金屬熔體預處理及其組織細化技術的研究.pdf

1、添加中間合金細化劑是鋁及鋁合金加工工業(yè)一種非常普及的爐內(nèi)、爐外細化手段,其中尤其以Al-Ti-B中間合金的用途最為廣泛,但是該技術仍存在TiB<,2>粒子較粗大、長效性差等缺點,影響了高性能鋁合金制品的質(zhì)量.為尋找一種能穩(wěn)定、有效控制TiAl<,3>、TiB<,2>中間相粒子形態(tài)、尺寸和分布的Al-Ti-B中間合金的方法,本文第一部分內(nèi)容開展了針對高效鋁鈦硼中間合金細化劑制備工藝的研究,研究發(fā)現(xiàn):1)進口Al-Ti-B中間合金中的TiA

2、l<,3>相為尺寸細小的團塊狀、粒子分布均勻;而國產(chǎn)Al-Ti-B中間合金中TiB<,2>粒子相互之間結(jié)合緊密,呈魚卵狀聚集分布,因此有效的形核核心比較少;國產(chǎn)Al-Ti-B中間合金中Fe、Si等的雜質(zhì)元素含量都偏高,這些都會在一定程度上影響細化效果.2)采用等徑角擠壓方法可以使材料內(nèi)部發(fā)生劇烈的塑性變形,使鑄態(tài)Al-Ti-B合金中的TiAl<,3>相斷開,并使團簇狀TiB<,2>粒子分散,從而使形核核心數(shù)量增多,提高了中間合金的細化效

3、果,但是該工藝的缺點是要求有特殊的擠壓設備和模具、生產(chǎn)效率低.3)采用氟鹽與稀土熔劑的混合熔鹽反應工藝制備了細化效果優(yōu)于普通Al-Ti-B中間合金的Al-Ti-B-Re中間合金,實驗證實:稀土熔劑的加入有細化TiAl<,3>中間相、減弱TiB<,2>粒子聚集成團的傾向的作用,添加約1wt.﹪的富La碳酸稀土熔劑可消除尺寸大的TiAl<,3>長針狀相,并控制團抉狀TiAl<,3>的粒徑在30μm以下;并使TiB<,2>粒子分散性更好.4)

4、采用快速凝固方法細化和分散中間相粒子,可提高化學成分均勻度和中間相粒子彌散度,使有效形核核心數(shù)大幅增加,從而獲得對鋁合金的更佳細化效果.采用旋轉(zhuǎn)水紡績和單輥甩帶兩種快速凝固技術得到的Al-Ti-B細化劑對純鋁均有顯著細化效果,比較而言,旋轉(zhuǎn)水紡績法是一種更具備工業(yè)應用前景的Al-Ti-B線材制備工藝.5)在混合熔鹽反應法制備Al-Ti-B中間合金過程中對合金液施加高能超聲處理,實驗證實:高能超聲波處理后,Al-Ti-B中間合金凝固組織中

5、細小塊狀或桿狀TiAl<,3>相數(shù)量明顯增多,細長桿狀的TiAl<,3>相幾乎消失;在超聲波的聲空化和聲流效應協(xié)同作用下,Al-Ti-B合金中的TiB<,2>粒子在形成初期就能均勻地分散到鋁基體中;在凝固過程中,大部分TiB<,2>粒子較為分散地分布在α-Al晶界上.本文第二部分內(nèi)容采用旋轉(zhuǎn)水紡績法制備直徑0.1-1mm的Al-1wt.﹪Si合金微細線材,目的是替代傳統(tǒng)工藝,消除合金中元素偏析、晶粒粗大等組織缺陷,提高材料強度、組織均勻

6、性和拉絲性能,為制造25μm以下的鍵合線提供優(yōu)質(zhì)材料.對不同條件下得到線材的微觀組織進行了觀察和比較,探討了各種工藝參數(shù)對線材質(zhì)量包括連續(xù)性、組織均勻性的影響,對旋轉(zhuǎn)水紡績實驗裝置進行了優(yōu)化設計.實驗結(jié)果表明,制備線材微觀組織中主要為細小的α-Al等軸晶;當噴嘴尺寸從1mm改變到0.5mm后,其中等軸晶尺寸從5-15μm減小到1-4μm,組織內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大的初晶Si顆粒.通過理論分析和實驗驗證確定了較優(yōu)的工藝參數(shù)范圍:氬氣壓力約0.4MPa