铝合金液熔体处理之晶粒细化处理.
铝合金液熔体处理晶粒细化与变质处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库《铝合金铸件铸造技术》课程教案铝合金液熔体处理—晶粒细化与变质处理制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理——晶粒细化与变质处理一、概述对铝合金熔体进行细化、变质处理，以控制铝铸件的铸态组织是铸造铝合金熔炼的重要一环，也是获得高品质铝铸件的基本条件。
对于A1-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等固溶体型合金，为防止产生铸造裂纹，提高力学性能，一般都需要进行细化处理，以使α(A1)固溶体的晶粒细化；对A1-Si系合金一般也常对其进行α(A1)晶粒细化处理。
二、晶粒细化α(A1)晶粒细化处理。
常用的晶粒细化剂有钛、硼、锆及稀土金属等，以中间合金或盐类形式加入铝液。
（1）中间合金形式加入常用细化剂主要有Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B和Al-Ti-C等中间合金。
这些细化剂加入铝液后产生大量的TiAl3、AlB2、TiB2、TiC等微粒，它们熔点都较高，且晶格常数与α(A1)固溶体的很相近，所以作为异质核心抑制树枝状初生α(A1)晶粒的长大。
不同的细化剂细化效果和衰退特性是有区别的。
常用的Al-5％Ti、Al-5％Ti-1％B和A1-4％B细化剂对A356合金(与ZLSi7Mg相近)晶粒作用效果比较见图1。
图1 A356合金晶粒细化效果比较细化剂的加入量和合金种类、成分、加入工艺、熔炼温度、浇注时间等有关，细化剂的加入温度一般为710～730℃，加入量占合金的0.4％～0.6％。
添加Ti、B元素细化处理的铝液中，如果存在Zr、Cr、Mn等元素，将减弱细化效果，甚至出现“中毒”而失去细化效果。
其原因有些研究者认为是由于Zr、Cr、Mn等元素与TiAl3、TiB2、TiC微粒之间发生作用，形成了新相改变了原有的点阵常数，因而失去了异质核心作用所造成的。
（2）盐类形式加入。
含有很强晶粒细化作用的Ti、B、Zr等元素的氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾等盐类物质。
铸造铝合金细化处理作用
铸造铝合金细化处理作用今天咱们来唠唠铸造铝合金细化处理的那些事儿。
这铸造铝合金细化处理啊，就像是给铝合金来一场神奇的变身魔法，那作用可真是杠杠的呢！一、改善铸态组织。
首先呢，细化处理能够让铸造铝合金的铸态组织变得超级棒。
你想啊，没处理之前，铝合金的晶粒可能就像一群没纪律的小胖子，乱挤在一起，大小还不均匀。
但是经过细化处理后，就不一样啦，晶粒就像经过军训的小士兵，一个个排列得整整齐齐，而且个头还变小了呢。
为啥会这样呢？这是因为细化处理引入了一些特殊的物质，比如说细化剂。
这些细化剂就像一个个小指挥官，它们会跑到铝合金液体里，在晶粒生长的时候捣乱（哈哈，当然是善意的捣乱啦）。
它们会吸附在正在生长的晶粒表面，阻止晶粒肆无忌惮地长大，这样就使得晶粒变得细小而均匀啦。
这种细小均匀的铸态组织有啥好处呢？它能提高铝合金的强度和硬度呢。
就好比一群小蚂蚁，如果它们乱成一团，很容易就被打散；但是如果它们紧紧地、有秩序地排列在一起，那力量可就不容小觑啦。
同样的道理，细小均匀的晶粒让铝合金在受到外力的时候，能够更好地分担力量，不容易变形或者断裂。
二、提高机械性能。
说到机械性能，细化处理对铸造铝合金那可是有着大大的提升作用。
除了前面提到的强度和硬度，还有延展性和韧性也会变好哦。
你看，强度和硬度提高了，就意味着铝合金能承受更大的压力和拉力。
比如说，在制造汽车发动机的零部件时，如果铝合金的强度不够，在发动机高速运转产生的巨大压力下，零件可能就会变形或者损坏。
但是经过细化处理后的铝合金就不一样啦，它能稳稳地扛住这些压力，保证发动机正常工作。
而延展性和韧性的提高也很重要呢。
延展性好的铝合金就像一块柔软的橡皮泥（当然没那么软啦，只是打个比方），可以被拉成各种形状而不容易断裂。
这在一些需要对铝合金进行加工成型的工艺中就非常有用啦。
韧性好呢，就表示铝合金在受到突然的冲击时，不会一下子就碎掉。
就像手机的铝合金外壳，如果不小心掉地上了，经过细化处理的铝合金外壳就更不容易摔坏啦。
超声波金属铝熔体细化晶粒-除气组份均质的原理 -
超声波除气细化晶粒均质熔体处理的原理介绍一、超声波的概述：经常有顾客来问，金属除气怎么用，均质成分的时候如何搞，晶粒细化的，强化金属组织金相如何操作等等诸多问题。
现在给大伙儿一一解答。
首先我们先来谈谈啥事超声波，其作用机理是什么。
众所周知，声波是一种机械能的传递形式，声波本质是一种机械能，同理，超声波也是一种机械能，只不过频率比我们平时所听到的高许多，人耳朵很难听到。
当把超声波“照射”至液体内部是，会在液体的内超声波极其强烈的一种叫做“空化作用”的物理效应，其表现过程是液体分子被高频超声波瞬间撕裂形成无数的真空“气泡”，并且无数的空化泡瞬间闭合，伴随着强大的压强（1800-8000atm）和局部高温（1100℃-5000℃），形成强大的剪切力。
而该超声物理现象空化气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。
非常的强悍。
超声波作为一种能量的传输形式，具有许多特点：1.方向性好；2.能量密达大；3.穿透力强。
在现代工业领域，人们就是利用超声波所具有的上述特点实现各类产品工艺需求，比如：1.超声波塑料/金属焊接；2.索尼克超声波纳米材料的粉碎；3.索尼克超声波固液混合物的分散均质；4.JY-Y203G超声波油水/化妆品的乳化；5.JY-Y21S超声波生物萃取/提取；6.JY-Q201超声波食物蛋糕/橡胶塑料制品的切割；7.超声波液体的雾化喷涂JY-W50；8.JY-Y202G超声波锂电池浆液的搅拌；9.超声波金属零配件的车削/铣削；10.超声波电烙铁用于电子电路的浸锡强化；11.JY-C20/21超声波振动实效处理/钢结构焊接应力的消除；12.超声波航空航天对精密零部件的钎焊JY-H20/30D；13.超声波通讯铠装丝温控仪表电缆的剥线工艺JY-B28；14.超声波加湿器/除尘抑尘；15.超声波挤压光洁俗称超声波压光磨光抛光工艺；16.超声波对金属铝合金熔液体的除氢气；17.JY-R202超声波对铝合金铸造过程的晶粒细化处理/组份的均质搅拌和分散；18.超声波除垢防垢；19.超声波测距；20.超声波频率测量JY-J30121.超声波对声强的测量仪JY-J100S；22.超声波对金属材料的探伤；23.超声波对医疗针对的检测和成像比如B超/彩超；24.超声波对模具工件振幅位移量的检测JY-J200；25.超声波对环境污水的净化处理比如除藻器微生物治理；26.超声波对食品工业的灭菌/饮料消泡等；27.还有人们正在研制的超声波武器等等，不一而足。
铝及铝合金的熔体净化及晶粒细化
铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。
关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。
与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。
目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。
这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。
熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。
铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。
对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。
可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。
要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。
铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。
晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。
铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。
本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。
铝合金的晶粒细化机制研究
铝合金的晶粒细化机制研究铝合金是一类重要的结构材料，具有轻质、高强度和良好的可塑性等特点，在工业和航空航天领域得到广泛应用。
然而，铝合金的晶粒尺寸对其力学性能有着重要的影响。
晶粒细化是改善铝合金力学性能的一种有效方法。
本文将探讨铝合金晶粒细化的机制。
1. 晶粒细化的重要性晶粒是金属晶体的最小单元，晶粒尺寸对材料的力学性能起着至关重要的作用。
较小的晶粒尺寸意味着更多的晶界数量，晶界能够有效阻碍晶界滑移和位错运动，从而提高材料的强度和硬度。
此外，晶粒细化也能够改善材料的韧性和耐腐蚀性能。
2. 细化机制铝合金晶粒的细化机制有多种，包括加工变形、时效处理、热处理等。
以下将介绍几种常见的晶粒细化机制。
2.1 加工变形加工变形是最常用的晶粒细化方法之一。
通过塑性变形，可以引入大量的位错，位错可以作为晶粒细化的原始核心。
位错密度的增加会导致晶粒边界的移动和重组，最终实现晶粒尺寸的减小。
常见的加工变形方法包括冷拔、冷轧、挤压等。
2.2 时效处理时效处理是通过控制合金的组织结构进行晶粒细化的方法之一。
通常情况下，时效处理是在合金回火过程中进行的，通过合适的时效工艺，可以使固溶态合金中的过饱和固溶体析出细小的弥散相，从而实现晶粒的细化。
2.3 热处理热处理是通过高温退火来实现晶粒细化的方法之一。
在高温下，晶体内部会发生再结晶现象，原有的晶粒会重新长大。
然而，通过适当的退火处理，可以在晶界上引入新的位错，从而限制晶粒的再长大，达到晶粒细化的目的。
3. 研究方法为了深入探究铝合金的晶粒细化机制，研究者们采用了许多先进的技术和方法。
3.1 金相显微镜金相显微镜是观察材料晶粒尺寸和结构的常用工具。
通过制备合适的金相样品，并在金相显微镜下进行观察和测量，可以获得材料的晶粒尺寸及分布情况，从而评估晶粒细化的效果。
3.2 透射电子显微镜透射电子显微镜是一种高分辨率的观察材料微小结构的工具，可以用于观察和分析铝合金中的晶界和位错。
铝及其合金的晶粒细化处理简述_黄良余
综 述特种铸造及有色合金 1997年第3期铝及其合金的晶粒细化处理简述上海交通大学 黄良余摘 要 介绍了用钛和硼细化铝及其合金晶粒现象,对一些有名的细化理论如“色晶反应”、“晶粒增殖”、“抑制α(Al)晶粒生长”及最新的“超形核”进行了讨论,但迄今尚无一种正确的理论能解释所有的细化晶粒现象。
关键词:晶粒细化 Al -Ti -B 细化剂 晶粒细化中毒A Brief Review of Al and Al -Alloy Grain RefinementHuang Liangyu(Shanghai Jiaotong University )ABSTRACT The phenomena of Al and Al-alloy g rain refinement by Ti and B w ere introduced.Sev eral famous theories,such as “Peritectic Reaction ”,“Crystal M ultiplicatio n ”,“Reta rcl of α(Al)Cry stalGrow th ”,and a new theory called “Super -nucleatio n”w ere discussed briefly .Up to no w ,how ev er ,none theo ry could co mpletely ex plain all of the pheno meno na o f grain refinement .Key W ords :Grain Refinement ,Al -Ti -B Ref ining Agent ,Grain Ref iement Poisoning 在铝及其合金中加微量钛和硼能大大细化晶粒,提高力学性能,自40年代起即受到冶金界的广泛注意[1]。
数十年来,已发表了无数有关的学术论文,提供了大量的试验数据和资料,积累了丰富的生产实践经验,如今晶粒细化处理已成为铝铸件和型材生产中的有机组成工序。
铝合金液熔体处理精练法(完整版)实用资料
铝合金液熔体处理精练法（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库《铝合金铸件铸造技术》课程教案铝合金液熔体处理—精炼法制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理一、铝合金液的精炼处理概述铝合金熔体的净化是获得优质铸件的前提。
由于原材料和在熔炼、转送、浇铸过程中的吸气、氧化，铝合金液很容易受到溶解的氢、非金属夹杂物和多余的碱或碱土金属的污染，使浇注的铸件容易产生针孔、气孔、疏松、夹杂物等缺陷，并对铸件的力学性能、抗腐蚀性、气密性、阳极氧化性能及外观质量产生较大的损害。
因此，在浇铸前必须对其进行精炼净化，除气排夹杂物，以提高合金液的纯净度。
铝合金液的精炼方法很多，根据精炼机理，可分为吸附法和非吸附法两大类。
二、吸附精炼法吸附精炼法是依靠精炼剂产生的吸附作用达到除去氧化夹杂和气体的目的。
精炼作用仅发生在吸附界面上，不能对全部铝液发生作用，效果受到限制。
具体又分为浮游法和过滤法两种。
（1）浮游法浮游法的原理是向铝液中通入惰性气体（通常为氮、氩或加入盐类所产生的气体）产生大量的气泡，由于气泡中氢的分压为零，因此借助于铝液和气泡中氢分压之差氢便不断扩散进入气泡并上浮逸出液面。
与此同时，由于浸润性的差异，铝液中的夹杂物能被吸附在与之接触的气泡上，随之上浮而排除，从而达到除氢排夹杂的目的。
根据精炼剂的不同，浮游法分为通氮法、通氩法、通氯法和氯盐精炼法等。
①通氮精炼氮气价格便宜，常用于精炼铝合金，如图1所示。
但它存在的不足处是：为防止大量氮化物夹杂（如AlN、Mg3N2等）的形成，处理温度较低（700～730℃），从而限制了氢的扩散能力。
实验结果表明，在大气压下熔炼时氮气气泡只能吸入约为本身容0.1积氢，精炼效果受一定影响。
氮气纯度要求高，含有微量氧和水分会极大地降低精炼效果，有资料表明，含氧量为0.5%即可使除气效果降低40%。
②通氩精炼精炼温度可提高到760℃，有利于增强氢的扩散能力。
铝及铝合金的熔体净化及晶粒细化
铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。
关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。
与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。
目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。
这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。
熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。
铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。
对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。
可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。
要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。
铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。
晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。
铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。
本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。
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电场凝固细晶
原理： 利用电迁移现象改变溶质有效分配系数及凝固界面前 沿溶质分布。 影响因素： 晶核和母相的电导率，球形晶核的半径，密度，质量， 电容，通电时间。
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超声场凝固细晶
声空化和声流作用 形成空化泡 吸收热量，造 成局部过冷 空化泡破裂会破碎 正在长大的晶体
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小结：
这次课学习了铝合金液熔 体处理的晶粒细化内容！
思考题：
1、什么是铝合金液的晶粒细化？它的作用和使用范围分别是什么？具体有哪两种 方法？
2、凝固细晶中有哪些具体方法？它们各自有哪些特点？
3、铝合金液进行变质细晶时常用的晶粒细化剂有哪些？
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晶粒细化。
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快速凝固 细晶 磁场凝固 细晶 超声场凝固 细晶 凝固细晶
机械场凝固 细晶
电场凝固 细晶
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快速凝固细晶
采用很高的凝固 原理：控制过冷度。
速度，使合金在凝固
过程中形成细小的微
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常用变质剂的成分及其变质温度
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细化 质点 来源
内 生 法
细化 方法
机械场 作用 快速凝固
优点
缺点
应用 范围
铸件
生产 操作
施加振动
晶粒 尺寸 （μ m）
凝固细晶
凝固细晶又称为内生形
核质点法，即通过一定手 段，如电磁作用等，改变 合金内晶核的数量或阻碍 晶体的形核和长大来实现
变质细晶
晶粒细化 质点法，即通过向铝合金熔
剂，产生大量有效异质形核
变质细晶又称为外来形核
处理方法 体中加入中间合金晶粒细化
核心，提高晶体的形核率， 从而细化晶粒。
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形成新的晶体质点
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超声场凝固细晶方法的使用有效的解决AlTiB细化剂中形核相易 积聚的问题，使TiB2和TiAl3粒子呈细小弥散分布，对铝合金具 有良好的晶粒细化效果。
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晶粒细化的作用
可提高铝加工材料强度
和塑性，改善铝材质量。
晶粒细化的使用范围
晶粒细化
处理
主要针对铸造铝合金， Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg 系和Al-Zn系。
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磁场凝固细晶
磁场对铝合金能量体系 产生扰动 产生涡流，和洛伦磁力与外 加磁场破坏产生的树枝晶
产生新的晶核，达到细化目的
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粗大板片状
团状或块状
磁场凝固细晶前后组织对比
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取0.01%Ti的添加量作为标准添加量，用Al-5Ti-1B细化剂在 730℃时对99.7%的工业纯铝进行细化处理。
标准添加量下保持时间与晶粒大小的关系
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Ti的不同添加量对99.7%Al晶粒大小的影响
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变质细晶
常见晶粒细化剂
中间合金细化剂 盐类细化剂 Al-Ti Al-Ti-B 钠盐细化剂 氯盐细化剂
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中间合金细化剂
原理：包晶相图理论
Al-Ti二元相图富Al端
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盐类细化剂
吸附变质剂的特点是熔点低，能显著降低合金的液相线温 度，原子半径大，在合金中固溶量小，在晶体生长时富集在 相界面上，阻碍晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶 体分枝形成细的缩颈而易于熔断，促进晶体的游离和晶核的
增加。缺点：由于存在于枝晶和晶界间，常引起热脆。
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THANKS
20~800
作用 性质
操作简单
设备复杂
细化枝晶
小件
小批量
甩带等
0.5~10
物 理 作 用
电/磁场 作用
尺寸小
设备复杂
特殊合金
施加 电/磁场
——
外 生 法
盐类 细化剂
Al-Ti基 细化剂
操作简单
污染严重
炉内处理
块式添加
200~500
适合连续 生产
成本较高
炉外处理
在线添加
100~250
冶 金 作 用
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观组织结构，且分布
均匀。
影响因素： 凝固速率和合金成分。
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机械场凝固细晶
ห้องสมุดไป่ตู้机械搅拌或机械 振动 形成复杂的三维 空间流动
细化或球化 合金组织
改变熔体的结构和 能量起伏
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铝合金锭
如何提高铝 合金的力学性 能呢？
成分
组织 成型
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铝合金液熔体处理之晶粒细化处理
01 晶 粒 细 化 概 述
晶
铸铝车间
粒
细
化
方
法 02
03 小 结 与 思 考 题
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定义：对铝合金熔体进行细化处理，以获得均匀、细小的等轴晶。
d=300μm
d=1.5mm
铝镁合金中加入Al—Ti—C晶粒细化处理前后的微观组织