铝钛硼晶粒细化剂在铝硅合金中的应用
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。
ZL101铝硅合金中钛硼细化剂添加比例的影响
ZL101铝硅合金中钛硼细化剂添加比例的影响黄长虹;秦华;叶锦华【摘要】目的研究ZL101铝硅合金中添加钛硼细化剂的最优比例.方法采用不同添加比例,制备一定数量的同种零件,并检测零件的强度、塑性和晶粒尺寸,以箱线图来对比不同添加比例对强度、塑性的影响,以散点图来表现不同添加比例对晶粒尺寸的影响.结果不添加时,晶粒尺寸最大,强度和塑性也最差.随着钛硼细化剂添加比例的增大,晶粒尺寸逐步得到细化,强度和塑性也随之提高,当钛硼细化剂的质量分数超过0.1％后,细化效果逐步减弱;当质量分数为0.3％和0.1％时,强度、塑性方面基本区别不大.结论钛硼细化剂的质量分数为0.1％～0.15％是最优的添加比例.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)002【总页数】3页(P130-132)【关键词】ZL101;钛硼细化剂;强度;塑性;晶粒尺寸;最优比例【作者】黄长虹;秦华;叶锦华【作者单位】苏州安路特汽车部件有限公司,江苏苏州 215000;苏州安路特汽车部件有限公司,江苏苏州 215000;苏州安路特汽车部件有限公司,江苏苏州 215000【正文语种】中文【中图分类】TG156ZL101A和ZL201等是铸造铝合金中经常添加的含钛细化剂，当其加入到铝熔体后，细化剂中的三铝化钛、二硼化铝和二硼化钛弥散在铝熔体中，通过这些金属化合物影响α-Al形核和生长，从而实现细化晶粒[1—3]。
晶粒细化可以给铝合金铸件带来一系列的好处，如改善机械性能、改善凝固时的补缩能力、提高铸件致密度、减少铸造疏松和裂纹、改善内部冶金质量等[4—5]。
添加比例对铝硅合金细化效果的影响以及性价比最高的目标添加比例需要进一步研究。
文中设计了一组实验，目的是比较不同钛硼细化剂添加比例对硬度、强度、伸长率及晶粒度的影响，从而得出 ZL101铝硅合金中钛硼细化剂的最优添加比例，以指导实际生产过程。
1 实验1.1 实验设计力学性能测试：分别取钛硼细化剂质量分数为0%, 0.09%, 0.3%的ZL101铝液，精炼合格后，经过相同铸造机压铸成种类A零件，每种比例各13件样品，X射线检测合格后进行热处理，在同一位置进行锯切和车削，制成拉伸试棒，在拉伸试验机进行室温拉伸测试，并由布氏硬度计压点测试硬度。
Ti-TiCN细化剂的含量对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响
Ti-TiCN细化剂的含量对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响作者：项雁玲钱平平来源：《科技风》2021年第09期摘要：本文研究了该Ti-TiCN复合细化剂对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响。
试验结果表明：Ti-TiCN细化剂的加入使Al-0.6Mg-0.4Si的晶粒由树枝晶转变为等轴晶。
当细化剂含量增加至0.25%wt，α-Al晶粒尺寸变小，树枝晶也变得更加细小。
在性能方面，合金硬度随Ti-TiCN含量增加一直提高，添加0.5%wt细化剂后维氏硬度达到78HV，比未添加时提升了41.8%;未添加细化剂时Al-0.6Mg-0.4Si合金的抗拉强度为175MPa，当添加0.25%wt的细化剂时增加至212MPa，但细化剂含量继续增加时，抗拉强度又有所下降。
关键词：Ti-TiCN细化剂;Al-Mg-Si合金;晶粒细化1 试验方法将TiCN-Ti混合粉末进行球磨，使粉末充分混合。
球磨后的粉体经再次烘干后，分别加入铝粉、钾盐、氯盐作为助熔剂，再次混合后放入模具中制备出Ti-TiCN復合细化剂。
将熔炼炉和坩埚进行烘炉处理，浇注用模具表面涂抹ZnO并预热至300℃。
清洁工业纯铝表面，对Ti-TiCN细化剂、覆盖剂、精炼剂均进行烘干处理。
最后分别熔炼未添加细化剂以及分别添加0.1%wt、0.25%wt和0.5%wt的Ti-TiCN复合细化剂的Al-0.6Mg-0.4Si样品。
将铝锭放入熔炼炉加热至融化后使用精炼剂除杂，加入覆盖剂防止氧化。
升温至730℃保温1h，用钟罩将细化剂块压入铝熔体中，保温一段时间后扒渣并浇注到模具中。
将得到的样品进行微观组织分析和力学性能分析。
2 试验结果分析2.1 细化剂对微观组织的影响采用添加纳米颗粒的方式是有效的铝合金细化方法。
纳米颗粒是否能在铝熔体中作为非均匀形核衬底，首先需要结晶相在纳米颗粒上形成尽可能小的润湿角，其次加入的纳米颗粒还应该在金属熔体中保持相对稳定。
TiCN是一种具有优异性能的非氧化物材料，它具有熔点高、硬度高、抗氧化性好及化学稳定性好等一系列优点，在700℃以上的铝熔体中保温时，TiCN 颗粒不会与铝熔体发生化学反应[1]。
铝钛硼的应用领域你了解多少
铝钛硼的应用领域你了解多少
铝钛硼在铝加工行业应用较为普遍，用途却十分广泛，包括晶粒细化类、金相变质类、金属净化类、元素添加类等四种。
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图一.铝钛硼产品成本构成
铝钛硼成本构成由（如图一）4部分组成，其中原材料77%中，有60%的是直接材料（铝锭），17%的辅助材料（包括氟钛酸钾、氟硼酸钾、打渣剂等）。
在成本构成图中，原材料的占比成本最大，而人工及福利的占比只有3%是最少的，说明在铝钛硼生产过程中，他们的机械化操作生产效率大。
图二
铝钛硼主要应用于铝铸造、铝挤压、铝压延等铝加工行业。
终端产品主要应用于汽车、高铁、航空航天、军工、电力电子、建筑铝型材、包装等领域。
铝钛硼的晶粒细化能力是决定铝加工材质量好坏的重要因素之一，铝钛硼合金的晶粒细化能力越高，则铝加工材的屈服强度越高、压延塑性越好、韧脆转变温度越低，反之铝加工材质量越差。
这一点在铝加工材应用于航空航天时体现得更加明显。
可以说铝钛硼晶粒细化剂的发展与铝加工材的发展息息相关，相辅相成。
下面是晶粒能力参照表：（行标参照YS/T 447.1-2011晶粒细化能力实验）
图三
根据市场资料研究分析：（如下图四）
图四
可以看出：①到2020年，国内需求量将达到10.57万吨，比2014年增加
3.53万吨，增幅为50.0%。
②到2020年，国内的晶粒细化剂需求量将占全球的55.0% 。
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
( a) 细化前 ; ( b) 加 0. 2w t % 细化剂 ; ( c) 加 0 . 4w t % 细化剂
F ig . 1 M icrostructure of A l S i casting a lloy be fo re and a fter gra in refined trea t m ent
/M Pa
s
/%
175 192 227 184 198 225
2 . 7 6 . 0 8 . 7 2 . 5 7 . 1 7 . 6
晶粒细化后晶粒边界增大。晶界处有大量晶体 缺陷, 如位错和空位, 晶体点阵有严重畸变 , 合金中难
欢迎订阅由中国机械工程学会和北京机电研究所主办的专业核心期刊 ( 2011 年 )
第 11 期 11 月
V o l 35 N o 11
H EAT TREATMENT OF METALS
N ov e mber 2010
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
邱亚东 (中航工业贵阳航空电机有限公司 技术部 , 贵州 贵阳
纤维状 , A l晶粒数量明显增多 , 且显著细化 ; 合金力 学性能 获得显 著提 高 , 抗拉强 度
细化铸造铝合金的晶粒对提高其力学性能, 延长 铸件使用寿命十分重要。用冶金合金化方法细化晶粒 经济、 简便、 实用。往熔融合金中添加高熔点金属或非 金属及其化合物粒子能促使增加结晶凝固时 的形核 率 , 从而使晶粒细化。本项研究着重探讨添加氟硼酸 钾和氟钛酸钾细化铝合金晶粒的效果。
表 1 反应形成的硼 、 钛、 铝化合物的点阵常数 [ 2] Tab le 1 Lattice constan t of B, T i and A l compound[ 2]
析 , 铸锭试样进行金相分析、 拉伸试验。细化剂加入量 ( 质量分数, 下同 ) 分别为 0. 2 %和 0 . 4% 。图 1 所示为 细化处理前和处理后铸锭的显微组织。由图 1 可以看
结题报告——铝硅合金的晶粒细化与组织变质处理-
铝硅合金的晶粒细化与组织变质处理结题报告项目成员：朱荣升，黄泽华，黄文强院（系）：材料科学与工程学院【摘要】：晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。
细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。
铝硅合金的变质处理使共晶硅由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而改善合金性能。
【关键词】：铝硅合金、细化、硬度、金相图、锶、硼、钛。
引言：铝硅合金具有优良的铸造性能，是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金。
一般地，铸造铝硅合金中有α（Al）、共晶硅及初晶硅，其中α（Al）呈树枝状，共晶硅呈片状，初晶硅呈多角形状和板状。
经过细化变质处理后的Al-Si合金具有良好的机械性能和切削加工性能，近年来，世界各国研究者就Al-Si合金基体细化元素，初晶硅和共晶硅的变质元素及其细化、变质机理方面的进行了深入研究，并对双重变质、复合变质进行了探索和研究。
随着金屑型铸造和压铸工艺的发展，铝硅合金得到广泛应用。
近年来，在铸造领域应用的铝合金，除了铝硅系列合金之外，还有铝锅系列、铝镁系列、铝锌系列和其他系列的铝合金。
在这些系列的合金中，除了少数的二元合金外，大多数都是添加多种合金元素的多元合金。
本项目主要内容为铝硅合金的晶粒细化处理。
晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。
细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。
一、实验原理本项目主要内容为铝硅合金的晶粒细化与组织变质处理。
晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。
细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。
铝硅合金的变质处理使共晶硅由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而改善合金性能。
二、试验方法2.1 试验合金的制备第一步：试验合金在箱式电阻炉内用石墨坩埚进行熔制。
原料为Al-7Si合金，设置一组对照组和三组实验组，实验组分别加入微量元素锶、硼、钛，所加微量元素的质量均为原料的百分之一，用不同的温度对其熔制并保温（见表1）表1 微量元素含量及合金熔制时间、保温时间：微量元素Sr B Ti质量/g 0.1994 0.1769 0.1800温度700℃-720℃700℃-720℃8500℃-900℃保温时间/h 2 2 3第二步：将熔制好的试样用金相实验切割机进行切割处理；第三步：用不同型号的砂纸对切割好的试样进行初步抛光；第四步：用布氏硬度计测量其硬度，为了使实验结果更加准确，因此在每块试样上取两点测量其硬度，最后取平均值，记录数据（见表2）表2 加入不同微量元素测得合金硬度：合金成分Al-Si合金Al-Si合金+Sr Al-Si合金+B Al-Si合金+Ti布氏硬度/HBW 33.8 39.75 33.0 33.7 未加入微量元素时，测得Al-Si合金的布氏硬度为33.8HBW；加入微量元素B后，布氏硬度变为33.0HBW，与对照组相比有少量下降；加入微量元素Sr后，硬度变为39.75HBW，相比对照组硬度有较大的增强；加入微量元素Ti后，布氏硬度变为33.7HBW，与对照组基本相同。
铝工业用的铝钛硼稀土晶粒细化剂
铝工业用的铝钛硼稀土晶粒细化剂1 成果简介几十年来，Al-Ti-B中间合金一直是铝行业中广泛使用的细化剂。
虽然该细化剂具有较好的细化效果，但是其内部TiB2的聚集、沉淀以及Cr、Zr等元素的中毒现象使得细化效果衰退甚至消失。
后来出现了Al-Ti-B中间合金丝，采取随流加入的方式，很快进入熔体产生细化作用。
目前，世界上比较认可的产品主要由英国的LSM公司、荷兰的KBM公司、美国的KBA公司等几家机构生产。
1980年代以来，我国很多铝厂联合科研机构开发出了自己的Al-Ti-B细化剂产品，但细化效果并不理想，主要是由于其化学成分以及微观组织中生成的第二相形态、尺寸和分布等问题导致。
所以，目前国内应用的铝合金细化剂以进口居多，价格昂贵。
随着我国铝业的发展，尤其在铝的深加工方面的发展，例如高品质的铝板、铝箔等产品的生产，对基础铝坯的组织要求越来越高，获得细小均匀的晶粒是能否得到高品质铝加工产品的一个关键因素，铝晶粒细化剂已成为铝行业发展中不可缺少的一部分。
目前国内生产的Al-Ti-B中间合金，由于其综合性能差，在铝深加工行业中晶粒细化剂主要依靠进口。
因此，随着我国铝加工行业的发展，高品质的Ａl-Ti-B晶粒细化剂的需求量将越来越高，研究和开发综合性能较好的细化剂并逐渐取代进口，已成为我国细化剂市场发展的迫切需求。
我们在成功开发高品质Al-Ti-B中间合金的基础上，详细研究了RE元素的影响，开发出了优质、长效的Al-Ti-B-RE细化剂。
针对现有细化剂存在的中毒现象、细化效果不理想的状况，本项目通过化学反应方法制备Al-Ti-B-RE细化剂，通过设计合金成分和反应工艺参数，使得细化剂组织中形核相TiB2质点均匀离散分布，细化剂成分要求为Ti含量约5%wt，B含量约1%wt；细化剂中第二相：TiAl3<75mm，TiB2<3mm，且均匀弥散分布，没有明显的TiB2团聚。
2 应用说明可应用于工业纯铝和高纯铝、1000系至8000系铝合金、亚共晶和共晶型铝硅合金等的细化与工业化生产。
铝合金的变质剂的变质效果和特点
铝合金的变质剂的变质效果和特点铝合金的变质剂的变质效果和特点 1)钠盐变质剂变质方法Na可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。
其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件(铸锭)缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。
钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是:钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。
钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。
2)铝锶中间合金变质法这是国外使用的较多的一种长效变质方法。
加入量为炉料总重量的0.04-0.05%的Sr。
其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。
这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80-90%的良好变质合格率。
其缺点是:成本比钠盐高，要预先配制成中间合金(否则就要采用锶盐变质剂)，没有钠盐那样的有分散铸件缩窝的作用。
3)铝锑中间合金变质法这种方法也是用的较多的一种长效变质方法。
加入量为炉料总重量的0.2-0.3%的Sb，可获得长效变质效果，即使到铝合金重熔，此变质效果仍起作用。
其变质效果与合金的冷却速度有关，冷却速度快(如在金属型中铸造)，变质效果好;冷却速度慢(如在石膏型、砂型中铸造)，则变质效果差。
但应注意，已经过钠盐或锶盐或铝锶中间合金变质过的铝合金不能再加Sb来变质，因为这样会形成Na3Sb化合物而使合金的晶粒粗大、性能变坏，从而反使钠、锶的变质效果降低。