃左右石墨與Ti原子通過反應(yīng)Ti+C(s)-→TiC(s)及Ti+C→TiC(s

6、)形成TiC粒子；在降溫到850℃加入稀土元素后，Ce與TiAl3相和游離的Ti原子通過包晶反應(yīng)形成Ti2Al20Ce。
　　 由于稀土加入的順序不同，A組Al-5Ti-0.25C-2RE中TiAl3相多為細(xì)條狀，包裹狀Ti2Al20Ce相厚度較大；而B組Al-5Ti-0.25C-2RE中TiAl3相多為粗大的板條狀，包裹狀Ti2Al20Ce相厚度較小，形成了更多的塊狀Ti2Al20Ce相。采用相同添加量的Al-5Ti-0.25

7、C和A、B兩組Al-5Ti-0.25C-2RE細(xì)化劑細(xì)化純鋁，結(jié)果表明兩組Al-5Ti-0.25C-2RE的細(xì)化效果均優(yōu)于Al-5Ti-0.25C，其中采用先加稀土法制備的A組Al-5Ti-0.25C-2RE具有更加優(yōu)異的細(xì)化效果。
　　 通過改變A組Al-5Ti-0.25C-2RE的添加量(0.1wt.％、0.3wt.％、0.5wt.％和0.7wt.％)及細(xì)化保溫時(shí)間(Smin、15min、30min、60min、120min

8、)，研究添加量和細(xì)化保溫時(shí)間對純鋁組織及性能的影響。結(jié)果表明在添加0.5wt.％的細(xì)化劑保溫5min后，純鋁的晶粒尺寸由340μm變?yōu)?5μm，抗拉強(qiáng)度提高了10.4％,伸長率提高了19.2％；隨著細(xì)化保溫時(shí)間的延長，細(xì)化劑對純鋁的細(xì)化效果并未出現(xiàn)明顯的衰退現(xiàn)象。
　　 稀土元素加入后與熔體中的TiAl3相發(fā)生包晶反應(yīng)形成Ti2Al20Ce相，Ti2Al20Ce相在630℃左右會(huì)分解釋放出游離的Ti原子和稀土原子，一方面促進(jìn)了T