铝硅合金的熔铸及变质
铝合金的变质处理
铝合金的变质处理铝合金的变质处理铸锭组织的不均匀性集中的影响到铸锭的性能，用于锻造、轧制和挤压的铸锭特别不希望降低合金工艺塑性的柱状组织。
通常，具有细小晶粒组织、细微的晶粒内部结构和过剩相均匀分布的合金具有最好的铸态性能和最高的压力加工塑性。
采用增大冷却速度、低温浇注、超声波振荡铸造、电磁铸造等措施均有利于获得上述理想组织，但这些办法均有局限性，只有对合金采取变质处理才是调整铸锭组织的根本手段。
一、变质处理概述所谓变质处理就是在少量的专门添加剂（变质剂）的作用下改变铸态合金组织，使金属或合金的组织分散度提高的过程。
目前，这种处理方法的技术术语很不统一，有的叫细化处理，还有的叫孕育处理。
变质处理的分类也各不一样。
有人根据金属及合金的最终组织变化特征将变质处理分为三类：把改变初生树枝晶和其他初生晶尺寸的处理叫第一类变质处理，把改变初生树枝晶内部结构的处理叫第二类变质处理，把改变共晶组织的处理叫第三类变质处理。
也有人根据变质剂的作用特性，把变质处理分为三类四组（见表2—5—3）。
还有人按对结晶着的合金的物理作用和冶金作用来分类。
显然，这些概念之间的界限是很难区分的。
本手册把变质处理理解为金属及合金铸锭组织弥散度的提高。
表2—5—3变质剂的类别及其作用特性类别变质剂组别作用性质可能的变质机构I晶核变质剂l不起化学作用，但结构上具有共格性起晶核或生核基底作用，如铝中的TiC及其他高熔点夹杂物2起化学作用且有结构上的共格性包晶反应产生晶核质点，并改变周围液相的成分浓度，如钛和铝作用生成的TiAl，Ⅱ吸附变质剂3活性吸附或物理吸附吸附在晶面上，阻碍晶粒成长，促使过冷增核，如铝硅合金中加钠Ⅲ改变结构不匀性变质剂4起机械或物化作用，改变液相结构及分布状况均匀液相成分和温度，改变晶核质点的活性目前，有各种说明变质处理过程的理论，其中，比较著名的有晶核形成论、碳化物论、包晶反应论、原子结构论等，但其中没有一种理论可以全面地说明这种过程。
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。
铝硅合金变质前后组织形貌
铝硅合金变质前后组织形貌说到变质，首先得提到热处理。
在高温下，铝硅合金的组织就像是过年时的大团圆，所有的元素都聚在一起，互相交融。
这个时候，合金的微观结构开始发生变化，铝和硅开始重新组合，仿佛在进行一场盛大的舞会。
刚开始的时候，一切都是那么美好，晶体结构像是繁星点点，闪闪发光。
但随着时间的推移，这个舞会却变得有些混乱，元素们的“舞步”开始变得凌乱，形成了各种各样的相。
变质后的组织形貌可真是千变万化。
有些时候，铝的晶体结构像极了盛开的花朵，瓣瓣分明；而又像是被风吹散的蒲公英，稀稀拉拉。
那些小小的晶粒，有的团结在一起，形成了强大的结构；而有的则孤零零地站在那里，仿佛在等待一个不知名的伙伴。
你想啊，这就像是一个班级里，有些同学互相打成一片，有的却总是独来独往。
而我们知道，合金的性能可不仅仅取决于这些外表的变化。
变质之后的铝硅合金，强度、硬度、耐腐蚀性等等，统统都可能受到影响。
有些合金变得更加坚韧，有些却可能变得脆弱，真是让人捉摸不透。
就像人一样，表面光鲜的背后，谁又能知道内心的挣扎呢？如果一款铝硅合金在关键时刻崩溃，那可是个大麻烦，简直让人哭笑不得。
我们再聊聊这变质的过程。
你有没有听说过“无痛不痒”的道理？在铝硅合金的变质中，这个道理也能找到影子。
热处理就像是在给合金进行一场“温柔的惩罚”，在高温的“熏陶”下，原本稳定的结构开始动摇，有些微小的缺陷逐渐显露出来。
那些小毛病就像是你日常生活中的小烦恼，总是藏在心底，时不时冒出来一下，让你觉得有点不舒服。
随着变质的深入，合金内部的晶粒可能会出现再结晶现象。
这就像是一场自我救赎，原本杂乱的结构通过一定的条件，开始重新组织，形成更有序的排列。
就像是一个调皮的小孩，在经历了一番波折之后，终于开始懂事了。
可是，并不是所有的合金都能顺利通过这个阶段。
有些在再结晶的过程中，反而更加脆弱，像是失去了灵魂的空壳，令人心疼。
当我们观察变质前后的铝硅合金时，简直像是在翻看一本图鉴。
铸造铝合金变质处理
铸造铝合金变质处理一、引言铝合金是一种重要的结构材料，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
然而，铝合金在铸造过程中会产生一些缺陷，如晶粒过粗、析出相不均匀等，从而影响其力学性能。
为了改善铝合金的性能，铸造后常常需要进行变质处理。
本文将探讨铝合金变质处理的原理、方法和应用。
二、铝合金变质处理的原理铝合金变质处理是通过热处理方法改变合金的组织结构，达到调节性能的目的。
变质处理的原理主要包括相变、析出和固溶。
1. 相变：在变质处理过程中，铝合金中的一些固溶相会发生相变，从而引起组织结构的变化。
常见的相变有固溶相变、过饱和固溶相变和共析相变等。
2. 析出：在变质处理过程中，一些固溶相会从固溶体中析出，形成新的相或颗粒。
这些析出相的形成可以改变合金的硬度、强度和耐腐蚀性能。
3. 固溶：固溶是指将合金加热至高温状态，使固溶体中的溶质原子分散均匀。
通过固溶处理，可以消除合金内部的偏析和缺陷，提高合金的均匀性和稳定性。
三、铝合金变质处理的方法铝合金变质处理的方法主要包括热处理和化学处理两种。
1. 热处理：热处理是指将铝合金加热至一定温度，保持一段时间后冷却。
常见的热处理方法有固溶处理和时效处理。
- 固溶处理：固溶处理是将合金加热至固溶温度，使溶质原子充分溶解在基体中，然后快速冷却。
固溶处理可以消除合金内部的偏析和缺陷，提高合金的均匀性和稳定性。
- 时效处理：时效处理是在固溶处理后，将合金加热至较低的温度，保持一定时间后冷却。
时效处理可以使合金中的析出相得到充分的析出和成长，从而改善合金的强度和硬度。
2. 化学处理：化学处理是指利用化学反应改变合金的组织结构。
常见的化学处理方法有酸洗、碱洗和电解处理等。
这些化学处理方法可以去除合金表面的氧化物和杂质，提高合金的表面质量和耐腐蚀性能。
四、铝合金变质处理的应用铝合金变质处理广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
1. 航空航天领域：航空航天领域对铝合金的性能要求较高，因此变质处理是必不可少的工艺。
6班-铝硅合金的细化和变质处理实验报告
1．实验目的1)熟悉铸造铝硅合金的熔炼、精炼、细化和变质处理的过程；2)掌握铸造铝硅合金精炼、细化和编制处理的基本原理及方法；3)掌握细化剂和变质剂对铸造铝硅合金的影响。
2．实验内容1)对熔融的Al-7Si合金进行细化处理；2)对熔融的Al-7Si合金进行变质处理；3)在光学显微镜下观察，评价合金的细化和变质处理效果。
3．实验原理3.1 铝硅合金晶粒细化技术及其机理铸造铝合金铸态时通常呈现三种不同的晶粒状态：等轴晶、柱状晶和枝状晶。
有目的地一直柱状晶和枝状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫做晶粒细化处理。
晶粒细化是通过控制晶体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。
而形核质点主要有两种来源：一是包括快速凝固法、动力学方法和成分过冷法等的内生形核质点，二是向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。
目前，添加细化剂成为生产过程中最有效、最实用的方法。
对于铝硅合金，通常将细化元素Ti、B以中间合金的形式加入熔体来实现晶粒的细化。
3.2 铝硅合金变质处理技术及其机理铝硅合金中，由于Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，严重的割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而必须采用变质处理工艺，使共晶硅形貌发生变化，提高合金性能。
4．实验步骤1)在两个Al2O3坩埚中分别加入1000g的铝硅合金原料，在电阻炉中升温至720℃，溶化后保温1小时以促进成分的均匀化；2)对精炼处理后的Al-7Si合金教主一组试样；3)向一个坩埚中加入0.03%的B进行晶粒细化处理；4)向另一个坩埚中加入0.03%的Sr进行变质处理；5)1-2人为一组，每个20-30分钟以组为单位浇注试样，为充分观察细化和变质处理的孕育期和衰退期，应至少浇注4组试样；6)对各组试样进行处理，在光学显微镜下观察，评价合金的变质效果，观察晶粒尺寸。
5．实验结果分析5.1 晶粒细化效果分析将实验分成三个实验组，第1组为未加细化剂处理的原料铸型，第2组为加入细化剂处理20min后的原料铸型，第3组为加入细化剂处理40min后的原料铸型。
铝硅合金变质及检测技术研究
铝硅合金变质及检测技术研究摘要：汽车行业以及制造业不断发展，铝硅合金材料应用率相应提高，针对铝硅合金材料变质情况检测，适当提高零件强度及性能，优化材料质量。
本文首先介绍铝硅合金以及变质处理效果，并重点分析铝硅合金检测技术。
关键词：铝硅合金；变质；检测技术前言：近年来，铝硅合金检测技术不断升级，检测技术水平逐渐提高，这对材料性能检测、相关行业发展有重要影响。
由于铝硅合金变质现象较普遍，因此，应根据具体条件选择适合的检测技术，针对性优化铸锭组织。
由此可见，本文这一论题具有探究必要性和重要性。
1铝硅合金基本介绍所谓铝硅合金，指的是锻造合金和铸造合金，其主要成为有两种，分别为铝、镁，一般来讲，硅含量10%左右，密度大约为2.5～2.8g/cm3，导热系数大约为100～125w（m·℃），冲击值大约为7.1～8.4J。
其中，合金性能较优，在汽车行业、航空业、建筑业广泛应用。
2铝硅合金变质处理效果铝硅合金变质指的是，硅形态发生明显变化，进而金属会不同程度割裂，电阻率相应改变。
针对铝硅合金进行变质处理，意味着材料力学性能大幅度提高，同时，初晶硅有效消除。
变质处理不仅能够改变硅晶体结构，而且还能调整共晶程度，在铸造铝合金生产方面高效应用，要想取得显著的变质效果，应根据金属铸造条件选择适合的处理方法，同时，选择适合的检测技术，针对变质效果客观判断[1]。
3铝硅合金检测技术分析铝硅合金检测技术有三种，分别为热分析法、电阻率法、电涡流法，随着时代的不断变化，检测技术相应升级，下文针对三种检测技术具体分析。
3.1热分析法应用热分析法检测铝硅合金液体冷却曲线变化情况，具体分析曲线特征点，全面考虑温度、时间等因素，以此为依据综合分析。
其中，共晶生长速度与温度、面积有直接联系，铝硅合金未变质前后结晶晶粒预测标准有两种，第一种即共晶温度，第二种即共晶反应时间，为了避免出现检测误差，兼顾两种预测标准是极为必要的。
铝镁合金镁含量小于0.5%时，误差相对较小；镁含量大于0.5%时，抗拉强度大大降低。
铸造铝硅合金细化变质处理的研究进展_姚书芳
铸造
姚书芳等 :铸造铝硅合金细 化变质处理的研究进展
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者都对过共晶铝硅合金的双重细化变质处理进行了研 究 , 他们使用磷 、 硫 、 稀土 、 锶 、 钠 、 碳等进行复合 变质〔4, 11 ～ 14〕 , 取得了良好的效果 。
迄今为 止 , 亚共晶铝 硅合金的变质 元素除钠以 外 , 还有锶 、 碲 、 钡 、 锑 、 钾 、 稀土 、 硼 、 硫等 。其 中 , 应用较多的是含钠和锶的变质剂 。 变质处理从根 本上改变了铝硅合金中硅相的生长方式 , 使之从片状 转变为纤维状 , 大大改善了铝硅合金的组织 , 提高了 力学性能 。锶比钠更好的提高了铝硅合金的伸长率和 冲击韧性〔15 ～ 17〕 。实际生产中使用的变质剂主要是钠 盐 、 锶铝合金 、 稀土 、 赤磷及含磷中间合金 。基于复 合变质 (双变质 、 联合变质)的观点 , 研究人员最近 开发了锶 盐复合 变质剂〔18～ 20〕 , 它 具有双 重变 质作 用 , 并且可以细化合金中的铁相和 M g2Si 相 (见图 1 所示), 提高合金的力学性能 (对于 Z L109 合金 , 其 常温抗拉强度提高 10 ～ 20M Pa , 高温抗拉强度提高 20MP a 以上)。该变质剂的有效变质时间长 , 重熔性 好 , 加入量少 , 污染小 , 因此在使用时劳动条件好 , 变质效果稳定且成本低 。
1 铝硅合金硅相组织的细化变质
目前对铝硅合金中初生硅相细化处理的方法有 : 添加细化剂 (变质剂) 法 、 超声波振动法 、 急冷法 、 低温铸造法 、 熔液加压铸造法等 。 其中研究较多的方
法是添加细化 剂 (变质剂) 法〔4～ 7〕 。 人们通 常使用 赤磷或含磷的中间合金变质过共晶铝硅合金 。为了在 工艺上控制磷的加入量和提高磷的吸收率 , 也有许多 人使用磷的化合物 (如 PCl5 、 PCl 或 PN Cl2 等)细化 初生硅〔4 ～ 7〕 。
铝硅合金的熔炼
铝硅合金的熔炼前言：从20世纪韧铝合金用于铸造工业以来，合金的成分有了很大的发展，合金的品种越来越丰富。
早期使用的铸造铝台金含t3％2n和3％cu。
这种合金在第一次世界大战前后用量很大，后来由于金屑型铸造的发展而被铝铜合金取代。
同时，铝硅台金开始得到应用．铝镁合金也随之推出。
1919年，美国生产的铝合金铸件，97％以上由含8％cu的铝合金铸造。
1933年，用这种合金生产的铸件仍占铝合金铸件的50％左右。
除了在铸态下使用的合金外，后来又开发出可以热处理的铝锅台金，含大约4％cu o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。
摘要：铝硅合金熔炼性质工艺流程正文：铝硅系列合金具有良好的铸造性能，较小的线胀系数，耐磨性能好，气密性也很好。
这种合金被广泛地应用于铸造复杂的铸件，如汽车发动机铸件等。
铝的国家标准铸造铝合金生产中所用的铝包括电解原铝重熔用铝锭和一定数量的再生铝。
有些牌号的铸造铝合金要以电解原铝为原料，有些牌号则可以用大部分再生铝和小部分电解原铝作原料．有些牌号甚至可以完全用再生铝作原料。
电解原铝是用冰品石—氧化铝熔融盐电解法生产的。
自中华人民共和国成立以来，我国的电解铝工业从无到有p生产技术和铝产量都有很大发展。
1999年我国铝的总产量已达265万吨，跃居世界第三位，仅次于美国和俄罗斯。
2003年我国铝的总产量达到542万吨，居世界首位。
但是．我国铝的人均占有量还很少。
硅的国家标准我国工业硅必须符合国家标憋哪288l一91，工业硅厂工业硅的内控标准如表2.4,2．5所示。
硅铝二元相图铝相硅很容易形成合金。
A1—si二元相图如图2—1所示。
从si二元相图可以看作简单的二元共晶型状态图，共品成分为12．6％s1(有的文献为11．6％s1)，共品温度为577℃，共晶反应为L1。
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铝硅合金熔铸及组织分析（一、二）
一、实验目的：
1、了解及学习合金的熔铸全过程；
2、掌握铝硅合金的变质处理；
3、学会分析铝硅合金变质前后显微组织特征及性能；
二、实验说明：
在铸造合金中，以Ai—Si共晶为基的合金是最常用的，这主要是因为铸造性能好，硅在结晶时象石墨一样体积是膨胀的，收缩小，降低了铸件的热裂倾向，此外线膨胀系数很低，导热性好，广泛用于制造内燃机和压缩机的活塞。
并且经过变质处理以后，可以提高强度和韧性。
三、实验内容：
铝硅合金是应用最广泛的一种铸造合金，常称为硅铝明，典型牌号为ZL102、含硅11—13％，从Ai—Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，而具有良好的铸造性能。
当硅含量大于共晶成分时，铸造后得到的组织为粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体组成。
粗大的硅晶体极脆，严重地降低了合金的塑性，为了改善合金的性能，可采用变质处理。
即在浇注前加入占合金总量2—3％变质剂（常用的变质剂为2∕3NaF+1∕3NaCl的混合物）。
由于钠能促进硅晶体的形核，并能吸附在硅的周围阻碍硅晶体的长大，使合金组织细化。
同时使合金的共晶点右移，而使原成分合金变为亚共晶，使变质后的合金组织成为初生α固溶体和细密共晶体（α+Si）组成。
由于共晶体中硅的细化，而使合金的强度与塑性显著改变。
四、实验程序
加入金属硅
↘
1、配料→熔化金属铝→700—750℃→待硅熔化后进行搅拌→静置5分钟后→进行浇注。
加入金属硅加入变质剂
↘↘
2、配料→熔化金属铝→700—750℃→待硅熔化后→进行搅拌→静置5分钟后→进行浇注。
3、磨制金相试样，观察及分析金相组织；
（1）、未经变质处理的组织：粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体。
即（α+Si针状）共晶体+Si块。
（2）、经变质处理的组织：初生α固溶体和细密共晶体，即α+（α+Si点状）共晶体
（3）分别测定变质前后两种合金的布氏硬度值。
在本实验中，熔铸部分为前半部分（一），金相样品的制备和组织分析为后半部分（二）
五、实验任务与要求：
1、说明合金实验方案及成分设计的要求。
2、绘出铝硅合金变质前后的金相组织。
绘在一个直径30mm的圆内并注明材料、状态、
组织、放大倍数、浸蚀剂。
3、测定变质前后的试样的硬度，分析组织及性能之间的关系。