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Al-Ti-B、Al-Ti-C中间合金细化铝及铝合金机制研究

孙雪迎  
【摘要】:Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C是工业生产中最常用的两种铝合金中间合金晶粒细化剂,它们对铝合金良好的晶粒细化效果已被大量应用事实所证明,但两种中间合金的晶粒细化机制还有待于深入研究。已经提出的一些细化机制能够解释细化过程中的一些现象,但这些机制往往缺乏直接的证据,各种细化机制之间甚至存在一些相互矛盾之处。本文研究了不同细化条件下晶粒的形核与生长过程,分析了中间合金加入熔体后晶粒形核与生长的机制、以及合金元素和浇注温度对细化行为的影响。 用中间合金晶粒细化剂细化高纯铝,对细化后的试样进行电解抛光及腐蚀,用场发射扫描电镜观察了细化后的晶粒形貌及位于晶粒内部的Ti元素浓度梯度分布—“晕圈”结构和“晕圈”结构内部作为形核基底的TiB2和TiC粒子团,分析了中间合金细化高纯铝时晶粒形核与生长的机制。结果表明,Ti元素能够偏聚在TiB2和TiC粒子团表面,降低在此处形核所需的形核功,随着温度降低,富Ti的α-Al晶粒核心在TiB2和TiC粒子团表面形成并长大,凝固后形成“晕圈”结构,剩余熔体以“晕圈”结构为基底结晶生长。TiB2和TiC粒子团所形成的“晕圈”结构形状存在明显差异,但对于高纯铝,这种差异不会导致细化效果及晶粒形貌的不同。 用中间合金细化含有不同合金元素的铝合金,通过分析合金元素的含量及种类对细化效果的影响,研究了在合金元素存在的条件下中间合金的晶粒细化机制。结果表明,合金元素通过成分过冷因子、生长抑制因子、离异共晶相、熔体过热度等因素来影响晶粒的形核与生长,其中离异共晶相的影响起了主导作用。当合金元素存在时,“晕圈”结构的形状对晶粒形貌有显著影响。 用中间合金细化工业纯铝,通过分析在不同浇注温度下的晶粒细化效果,研究了浇注温度对中间合金细化晶粒行为的影响。结果表明,浇注温度通过影响参与形核的TiB2和TiC粒子数量以及凝固时间来影响晶粒的形核与生长。


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