Download
1 / 14
140 likes | 349 Views
铝硅合金的细化与 变质处理. 主讲教师 :. 一、实验目的. 1 ．熟悉 Al-Si 合金的熔炼、精炼、细化和变 质处理过程。 2 ．了解 Al-Si 合金细化和变质处理的基本原 理和方法。 3 ．了解细化剂和变质剂对 Al-Si 合金组织的 影响。. 二、实验原理. 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的形核和长大来实现的。细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。对晶粒细化剂的基本要求是：
E N D
铝硅合金的细化与 变质处理 主讲教师:
一、实验目的 • 1．熟悉Al-Si合金的熔炼、精炼、细化和变 质处理过程。 • 2．了解Al-Si合金细化和变质处理的基本原 理和方法。 • 3．了解细化剂和变质剂对Al-Si合金组织的 影响。
二、实验原理 • 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的形核和长大来实现的。细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。对晶粒细化剂的基本要求是： • （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）加入的细化剂不能带人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。这些合金加入到铝熔体中时，会与Al发生化学反应，生成TiAl3、TiB2、TiC、B4C等金属间化合物。这些化合物相在铝熔体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。这些合金加入到铝熔体中时，会与Al发生化学反应，生成TiAl3、TiB2、TiC、B4C等金属间化合物。这些化合物相在铝熔体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、熔炼温度以及浇铸时间等有关。若加入量过大，则形成的异质形核颗粒会逐渐聚集，由于其密度比铝熔体大，因此会聚集在熔池底部，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经历孕育期和衰退期两个时期。在孕育期内中间合金完成熔化过程并使起细化作用的异质形核颗粒均匀分布并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。晶粒细化剂加入合金熔体后要经历孕育期和衰退期两个时期。在孕育期内中间合金完成熔化过程并使起细化作用的异质形核颗粒均匀分布并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。
合金的浇注温度也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，随着浇铸温度的升高，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。合金的浇注温度也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，随着浇铸温度的升高，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.铝硅合金的变质处理 铝硅合金中，Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，严重地割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶硅由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而改善合金性能。变质处理一般在精炼之后进行，变质剂的熔点应介于变质温度和浇注温度之间。变质处理时处于液态，有利于变质反应的完成；而在浇注时已变为粘稠的熔渣，便于扒渣，不致形成熔剂夹杂。
金属钠（Na）对Al-Si共晶合金的共晶组织有很好的变质作用，但是Na变质存在Na极易烧损，变质有效时间短，吸收率低，并且含量很难预测，钠盐变质剂中的F－和Cl－腐蚀铁质坩埚及熔炼工具，使铝液渗铁，导致合金铁质污染，同时在坩埚壁上形成一层牢固的结合炉瘤，浇铸后很难清除，挥发性卤盐会腐蚀设备等问题。金属钠（Na）对Al-Si共晶合金的共晶组织有很好的变质作用，但是Na变质存在Na极易烧损，变质有效时间短，吸收率低，并且含量很难预测，钠盐变质剂中的F－和Cl－腐蚀铁质坩埚及熔炼工具，使铝液渗铁，导致合金铁质污染，同时在坩埚壁上形成一层牢固的结合炉瘤，浇铸后很难清除，挥发性卤盐会腐蚀设备等问题。 近年来发现，碱金属中的K、Na，碱土金属中的Ca、Sr，稀土元素La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均具有变质作用。其中Na、Sr的效果最佳，可获得完全均匀的纤维状共晶硅。
三、实验设备及材料 • 井式坩埚电阻炉，石墨坩埚，钟罩， Al-7Si合金，Al-5Ti-1B中间合金， Al-10Sr中间合金，C2Cl6， 金相试样预磨机和抛光机，HF，王水， 砂纸等。
四、实验步骤与方法 • 1．在经预热发红的两个石墨坩埚中分别加入1000g的Al-7Si合金原料，升温至 720℃，熔化后保温1h以促进成分的均匀化；所有参加实验的学生在实验教师指导下在熔融Al-7Si合金中加入0.6％的C2Cl6进行精炼除气。 • 2．对精炼除气处理后的Al-7Si合金取样浇铸一组试样。 • 3．向一个石墨坩埚中加入0.03％的Ti（以A1-5Ti-1B中间合金形式加入）进行晶粒细化处理。处理方法是，将按比例称量好的中间合金用纯铝箔包好后用钟罩压入熔体中。
4．向另外一个石墨坩埚中加入0.03％的 Sr（以Al-10Sr中间合金形式加入）进行变质处理。处理方法是，将按比例称量好的Al-10Sr中间合金用钟罩压入熔体中。 • 5．以4～6人为一组，每隔30min以组为单位浇铸试样。应保证经细化处理和变质处理的试样分别最少浇铸4组。 • 6．各组对浇铸出的试样进行切割、粗磨、细磨、抛光、腐蚀处理，然后在光学金相显微镜下观察，评价合金的细化和变质效果。
五、实验报告要求 • 1．简述实验目的、实验内容与实验原理和 步骤。 • 2．评价Al-7Si合金的细化和变质效果，并 分析影响合金细化和变质效果的主要因 素。
