摘　要　采用AlTiC晶粒細化中間合金對A356進行了晶粒細化試驗，證明A356合金的α(Al)晶粒尺寸和枝晶干同時獲得了明顯的細化。這表明AlTiC合金可能是細化Al-Si合金α(Al)晶體組織和克服Si中毒作用的良好晶粒細化劑。

關(guān)鍵詞：A356　AlTiC晶粒細化劑　晶粒細化

 

Grain Refinement for A356 Alloy

 

Gao　Zesheng

(Zhuozhou Aluminum Alloy Material Factory in Hebei Province)

 

ABSTRACT　The grain refinement test for A356 casting alloy has been carried out by addition of AlTiC master alloys. The result showed that both grain size and dendritic arm were refined obviously.This indicates that AlTiC master alloys would be a good additive for refining the crystal structure and overcoming the poisoning effect of Si in Al-Si casting alloys.

Key Words:A356 Alloy,AlTiC Grain Refiners,Grain Refinement

 

1　前　言

 

　　Al-Si合金含w(Si)在2%以下時，硅促進晶粒細化，然而w(Si)在3%以上隨硅含量增加晶粒連續(xù)粗化，出現(xiàn)所謂的硅“中毒”現(xiàn)象。w(Si)在2%～3%范圍稱臨界成分范圍，顯然在這一過渡區(qū)的兩側(cè)存在著不同的晶粒細化機制［1］。

　　晶粒尺寸控制包括形核和生長。能提供充分數(shù)量有效晶核是晶粒細化的基礎(chǔ)。然而最終晶粒尺寸取決于隨后α(Al)晶體的生長限制。Al-Si合金的生長限制因素(Ki-1)miwB示于表1。其Ki為分配系數(shù)，mi為液相線斜度，wB為合金質(zhì)量分數(shù)。在w(Si)=3%時生長限制因素(GRF)值約為18。在此值以上硅使晶粒尺寸連續(xù)繒大，而添加劑的加入使GRF值加大，因而導(dǎo)致晶粒進一步粗化。

 

 

表1　Al-Si合金的生長限制因素［2］

Table 1　Growth Restricting factors in Al-Si Alloy［2］

 

  

 

    對于克服Si中毒，文獻［2］試驗得出結(jié)論，認為用加大細化劑添加量從而增加形核發(fā)生點的辦法。并指出，不管采用什么形式的細化劑，只要加入的硼達到0.001%，就能獲得充分的晶粒細化，也就是每噸鋁需要加入10 kg的AlTi5B。顯然這樣的加入量，在使用成本上是不經(jīng)濟的。

　　為此，試驗采用的AlTiC對A356合金進行了晶粒細化處理。理論依據(jù)是TiC粒子本身可使α(Al)形核，TiC具有與鋁相同的面心立方晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)與Al的非常接近，熔點3 147 ℃，非常穩(wěn)定。因此，在對99.7%Al采用國際標(biāo)準(zhǔn)試驗法用AlTiC獲得非常好的晶粒細化結(jié)果［3］的基礎(chǔ)上，進行了試驗。

 

2　試驗方法

 

　　A356合金材料購自保定立中鋁業(yè)公司，已預(yù)加Sr變質(zhì)處理。

　　AlTiC晶粒細化中間合金為我們新開發(fā)的Al-5Ti-C，加入量為0.2%。用石墨坩堝熔化A356合金5 kg。合金熔化后于730 ℃±5 ℃加入AlTiC，攪拌30 s后按5，15，30和60 min間隔時間取樣澆注入標(biāo)準(zhǔn)雷諾高夫T形鋼模中［4］。試樣冷卻后取出距底部51 mm處截斷，拋光浸蝕后做金相檢驗試樣。圖1和圖2分別示出放大100倍的金相顯微組織照片和放大32倍的偏光顯微組織照片。取樣時間點為5 min。

 

       

 

               

 

 a.未加細化劑　　　　　　　b.加AlTiC

圖1　A356合金的金相顯微照片 ×100

Fig.1　Micrography of A356 Alloy ×100

 

        

 

                  

 

a.未加細化劑　　　　　　　　b.加AlTiC

圖2　對應(yīng)圖1a和b的A356合金的偏光顯微照片 ×32

Fig.2　Polarized Micrography corresponding to

Fig.1　(a) and (b) for A356 alloy ×32 

 

3　試驗結(jié)果

 

　　圖1a為未加晶粒細化劑的A356合金試樣，圖1b為加入0.2%的AlTiC處理的試樣。可以看出，未加入AlTiB的試樣晶粒沒有細化，似乎略有粗化。而加入AlTiC的試樣晶體組織明顯細化了(圖1b)。

　　圖1顯微組織照片看不出單個晶粒尺寸大小，因此我們進一步制作了偏光顯微照片。圖2為未加細化劑試樣和加AlTiC的試樣分別對應(yīng)于圖1a和圖1b放大32倍的偏光照片?？梢郧宄乜闯?，未加細化劑試樣晶粒尺寸非常粗大，而加AlTiC的晶粒尺寸變細小且趨于均勻。這對A356合金的力學(xué)性能改善，縮短熱處理時間和提高輪轂表面光澤將有著重要作用。

　　試驗結(jié)果證明，AlTiC是Al-Si合金非常有效的晶粒細化劑，在低加入量下實現(xiàn)α(Al)的晶粒細化，同時也表明AlTiC克服了Si中毒 。因此預(yù)示AlTiC是Al-Si合金晶粒細化可行的有效晶粒細化中間合金。

 

4　結(jié)束語

 

　　(1) AlTiC晶粒細化中間合金在變形鋁合金領(lǐng)域，1996年在美國Alcoa公司工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，取得了良好的晶粒細化結(jié)果；同一時期，歐洲開發(fā)的AlTiC也開始實驗室規(guī)模的試用，對厚截面或大尺寸鑄錠尤其有效［4］。

　　(2) AlTiC在Al-Si鑄造合金中的應(yīng)用未見有先例。試驗取得了良好的結(jié)果，使Al-Si合金的α(Al)和晶粒同時獲得了細化，組織均勻，晶粒尺寸達到未細化前的1/3左右。

　　(3) AlTiC對于解決Al-Si合金中的Si中毒效應(yīng)可能是非常好的新型晶粒細化劑。

 

作者單位：高澤生(河北省涿州市鋁合金材料廠)

 

參考文獻

 

1　Backerud,Johnsson.The Relative Importance of Nucleation and Growth Mechanisms to Control Grain Size in Various Aluminum Alloys. Light Metals， 1966, 27(4) 679～685

2　Spittle J A, Keeble J M Meshhedani M.The Grain Refinement of Al-Si Foundry Alloys.Light Mefals，1997， 27(2): 795～800

3　高澤生.新一代Al-Ti-C晶粒細化劑的研究與開發(fā).輕合金加工技術(shù)，1999，27(3)：8～11

4　高澤生.Al-Ti-C晶粒細化用中間合金的最新進展.輕合金加工技術(shù)，1998,26(10):5～11