铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状

铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状目前人们已经对铝合金有了较多的认识甚至是较深入的了解，通常人们为了提高铝合金的力学性能，通常要对铸铝中的初生硅相经行处理，晶粒细化剂是铝合金生产中常用的添加剂之一能显著提高铝合金的力学性能和机械加工性能对铝合金的生产具有十分重要的意义。根据Hall-Petch公式可知材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能对于铝在各行业的应用均具有重要的意义。目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种方法：1、控制金属凝固时的冷却速度; 2、机械物理细化法包括机械振动机械搅拌等物理场细化法; 3、如电场磁场超声波处理等; 4、化学细化法,向合金中加入各种晶粒细化剂促进铝及合金的形核或抑制晶核长大。在工业生产中细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂起到异质形核的作用进而细化晶粒尺寸。20世纪四五十年代，晶粒细化剂起源于英国的Cibula金属研究协会，这时的细化剂主要是Ti、B盐块剂。20世纪60年代由于无芯感应炉的应用中间合金的生产及应用取得飞速发展相继出现了Al-Ti-B锭华夫锭等相关产品，20世纪70年代是铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B丝有效提高了晶粒细化效果降低了细化剂的加入量，同时改善了TiB2在炉内的团聚现象。在20世纪七八十年代晶粒细化剂生产工业的研究方向主要是通过改善Ti/B配比优化细化效果。20世纪90年代细化剂的生产开始采用ISO9002为基准的技术措施大大提高了Al-Ti-B的细化效果，同时由于硼化物仍然存在一定的团聚现象，影响细化剂的使用效果，从而采用一定量的石墨代替细化剂中的B制得的Al-Ti-B中间合金不仅具有较好的细化效果同时避免了硼元素的团聚现象。现在常用的细化剂有Al-Ti-B中间合金、Al-Ti-B-RE、Al-5Ti-1C中间合金。目前工业生产中使用的晶粒细化剂主要为Al-Ti-B，这种细化剂制备工艺较为成熟质量日益提高具有较好的细化效果，但存在TiB2团聚等问题仍需要不断改进作为改善Al-Ti-B细化效果，作为改善Al-Ti-B细化效果的Al-Ti-C和Al-Ti-B-RE细化剂也逐渐进入铝合金生产企业的视野，但是Al-Ti-C的制备过程复杂成本较高在现有条件下并不适合大规模工业生产，而Al-Ti-B-RE中由于加入了RE元素导致其细化机理和工艺复杂化。因此仍需进一步探索以使其能够达到最佳的细化效果。无论是亚共晶还是过共晶铝合金，对共晶硅的变质处理能显著改善铸铝的铸造及力学性能。作为变质剂，Na变质能力强，但存在变质衰退快及过变质等问题。Sr具有较好的变质能力，同时变质有效期长，没有明显的过变质问题，其变质孕育期的长短主要与合金中的磷的含量有关。Sb变质具有长效性，重熔后仍然具有变质的能力，但变质效果较差，其变质机理与Na和Sr不同。但就是同样的物质处理工艺过程不一样，变质的效果不一样， 比如，过共晶铝硅合金新型变质剂不同变质时间及添加顺序对变质效果的影响时效性实验表明:自制新型变质剂对过共晶铝硅合金具有良好的变质效果; 在15min120min内，共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al 基体上; 在15min120min内，随时间的延长，初生硅的形状先统一规则，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸较小，达到18um，然后初生硅形状不再统一规则，平均尺寸变大;复合变质剂中的Ti C、Sr盐Ca盐变质作用在15min内变质效果不大，在45min后开始失效; 而Cu盐和稀土起短效变质作用;复合变质剂较优加入顺序为: 在加入复合变质剂中的Ti: C、Sr盐Ca盐45min时，再加入Cu盐和稀土具有良好的变质效果。再比如过共晶中对于复合变质剂的加入顺序、加入量以及变质的长效性。试验发现:PM和Sr复合变质剂的加入顺序对过共晶铝硅合金A3- 90变质效果影响很大,先加入PM变质剂,后加入Sr变质剂,变质后初晶硅呈现开花状形貌,共晶硅为细小的圆点状;先加入Sr变质剂,后加入PM变质剂,初晶硅变质效果明显优于单独PM变质效果。加入PM质量分数为1%时,Al -10Sr变质剂的最佳加入量为合金质量的0 .4% ,变质后初晶硅平均尺寸可达到3 5 m ,而且PM与Sr复合变质具有很好的长效性。再比如在过共晶铝硅合金的不同的变质工艺参数对合金性能的影响,实验结果表明:0.8%的Al-P合金,在820对Al-25%Si合金进行变质,初晶硅棱角钝化,平均尺寸为20m。0.8%的Al-Sr合金在800对Al-25%Si合金进行变质,粗大针状共晶硅均细化为颗粒状。Al-P-Sr复合变质,共晶硅得到很好的细化,但初晶硅变质效果不如单独P变质,且先加Sr后加P变质效果明显些。RE对初晶硅和共晶硅都有一定的变质细化效果, RE加入量为0.8%时,共晶硅基本上为粒状,分布均匀,仅有一小部分为粗针状,初晶硅的圆形度也有很大提高,平均尺寸在45m。Al-P-Sr-RE复合变质,初晶硅和共晶硅都得到很好的细化,合金的硬度和耐磨性都得到很好的提高。综上，在对铝合金的变质处理中，要选择和控制合适的工艺参数，这样才能获得理想的结果。