铝硅合金细化变质处理
铝合金的变质处理
铝合金的变质处理材料与能源学院金属材料工程2011级2班范宇鑫【摘要】变质处理指的是向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的方法。
而铝合金制造过程中变质处理是必不可少的工艺，加入不同的变质剂对合金的工艺性能有着不同的影响。
关键词：铝合金变质处理铝合金的制备主要有铸造和压力变形两种。
铝合金制造过程中的缺陷有氧化夹渣、气孔气泡、缩松疏松、裂纹等。
这些缺陷严重影响铝合金的性能，容易造成断裂和磨损。
为了防止这些缺陷的产生，提高铝合金的工艺性能，加入变质剂就是一种有效的措施。
变质处理的目的主要是细化晶粒、改善脆性相、改善晶粒形态和分布状况。
变质处理的机理众说纷纭，主要分为两种：一是不溶性质点存在于金属液中的非均质晶核作用；二是以溶质的偏析及吸附作用。
在变质剂完全溶解于金属液且不发生化学反应生成化合物的情况下，变质剂就像溶质一样，在凝固过程中，由于偏析使固/液界面前沿液体的平衡液相线温度降低，界面处成分过冷度减少，致使界面上晶体的生长受到抑制，枝晶根部出现缩颈而易于分离。
同时，由于变质剂易偏析和吸附，故阻碍晶体生长的作用也加强。
因此，往往只需加入少量变质剂，就能显著细化晶粒。
其中，不同的变质剂所发挥的作用有所不同，常见以下几种变质剂：（1）钠盐变质剂：Na元素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，但其缺点是，由于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。
铝硅合金细化处理的研究进展
除 了存 在 Ａ—ｉ 晶组 织 之外 ， 会 形 成 粗 大 的多 边 ｌ 共 ｓ 还
形 片状 初 晶硅 。初 晶硅 的存在会 使合金 的机 械加工 性 能与力 学性能 降低 。因此 ， 何 改 变铝 硅 合金 中初 晶 如
献［ ］ １ 研究 了 Ｓ— 间合 金 对 Ａ．４ Ｓ 合 金 的变 质 ｉ Ｐ中 Ｉ ％ ｉ ２
．
铝 硅合金 具有 密 度小 、 膨 胀 系数 小 和 耐磨 性 好 热 的特 点 ， 因此 此类合 金 在 生产 耐 磨 性要 求 高 的工 件 上 得到 了广泛 的应用 。但 是 ， 在传 统 的铸 造工 艺条件 下 ， 随着 ｓ 含量 的 不 断增 加 ， 硅 合 金 在其 凝 固过 程 中， ｉ 铝
Ｎ 和 Ｓ， ａ ｒ合金 中含 ｓ 量越 大 ， ｂ的加 入量 越 大 ，ｂ加 ｉ Ｓ Ｓ 入量 过多 时 ， 出现 过变 质 组 织 ， 会 使初 晶硅 逐渐 变 粗 。 Ｋ 比 Ｎ 具 有更 强 的变质 效果 ， 是变质有 效 时间仍然 ａ 但 比较偏 短 ， 而且对 熔 炼设 备 也 有 一定 的腐 蚀作 用 。文
硅 的尺 寸形貌 ， 高合金 的性能 ， 为铝硅合 金研究 的 提 成
重点工 作 。本 文 系统介 绍 了各 种铝硅 合金 制造过 程 中
初 晶硅 细化 方法 。
１ 变 质 处 理
铝 硅合金 中的共 晶体及其 初 晶硅 的变 质机理研 究
是世 界各 国铝合金 材料 工作者 的一个 重要课 题 。变质
第 ３ 卷第 ２期 １ ２１ ０ １年 ０ Ｌ ４月
矿 冶 工 程
Ｍ Ｉ ＮＧ ＮＩ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ． １ № ２ Ｉ３ Ａｐ ｉ ２ １ ｒ ０ １ ｌ
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。
铝合金变质处理及炉料处理_黄良余
1 + 2 和 1 + 3 的炉料 ,成分 、熔炼工艺相同 ,获得的 显微组织明显不同 ,前者显微组织中的 CuAl2 沿α(Al) 枝晶界连续分布 ,数量较多 ;后者的 CuAl2 数量不多 ,部 分 CuAl2 已固溶于α(Al) 中 ,呈点状 ,部分力学性能明显 提高 。
1 + 4 的炉料含铜量增加 ,熔制的合金 σb ,σ0. 2大幅 度上升 ,δ,ψ仍有较高的值 ,综合力学性能最好 。
关键词 : 铝合金熔体 精炼 变质 炉料处理
中图分类号 :TG146. 2 + 1 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 2449( 2001) 05 - 0031 - 03
1 铝合金变质处理
铝合金的变质处理可分为 3 类 :细化初晶α(Al) 或 初晶硅 ,改变和细化共晶硅的形状以及改变有害杂质相
0. 03
(点) 状的有多个结晶面的晶格常数和α(Al) 的相近 ,细
CBC
0. 05 0. 07
2～4 0. 8～1. 5 0. 3～0. 5
化效果最好 。
3 黄良余 ,男 ,1931 年出生 ,教授 ,上海交通大学 ,通讯地址 :上海市浦东南码头路 1186 弄 130 支弄 33 号 2002 室 (200125) ,电话 :021 - 50778584 收稿日期 :2001 - 04 - 20 修回日期 :2001 - 05 - 18
制造方法 熔炼温度/ ℃ Al3Ti 晶粒尺寸/μm Al3Ti 晶粒个数/ mm2
细化初晶的元素有多种 ,常见是钛 、硼 、锆 、稀土等 , 其细化机理较复杂 ,至今尚有争论 。细化初晶硅的机理 已基本解决 ,磷是细化初晶硅的唯一选择 。
一般认为 ,AlTi5B1 是α(Al) 的最佳细化剂 ,使用最 广泛 。市场上供应的 AlTi5B 形状 、大小 ,制造方法等不 同 ,中小厂家多使用廉价的合金锭 ;轧制成盘条状的 ,晶 粒细 ,细化效果好 ,使用方便 ,但价格较高 。
铝合金变质处理的研究
（一）在做断口间施加1min工频电压试验时，应将氧化锌避雷 器等过电压吸收装置从系统中拆除。
（二）因不同型号真空泡的技术参数不一样，个别真空泡试验 不合格时，尽量采用同型号的管子更新。平常应注意保持真空开关 的清洁，及时清理绝缘子、绝缘拉杆等绝缘件上的尘土。
（三）因不同厂家不同型号的真空开关的特性参数不一样，甚 至同一批开关之间也有差别，所以检修时应以出厂时厂家提供的参 数作为检修标准。建议在订货时要求生产厂家将订购产品的有关特 性参数如真空开关的行程、超行程、真空度等印在真空开关的背面 或真空开关柜的门背面。
参考文献： [1]Dumitrescu C, Groza I, and Geage A. Contribution to the
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基于上述观点出发，本文采用不同种类变质剂对Al-16.4%Si合 金进行变质处理，考察了不同种类变质剂的对其组织形态及力学性 能的影响。
二、试样制备与试验方法
以纯铝、单质硅（质量分数99.9%以上）为原料制备母合金Al16.4%Si，分割成四块。用石墨干锅在CRL-D型电阻炉内于760℃熔化 保温，加C2Cl6精炼除气，扒渣后浇入金属模中得一组拉伸试样A； B、C、D组试样采用相同熔炼工艺，并分别加入变质剂稀土、三元盐 （15%KCl+40%NaCl+45%NaF）及稀土和三元盐的混合物。各组试样配 料和所加变质剂种类及百分比如表1。
不同变质处理对铝合金组织性能的影响
不同变质处理对铝合金组织性能的影响摘要：在铸造Al-15%Si合金熔炼过程中分别加入变质剂P盐、P盐+Al-Sr中间合金对其进行变质处理，分析不同变质剂及它们的复合形式对合金力学性能和显微组织的影响。
实验结果表明，P盐和Al-Sr 中间合金都对合金组织有一定的细化作用，其中P盐主要细化初晶硅，P盐+Al-Sr中间合金的复合变质剂能同时细化初晶硅和共晶硅。
实验证明加入复合变质剂后合金的显微组织细化程度最高，力学性能最为优越。
关键词：铸造Al-Si合金、变质处理、显微组织、性能引言铝合金是目前采用最多的轻金属合金材料，而铸造Al-Si系列合金是铝合金系中应用最早、最广泛的铝合金，它是重要的合金之一，具有优异的铸造性能，良好的力学性能与物理化学性能。
它是目前研究和应用最为广泛的铸造铝合金，其产量占铸铝总产量的80%～90%，适用于各种铸造方法。
因此，研究Al-Si系列合金的组织性能特点，进一步探寻在普通生产工艺中强化铝硅合金性能的方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。
铸造Al-Si合金具有良好的力学性能、铸造性能和切削性能，广泛应用于航空航天和你汽车工业。
Al-Si未变质处理时，共晶Si以粗大的针、片状存在，严重割裂了合金基体，降低了合金的强度和塑性。
Sr对共晶硅起到很好的变质作用，同时却促进了粗大的柱状和树枝状Al晶粒的形核生长，这说明对铸造Al-Si合金仅变质处理是不够的，还有必要对枝晶进行等轴化和细化，消除这种组织对合金力学性能的不利影响。
本文采用了不同的变质剂对Al-15%Si合金进行变质处理，研究了变质处理对合金组织的影响规律，同时初步探讨变质剂对Al-Si合金的细化变质机理。
1、实验方案设计1.1材料的选择本实验的目的在于研究不同变质剂对于铝合金组织及其性能的影响，为了实验的顺利进行以及实验过程之中出现较少的干扰因素，选择二元Al-Si合金作为本次实验的研究对象，由于变质处理作用的主要机制在于改变铸态下的Si的形态、数量及其分布，再加之合金液体要具有相对较好的流动性，最终确定Al-15Si作为实验材料。
变质处理对过共晶铝硅合金组织和性能的影响
变质处理对过共晶铝硅合金组织和性能的影响林家平,徐建秋,肖于德,王伟,裴斐,乔翔(中南大学材料科学与工程学院,长沙410083)摘 要:通过在铸造过程中对熔体进行二元和三元变质处理,制备了硅质量分数为18%的A390过共晶铝硅合金;通过金相分析、扫描电镜观察、拉伸性能测试、耐磨性能测试等手段研究了变质处理对A390过共晶铝硅合金组织和性能的影响。
结果表明:A390合金经过变质处理后,初晶硅棱角得到钝化,尺寸小于30μm,共晶硅出现球化,晶粒尺寸减小;变质后合金力学性能明显提高,其中经三元变质处理后其室温抗拉强度与伸长率较未变质处理的分别提高了31%与150%;耐磨性能也有一定程度的改善,三元变质处理后的磨损机理以微观切削为主。
关键词:铝硅合金;变质处理;显微组织;力学性能;耐磨性能中图分类号:T G143 文献标志码:A 文章编号:100023738(2010)0320031204Influence of Modif ication on Microstructure and MechanicalProperties of H ypereutectic Al2Si AlloyL IN Jia2ping,XU Jian2qiu,XIAO Yu2de,WANG Wei,PEI Fei,QIAO Xiang (School of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha410083,China)Abstract:The A390hypereutectic Al2Si alloy with18wt%Si content was prepared through the melt modified by binary and ternary modifiers during the casting process.The influence of modification on microstructure and mechanical properties of A390hypereutectic Al2Si alloy was investigated by optical microscopy analysis,scanning electron microscopy observation,wear resistance test and tensile strength test.The results show that after the modification of A390alloy,the corner angle of the primary Si was inactivated,and its size was below30μm. Eutectic Si was spheroidized,and the grain was refined.Mechanical properties of the modified alloy were improved apparently.After ternary modification,compared to non2modification,the elongation and tensile strength of A390 alloy at room temperature had been increased by150%and31%,respectively.Wear resistance of the A390alloy was also improved.The wear resistance in ternary modification was mainly microscopic cutting.K ey w ords:Al2Si alloy;modification;microstructure;mechanical property;wear resistance0 引 言A390过共晶铝硅合金具有密度低、强度高、耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数低等优点,是一种理想的新型汽车、摩托车等发动机活塞用材料。