铝合金晶粒细化
AlSi合金的细化
三、实验设备及材料
井式坩埚电阻炉，石墨坩埚，钟罩， Al-7Si合金，Al-5Ti-1B中间合金， Al-10Sr中间合金，C2Cl6， 金相试样预磨机和抛光机，HF，王水， 砂纸等。
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四、实验步骤与方法
1．在经预热发红的两个石墨坩埚中分别加入 1000g的Al-7Si合金原料，升温至 720℃，熔化后 保温1h以促进成分的均匀化；所有参加实验的学 生在实验教师指导下在熔融Al-7Si合金中加入0.6 ％的C2Cl6进行精炼除气。
晶粒细化剂的加入量与合金种类、化学成分、 加入方法、熔炼温度以及浇铸时间等有关。若加 入量过大，则形成的异质形核颗粒会逐渐聚集， 由于其密度比铝熔体大，因此会聚集在熔池底部， 丧失晶粒细化能力，产生细化效果衰退现象。
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晶粒细化剂加入合金熔体后要经历孕育期和 衰退期两个时期。在孕育期内中间合金完成熔化 过程并使起细化作用的异质形核颗粒均匀分布并 与合金熔体充分润湿，逐渐达到最佳的细化效果。 此后，由于异质形核颗粒的溶解而使细化效果下 降；同时异质固相颗粒会逐渐聚集而沉积在熔池 底部，出现细化效果衰退现象。当细化效果达到 最佳值时进行浇注是最为理想的。随合金的熔炼 温度和加入的细化剂种类的不同，达到最佳细化 效果所需的时间也有所不同，通常存在一个可接 受的保温时间范围。
5．以4～6人为一组，每隔30min以组为单位浇铸 试样。应保证经细化处理和变质处理的试样分别 最少浇铸4组。
6．各组对浇铸出的试样进行切割、粗磨、细磨、 抛光、腐蚀处理，然后在光学金相显微镜下观察， 评价合金的细化和变质效果。
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五、实验报告要求
1．简述实验目的、实验内容与实验原理和 步骤。
2．评价Al-7Si合金的细化和变质效果，并 分析影响合金细化和变质效果的主要因 素。
关于6061铝合金圆铸棒晶粒细化问题探讨
关于 6061铝合金圆铸棒晶粒细化问题探讨摘要:本文分别从6061铝合金铸棒的化学成分份，炉料组成，熔炼过程的温度控制，熔体在炉内的保温时间，人工播晶种，以及铸造过程工艺参数等方面阐述了对铸棒晶粒的影响，提出了晶粒细化的一些方法。
关键词：6061铝合金铝棒晶粒细化晶粒度在铝合金熔铸生产中，晶粒度一直是大家关注的热门话题。
尤其是变形铝合金中的圆铸棒晶粒度，它不仅关系到铸棒在铸造环节能否顺利进行，更关系到后续进一步压力加工，以及最终产品的力学性能，以至于使用性能。
影响6061铝合金圆铸棒晶粒有多方面因素，主要有1.化学成分因素合金元素对铝合金基体金属纯铝来说是外来质点。
他们的熔点、金晶结构与纯铝有一定差别，特别是形成金属化合物以后，对合金结晶有一定影响。
6061铝合金主要合金元素有Si、Mg、Cu，还有对合金工艺性能有一定影响的Fe、Mn、Cr、Ti等元素。
这些元素约占合金含量的2.5%（Wt）左右。
其形成的金属化合物有的熔点与基体金属有差别，有的结晶结构与基体金属有一定的相似性。
在合金结晶时，会产生先后期结晶，先期结晶对后序结晶形核有产生促进作用。
另外占合金总量的2.5%（Wt）的合金元素在合金铸造时，会产生成分过冷，对细化合金组织也有一定促进作用。
2.炉料组成因素铝合金铸棒生产企业，根据原料，特别是基体金属纯铝来源，以及废旧金属形状，多少都有各自的配料方案。
本文研究的配料方案是重熔原铝锭，以及本企业加工生产的厚度≥15mm边角废料和铸造后切除棒头、棒尾的工艺废料，作为回炉料配入炉料中。
在6061合金中炉料中还要加入相应合金元素的中间合金如Al-Fe、Al-Cu、Al-Cr等。
在炉料中，加或不加回炉料对合金晶粒度有一定影响。
产生上述晶粒度差异原因，据分析：相同重量的回炉料与相同重量的原铝锭比较，其表面积相差悬殊，前者是后者的数倍，甚至上百倍，也就是说前者的氧化物数量比后者大很多。
铝的氧化物在结晶体结构上与原铝相似，而其熔点近2050℃，这种高熔点质点能起到异质晶核作用，促进晶粒细化。
细化晶粒的途径和方法
细化晶粒的途径和方法一、控制结晶过程。
1.1增加过冷度。
要想细化晶粒啊，增加过冷度可是个很有效的办法。
这就好比冬天里，水结冰的时候，如果温度降得特别快，那冰就会形成很多小晶体。
在金属结晶的时候也是这个道理。
过冷度越大，形核率就越高，同时晶粒长大的速度就相对慢了，这样就能得到细小的晶粒。
就像跑步比赛似的，起跑的人多了，但是大家又不能跑太快，那最后形成的队伍就比较小而分散，这晶粒也就细化了。
这是大自然给我们的一个小窍门，咱得好好利用起来。
1.2变质处理。
再说说变质处理。
这就像是给结晶过程请了个“管家”。
往液态金属里加入一些变质剂，这些变质剂就像一个个小“指挥官”。
比如说在铝合金里加入钠盐，钠盐就会吸附在晶核表面，阻止晶核长大，同时还能促进新的晶核产生。
这就好比一群小蚂蚁本来要聚成一个大团，结果来了些小障碍物，大团聚不成了，就分成了好多小团，晶粒也就变细了。
这变质处理可是个很巧妙的方法，很多金属材料的生产都离不开它呢。
二、采用机械振动或搅拌。
2.1机械振动。
机械振动这个方法也很有趣。
就像我们平常抖落灰尘一样，给正在结晶的金属来个振动。
这个振动可以是通过一些设备来实现的，像超声波振动设备之类的。
这种振动就像一阵“微风”，在液态金属里吹啊吹，它能把正在长大的晶粒给“吹乱”了，让它们不能舒舒服服地长大，而是分裂成好多小晶粒。
这就好比一群羊在草原上吃草，本来要聚成一大群，结果一阵风吹来，羊群就被吹散成好多小群了。
机械振动在一些小型的金属制品生产中很实用，效果也很不错。
2.2机械搅拌。
机械搅拌呢，就更直接了。
拿个搅拌器在液态金属里搅和搅和。
这一搅和啊，就把液态金属里的温度、成分都搅得更均匀了。
这样一来，晶核就有更多机会在不同的地方产生，而且长大的时候也不会太肆无忌惮。
这就好比在一个大锅里煮粥，你要是不搅拌，米就容易结成大块，但是你不停地搅拌，米就会均匀地分布在锅里，最后煮出来的粥就很细腻。
这机械搅拌虽然简单粗暴，但是对于细化晶粒那可是相当有效。
铸造铝合金晶粒细化技术与发展
铸造铝合金晶粒细化技术与发展摘要：Al-T-B作为铝合金的异质晶粒细化剂已长达40年了。
已经证明，AlI-Ti-B的使用是铝合金获得有益冶金和力学性能实际有效的方法。
但是，由于二硼化物粒子聚集牵涉到的许多质量问题至今不能解决，所以铝业界长期以来希望找到一种代替品。
介绍了AI-T-C晶粒细化剂的最新进展和国产Al-Ti-C的研制开发。
晶粒细化试验结果证明，国产Al-Ti-C的细化效果比进口Al-Ti-B的好。
在工业纯铝铸轧板的初步试用中获得了较好的结果，在A3S6合金中已获得了工业应用。
关键词：铝合金；Al-Ti-B晶粒细化剂；AI-Ti-C晶粒细化剂铸锭是变形加工产品多段加工的第一步。
铸锭质量影响加工产品最终的性能。
晶粒细化能大改善铸锭的均匀性，提高力学性能和铸造速度，防止铸锭裂纹和产生羽毛状晶。
工业实践中使用最广的晶粒细化剂Al-Ti-B，至今它虽然仍是铝工业中优先选用的细化剂，但是硼化物粒子聚集带来的一些难以克服的缺点也困扰了铝工业几十年。
为此，铝工业长期以来希望找到一种AlI-Ti-B的代替品，Al-T-C便是其中的选择之一。
一、铝晶粒细化剂的发展实践证明，钛能在铝中产生很好的晶粒细化作用，但是在亚包晶成分下钛细化作用很弱。
进一步得知加入硼时钛的细化作用大大提高，使用Al-Ti-1B加入0.005%Ti 便能起到很好的晶粒细化作用。
Al-5Ti-1B由于存在大的TiBz聚集物、KAIF、氧化物和其他非金属夹杂是不令人满意的。
为此，作为折衷开发了含低硼的Al-5Ti-0.2B，其优点是：没有大的TiB：聚集物；二硼化物粒子尺寸小(~1μm)；非金属夹杂少；较好的晶粒细化性能。
在此期间也开发了低T/B比的Al-3Ti-1B合金，并于1985年首次应用。
由于铝加工产品质量的不断提高，铝工业要求不含TiB的中间合金，20世纪80年代，英AB(Anglo-Blackwells )公司开发了Al-6%Ti-0.02%C合金。
铝合金的晶粒细化与力学性能关系分析与优化
铝合金的晶粒细化与力学性能关系分析与优化铝合金作为一种常用的结构材料，在工业和航空航天领域得到了广泛的应用。
其优良的力学性能和轻质高强的特点使得铝合金成为替代传统材料的理想选择。
而铝合金的晶粒细化是提高其力学性能的重要途径之一。
本文将分析铝合金的晶粒细化与力学性能的关系，并探讨如何优化铝合金的力学性能。
1. 铝合金的晶粒细化对力学性能的影响铝合金晶粒细化是指通过某些方法将其晶粒尺寸减小到亚微米或纳米级别。
晶粒细化不仅可以提高铝合金的强度和硬度，还能改善其塑性、疲劳寿命和韧性等力学性能。
晶粒细化可以增加晶界的数量和长度，并使晶界更加规则和均匀。
晶界是晶体中不同晶粒之间的界面，其存在对于控制位错的移动和塑性变形具有重要作用。
晶粒细化后，更多的晶界可以阻碍位错的传播，从而提高材料的强度和硬度。
此外，晶界也能吸收和阻碍裂纹扩展，因此晶粒细化能够提高铝合金的韧性和疲劳寿命。
2. 晶粒细化方法及其影响目前，常用的铝合金晶粒细化方法包括等温退火、冷变形、机械合金化等。
这些方法可以通过不同的机制促进晶粒细化。
等温退火是指将铝合金加热到一定温度，在保持一段时间后缓慢冷却。
这种方法可以通过晶界迁移、三维位错联动和晶粒再结晶等机制实现晶粒细化。
等温退火条件的选择对晶粒细化效果有重要影响，如退火温度、保持时间、冷却速率等因素都会对晶粒尺寸和分布产生影响。
冷变形是指在室温下对铝合金进行拉伸、压缩或扭转等塑性变形。
通过冷变形，可以引入大量位错并形成高密度的位错梯度，从而促进晶界迁移和晶粒的细化。
不同的冷变形方式对晶粒细化的效果有差异，如拉伸变形可使晶粒细化，而压缩变形则会导致晶粒尺寸的增大。
机械合金化是指通过高能球磨、挤压等方法实现晶粒细化。
这些方法可以通过机械碎化、位错堆积和冷焊合等机制来减小晶粒尺寸。
机械合金化对晶粒细化的影响与处理参数（如球磨时间、机械能量等）密切相关。
3. 优化铝合金的力学性能为了进一步优化铝合金的力学性能，除了晶粒细化外，还可以通过合金化、热处理和纳米化等方式进行改进。
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。
热处理对铝合金的晶粒细化和织构演化的影响
热处理对铝合金的晶粒细化和织构演化的影响热处理在金属材料的制备过程中起着至关重要的作用。
对于铝合金来说，热处理不仅可以调控其晶粒的尺寸和分布，还可以影响其织构演化。
本文将探讨热处理对铝合金晶粒细化和织构演化的具体影响，并介绍几种常见的热处理方法。
1. 热处理对铝合金晶粒细化的影响热处理是通过控制铝合金的受热过程来实现晶粒细化的一种方法。
热处理过程中，铝合金的晶粒尺寸会发生变化，从而影响其力学性能和电化学性能。
晶粒细化可以提高材料的强度和韧性，改善其塑性变形能力。
在热处理过程中，常用的晶粒细化机制主要包括两种：再结晶和晶界退化。
再结晶是指在加热过程中，原有的晶粒重新长大形成新的晶粒，这样可以得到更小且更均匀的晶粒尺寸。
而晶界退化则是在退火处理过程中，晶粒尺寸逐渐减小，晶界面积增加，从而使晶粒变得更细。
2. 热处理对铝合金织构演化的影响织构是指材料中晶粒取向的统计分布。
对于铝合金来说，织构的形成与其晶粒的取向有着密切的关系。
晶粒的取向对铝合金的力学性能和物理特性有着重要影响。
热处理过程中，晶粒的重新排列会导致织构演变。
例如，在时效处理过程中，晶粒的取向会趋向于与应力场或热流场平行，从而形成特定的织构。
不同的热处理方法会导致铝合金织构的差异，进而影响其力学性能和加工性能。
3. 常见的热处理方法在铝合金的制备过程中，常用的热处理方法包括固溶处理、时效处理和退火处理。
固溶处理是指将铝合金加热至固溶温度，使固溶体中的溶质原子溶解在基体中，形成固溶体。
这一步可以使晶粒细化，提高材料的塑性变形能力。
时效处理是在固溶处理之后，将铝合金加热至时效温度并保持一段时间，使溶质原子重新聚集，形成新的相。
时效处理可以进一步调控晶粒的尺寸和分布，改善材料的强度和韧性。
退火处理是指将铝合金加热至退火温度并保持一段时间，然后缓慢冷却至室温。
退火处理主要用于消除材料中的内应力和组织缺陷，提高其塑性和韧性。
4. 结论通过热处理可以有效地调控铝合金的晶粒细化和织构演化。
纯铝 细化 温度梯度
纯铝细化温度梯度
纯铝的细化过程与温度梯度之间存在着密切的关系。
在铸造和
凝固过程中，温度梯度对于铝的晶粒细化起着至关重要的作用。
铝
合金的晶粒尺寸对材料的力学性能、塑性变形能力以及耐腐蚀性能
等具有重要影响，因此通过控制温度梯度来实现铝的晶粒细化是非
常重要的。
首先，温度梯度对铝的晶粒细化有着直接影响。
在铸造过程中，温度梯度会影响到凝固组织的形成。
较大的温度梯度有助于形成细
小的晶粒，而较小的温度梯度则容易导致晶粒的粗大。
因此，通过
合理控制温度梯度可以实现对铝晶粒尺寸的有效调控。
其次，温度梯度还影响着凝固速率。
较大的温度梯度会导致更
快的凝固速率，而较小的温度梯度则会导致凝固速率变慢。
凝固速
率的变化会直接影响到晶粒的形成和生长过程，进而影响到晶粒的
细化程度。
此外，温度梯度还会对凝固过程中的固溶元素的分布和偏析产
生影响。
固溶元素的分布和偏析也会对晶粒的细化产生影响，因此
温度梯度通过影响固溶元素的行为间接影响了晶粒的细化过程。
总之，温度梯度对于纯铝的晶粒细化具有重要影响。
通过合理控制温度梯度，可以实现对铝材料晶粒尺寸的有效调控，从而获得所需的力学性能和加工性能。
在铝材料的生产和加工过程中，需要重视温度梯度对晶粒细化的影响，以实现优质铝材的生产。
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设备复杂 特殊合金
盐类细化 操作简单 污染严重 炉内处理 块式添加 剂
Al-Ti基 细化剂
适合连续 成本较高 炉外处理 在线添加 生产
100~250
冶 金 作 用
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
Ti的添加量对晶粒大小的影响
不 同 添 加 量 对 99. 7% Al 细 化 效 果
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
快速凝固细晶
采用很高的凝固速度，使合金在凝固过程中形成细小的微观组 织结构，且分布均匀。 原理：控制过冷度
影响因素：凝固速率和合金成分
动态晶粒细化Байду номын сангаас
机械场凝固细晶：
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
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 外加磁强破坏产生的树枝 晶
产生新的晶核，达到细化目的
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。
主要影响因素：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
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
形成新的晶体质点
变质细晶
变质细晶又称为外来形核质点法，即通过向铝合金熔体中加入中间
合金晶粒细化剂，产生大量有效异质形核核心，提高晶体的形核率，
从而细化晶粒
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
中间合金细化剂
原理：包晶相图理论
Al-Ti二元相图富Al端
中间合金细化剂
铝合金晶粒细化
晶粒细化
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
分类：凝固细晶和变质细晶
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晶粒细化。
常用方法：快速凝固细晶、机械场凝固细晶、磁场凝固细晶、电场
凝固细晶和超声场凝固细晶。
总结
细化质 点来源 细化方 法 优点 缺点 应用范 围 铸件 小批量 生产操作 施加振动 甩带等 施加电/ 磁场 晶粒尺寸 （μm） 20~800 0.5~10 —— 200~500 物 理 作 用 作用性 质 机械场作 操作简单 设备复杂 用 内 生 法 快速凝固 细化枝晶 电/磁场 作用 外 生 法 尺寸小 小件
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
钠盐细化剂
常用变质剂的成分及其变质温度
钠盐细化剂
变质反应：
3NaF + Al AlF3 +3Na
加入钠盐和钾盐之后，与NaF形成混合盐，可以降低熔点，促 进变质反应的进行。此外熔融状态的变质层会形成一层连续的 覆盖层，提高了变质剂的覆盖作用。