浅议铝合金晶粒细化剂的研究及发展趋势
铝合金铸造技术研究与发展趋势
铝合金铸造技术研究与发展趋势铝合金铸造技术研究与发展趋势1. 引言铝合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、电子通讯、工业设备等领域有广泛应用。
铝合金的轻量化、高强度、良好的导热导电性能使其成为替代钢铁材料的理想选择。
而铝合金铸造技术作为铝合金加工的重要方法，一直在不断研究与发展，以适应不同领域对铝合金产品的需求。
2. 铝合金铸造技术的研究方向铝合金铸造技术主要包括压力铸造、重力铸造和搅拌铸造等多种方法。
其中，压力铸造是目前应用最广泛的铸造方法，可以实现高精度、高效率的生产。
然而，随着对铝合金产品性能要求的不断提高，研究者也在探索和发展其他铸造技术。
2.1 先进压力铸造技术为了进一步提高压力铸造的效率和质量，研究人员提出了一系列先进的压力铸造技术，如真空压力铸造、低压压力铸造和高速压力铸造等。
真空压力铸造利用真空环境下的压力差，能够有效减少气孔的产生，提高产品的致密性和机械性能。
低压压力铸造通过降低铸造过程中铝液的压力，可以减小砂芯的变形和气孔的产生，提高产品的表面质量。
高速压力铸造利用高速射流来充填铸型，能够实现更加均匀的充填和凝固，从而提高产品的强度和韧性。
2.2 其他铸造方法除了压力铸造，重力铸造和搅拌铸造也是研究热点。
重力铸造是利用重力作用将铝液充填铸型，适用于大型和复杂件的生产。
搅拌铸造则是将铝液在充填过程中进行搅拌，利用机械搅拌和磁场搅拌等方式来改善铝合金的组织和性能。
这些新兴的铸造方法能够满足特殊形状或特殊性能要求的铝合金产品的生产需求。
3. 发展趋势3.1 材料设计与优化未来的铝合金铸造技术将更加注重材料设计和优化。
通过调整合金成分和微观组织的控制，可以进一步提高铝合金的强度、耐腐蚀性和耐热性能。
例如，添加稀土元素、纳米颗粒和纤维增强相等可以改善铝合金的力学性能和热稳定性。
3.2 数值模拟与仿真数值模拟和仿真技术是铝合金铸造技术发展的关键。
通过建立铸造过程的数学模型，可以预测和优化铸件的凝固过程、缩孔和应力分布等。
Al-Ti-B细化含Zr铝合金中毒现象的研究进展
Al-Ti-B细化含Zr铝合金中毒现象的研究进展贾义旺;疏达;王舒滨;祝国梁;董安平;孙宝德【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2017(045)008【摘要】Zr是高强铝合金中普遍添加的合金元素,当用Al-Ti-B细化含Zr铝合金时,却会产生细化剂的中毒现象.Zr中毒随着时间的延长而加重,并且该过程是不可逆的.深入研究Zr中毒机制有重要应用价值.目前提出的Zr中毒机制有以下四种:一是Zr与TiB2反应生成ZrB2或(Ti(1-x)Zrx)B2;二是Zr替换了TiB2表面TiAl3层中的Ti;三是Zr与Ti反应生成(Ti(1-x)Zrx)Al3;四是Zr与杂质元素Fe反应生成Al8Fe4Zr.对Zr中毒机制的研究进展作了详细介绍.【总页数】7页(P20-25,69)【作者】贾义旺;疏达;王舒滨;祝国梁;董安平;孙宝德【作者单位】上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海200240;上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TG146.21【相关文献】1.Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理 [J], 肖政兵;邓运来;唐建国;陈祺;张新明2.基于Al-Ti-B细化剂的铝合金异质形核机制研究进展 [J], 韩延峰;张瀚龙;徐钧;张佼;孙宝德3.Al-Ti-B晶粒细化剂研究进展:细化机理及第二相控制 [J], 闫敬明; 黎平; 左孝青; 周芸; 罗晓旭4.含Zr铝合金的细化新工艺 [J], 王淑俊;刘相法5.高性能铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B研究及制备技术综述 [J], 卢海峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微量添加剂对铝合金晶粒细化的工艺探讨
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作者筒介 ：张建薪（９３ ） １７一 ，男 ，河南 厦邑人 ．江西南方 冶金 学院硬士 十
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引 言
晶粒 细 化是 提高 材料 强 度 和塑 性 的重 要 手段 之
一
化特 性与 最 佳工 艺参 数 。
１ 实 验 方 法
采用纯 铝 锭 、 纯镁 、 硅 中 间合 金和 相 应添 加剂 铝 配 置６ ６ 合 金 （ 化 学 成 分 见 表 １ ，并 将 镁 硅 比控 ０３ 其 ） 制在 １７ 以下 。在 电阻 炉 中 用石 墨 坩埚 熔 炼 ，温度 ．３ 达到 ７ ０ ２ ℃时 加 入 微 量 添 加 剂 ，精 炼 后 保 温 ，用铁 模 浇 铸 成 直 径 为８ ｍｍ的 圆 锭 ，然 后 在 ５ ０ ２ ６ ℃进 行 ６ 均 匀 化 处 理 。铸 态 组 织 和 均 匀 化 处 理 后 各 取 试 ｈ 样 ．用金 相显 微镜 观 察 其 组 织结 构 。 表 １ ６ ６ 铝 合 金 的 化学 成 分 ％ ０３
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化 晶 粒 ， 即 结 晶 组 织 的 微 处 理 问 题 。鉴 于 以 上 目的
铝合金中Si含量对Al-Ti-C细化效果的影响
维普资讯
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铝合金 中Ｓ含量对Ａ－ ｉＣ ｉ ＩＴ— 细化效果 的影 响
马 晓光 ，刘相 法 ，丁 海 民
（ 山东大学材料 液态结构及 其遗传性教育部重点 实验 室，山东济南 ２０ ６ ） ５０ １
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合金元素细化晶粒
合金元素细化晶粒
合金元素细化晶粒是通过添加一定量的合金元素，改变原有合金的组成来实现的。
这种方法可以显著提高合金的力学性能和耐腐蚀性能，特别是在高温和强腐蚀环境下更为明显。
合金元素细化晶粒的机制主要是通过合金元素的溶解和扩散使晶体内部形成更细小的晶粒。
合金元素的添加可以改变合金的晶格结构，使晶界能量减小，晶界迁移速度加快，从而促进晶粒的细化。
此外，一些合金元素还可以抑制晶粒长大，起到稳定晶界的作用。
目前，合金元素细化晶粒的应用范围非常广泛，特别是在高性能合金的制备中应用较为广泛。
例如，合金元素铌、钛等可以在镍基高温合金中起到显著的细化晶粒作用，使合金的高温性能得到极大的提高。
同时，铬、钼等合金元素也能有效地提高合金的耐腐蚀性能。
总的来说，合金元素细化晶粒是一种优秀的合金制备技术，具有重要的科学意义和应用价值。
随着科学技术的不断发展，相信合金元素细化晶粒在未来会有更加广泛的应用。
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超高强铝合金研究进展与发展趋势
引用格式：邢清源，臧金鑫，陈军洲，等. 超高强铝合金研究进展与发展趋势[J]. 航空材料学报，2024，44(2)：60-71.XING Qingyuan，ZANG Jinxin，CHEN Junzhou，et al. Research progress and development tendency of ultra-high strength aluminum alloys[J]. Journal of Aeronautical Materials，2024，44(2)：60-71.超高强铝合金研究进展与发展趋势邢清源1,2*, 臧金鑫1,2, 陈军洲1,2, 杨守杰1,2, 戴圣龙1,2*（1．中国航发北京航空材料研究院 铝合金研究所，北京 100095；2．北京市先进铝合金材料及应用工程技术研究中心，北京100095）摘要：超高强铝合金具有密度低、比强度高等特点，广泛应用于航空、航天、核工业等领域。
合金的极限强度已从第四代铝合金的600 MPa级，逐步发展到650～700 MPa级、750 MPa级，甚至800 MPa级及以上第五代铝合金。
本文首先对超高强铝合金的发展历程和国内外发展现状进行概述；随后，从成分设计与优化、熔铸与均匀化技术、热变形技术、热处理技术、计算机辅助模拟计算共五个方面对近些年的研究进展和所遇到的问题进行了总结和讨论；最后，结合未来装备的发展需求和国内的技术现状，指出“深入研究基础理论，解决综合性能匹配等问题以及在特定应用场景下专用材料的推广应用”是超高强铝合金的发展趋势和重要方向。
关键词：超高强铝合金；Al-Zn-Mg-Cu系合金；熔铸法；高合金化doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2023.000171中图分类号：TG146.21 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2024)02-0060-12Research progress and development tendency of ultra-highstrength aluminum alloysXING Qingyuan1,2*, ZANG Jinxin1,2, CHEN Junzhou1,2, YANG Shoujie1,2, DAI Shenglong1,2*（1. Aluminum Alloy Institute，AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China；2. Beijing Engineering Research Center of Advanced Aluminum Alloys and Applications，Beijing 100095，China）Abstract: Ultra-high strength aluminum alloy has achieved extensive application in the nuclear，aerospace，and aviation industries because of its high specific strength and low density. The fifth generation of ultra-high strength aluminum alloy has been produced，and in comparison to the fourth generation’s 600 MPa level，its ultimate strength has been consistently redefined and increased from 650-700 MPa to 750 MPa or even 800 MPa. This paper reviews the history of the research on aluminum alloys with ultra-high strengths and introduces the current state of development both domestically and internationally. The key issues and recent research development are further explored，including computer simulation，thermal deformation，heat treatment，homogenization，melting，and casting，as well as composition design. Finally，combined with the development needs of future equipment and domestic technology status，it is pointed out that in-depth study of basic theory to solve the problem of comprehensive performance matching，the promotion and application of special materials in specific application scenarios are the development trend and important direction of ultra-high strength aluminum alloy.Key words: ultra-high aluminum alloy；Al-Zn-Mg-Cu alloy；ingot metallurgy；high alloying超高强铝合金属于7×××系（Al-Zn-Mg-Cu系）合金，是该系列合金中的一个重要分支，具有低密度、高比强度等特点，被广泛用于航空、航天、核工业、兵器等领域，按照航空铝合金代次的划分，超高强铝合金已发展至第五代合金。
粉末冶金铝合金的研究现状和发展趋势
粉末冶金铝合金的研究现状和发展趋势粉末冶金铝合金具有低密度、高比强、高耐磨性和耐腐蚀性的特点,表现出广阔的应用前景。
然而由于各种因素的影响,其开发利用远远落后于Fe、Cu系合金。
这些制约因素主要包括:①Al活性高,在快速凝固制粉的过程中,不可避免地形成一层致密的氧化膜,在压制和烧结过程中,这层氧化膜使合金元素的相互扩散受到阻碍,不利于其冶金粘结;②粉末价格高、缺少专有生产技术。
在这种情况下,研究粉末冶金铝合金的现状并指出其发展趋势,对于汽车工业用高效节能粉末冶金铝合金件的发展具有重要意义。
1.0.粉末冶金铝合金的发展历史：20世纪40年代,瑞士人IrmannR等用球磨机在控制氧含量的介质中研磨制成烧结铝粉(SAP),将铝粉与其他金属粉末的混合粉热压成棒状试样。
力学性能结果表明,这些合金有较高的高温强度,并且在高温下能保持原先的强度。
1952年美国铝业公司(Alcoa)开发了第一代烧结铝粉末冶金材料,它是一种Al-Al2O3弥散强化型合金,具有优异的高温强度和热稳定性。
1966年和1972年,Storchheims将液相烧结技术应用于粉末冶金,直接烧结而成粉末冶金铝合金零件。
合金主要有3类:2014、6061和7075,其强度范围为110～345MPa,具有密度低,切削性能好的优点,可与铜基和铁基粉末冶金零件相媲美。
20世纪70年代,通过快速凝固技术和机械合金化技术来制取合金粉末,促成了高性能粉末冶金铝合金的问世。
自这个时期以来,一些先进国家主要致力于研究新的热处理状态和开发快速凝固/粉末冶金工艺,发展粉末冶金铝合金。
到20世纪80年代末,粉末冶金铝合金得到快速发展。
美国、前苏联和日本等国家研制成功10多种牌号的粉末冶金结构铝合金和粉末冶金耐磨铝合金,并已投入小批量生产,开始在航空航天工业和汽车工业应用。
例如:日本采用快速凝固Al-Si合金粉末制造汽车发动机阀门弹簧座和连杆,质量分别减轻了60%和30%,使发动机速度大为提高。
《2024年汽车轮毂用A356铝合金的精炼及净化》范文
《汽车轮毂用A356铝合金的精炼及净化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车轮毂作为汽车的重要组成部分，其材料的选择和制造工艺对汽车的性能、安全性和耐用性都具有重要的影响。
A356铝合金因其优良的铸造性能、良好的机械性能和抗腐蚀性能，成为制造汽车轮毂的理想材料。
然而，A356铝合金的精炼及净化工艺对轮毂的质量有着至关重要的影响。
本文将详细探讨A356铝合金的精炼及净化工艺，为汽车轮毂的制造提供理论依据和实践指导。
二、A356铝合金的精炼A356铝合金的精炼过程主要包括熔化、除气、除渣等步骤。
1. 熔化熔化是A356铝合金精炼的第一步。
在熔化过程中，应确保炉料干燥、清洁，以防止杂质对合金的污染。
同时，应控制熔化温度，避免合金元素的烧损和氧化。
2. 除气除气是A356铝合金精炼的关键步骤。
在熔化过程中，合金中会溶解一定量的气体，如氢气等。
这些气体会对合金的性能产生负面影响。
因此，需要通过除气工艺将合金中的气体去除。
常用的除气方法有化学除气和物理除气。
化学除气是通过添加除气剂与合金中的气体反应，从而将气体从合金中排出。
物理除气则是利用真空泵将合金中的气体抽出。
3. 除渣除渣是A356铝合金精炼的另一重要步骤。
在熔化和除气过程中，会生成一些浮渣和夹杂物。
这些浮渣和夹杂物会降低合金的机械性能和抗腐蚀性能。
因此，需要通过除渣工艺将这些杂质去除。
常用的除渣方法有静置沉淀法、离心除渣法等。
三、A356铝合金的净化A356铝合金的净化主要包括固溶处理、晶粒细化及人工时效等步骤。
1. 固溶处理固溶处理是将合金加热到一定温度，使合金元素充分溶解在基体中，然后迅速冷却，使合金元素以过饱和固溶体的形式存在于基体中。
这一过程可以消除合金中的偏析、成分不均等问题，提高合金的性能。
2. 晶粒细化晶粒细化是通过添加晶粒细化剂来改善合金的晶粒结构。
晶粒细化可以显著提高合金的机械性能和抗腐蚀性能。
常用的晶粒细化剂有钛、硼等元素。
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浅议铝合金晶粒细化剂的研究及发展趋势
摘要本文分析了铝合金晶粒细化剂的研究及发展趋势，为铝合金晶粒细化剂的研究走持续、稳定及健康的发展道路提供了一定的见解。
关键词铝合金；晶粒细化剂；研究；发展趋势
引言
如何有效地利用资源、减少污染、提高铝合金材料加工的技术水平是材料行业面临的重要课题。
高品质铝钛硼细化剂、A1-Ti-C-Re、Al-Ti-B-Re能够满足国内铝加工行业对细化效果与质量越来越高的要求。
但高品质铝钛硼细化剂对原料纯净度及生产过程控制提出更高的要求。
多元相A1-Ti-C-Re、Al-Ti-B-Re还未得到应用。
其需要相关人员在物理本质和基本规律上做深入研究，以突破制备及应用的关键技术。
1 对铝合金晶粒细化剂研究现状的分析与认识
目前，铝合金品粒细化有凝固细晶和变质细晶两个方向。
1.1 铝合金晶粒细化应用现状
（1）凝固细晶：主要有快速凝固细晶、机械场凝固细晶、磁场凝固细晶、电场凝固细晶、超声凝固细晶等五种。
（2）变质细化：变质细化包括磷及磷化物变质细化、钠盐变质细化、铝锶中间合金细化、铝锑中间合金细化、A1-Ti-B细化、A1-Ti-C细化等
（3）细化剂的制备：包括Al-Ti-B的制备和A1-Ti-C的制备，其中A1-Ti-C 的制备有熔铸-原位反应法、液态搅拌法、半固态复合铸造法、自蔓延复合技术、XD法、喷射共沉积法、粉末冶金法等。
2 依靠技术进步，以促进铝合金晶粒细化剂研究的可持续发展
2.1 铝合金晶粒细化的发展趋势
变质细化中的磷或磷化物、钠盐、铝锑中间合金、铝锶中间合金等的变质细化对细化温度及加入方式要求严格。
其加入后容易产生大量气体，污染环境，使铝液吸气严重。
同时其容易在铸件中形成针孔等缺陷，细化工艺过程复杂，且劳动强度大。
随着人们对包括了铝及铝合金板、带、箔、管、棒、型材及铸件生产过程认识的深化，明确了在铝熔体中添加晶粒细化剂进行细化是目前铝加工行业中最实用最有效的晶粒细化方法。
其具有晶粒细化效果好、作用快、操作方便、适应性强等优点。
但是晶粒细化剂的细化效果和金属纯净度还有待提高。
为此，
人们一直在寻找研究更有效的细化剂及其处理技术。
2.2 Al-Ti-C-Re及Al-Ti-B-Re中间合金细化效果及进展
A1-Ti-C-Re、A1-Ti-B-Re中间合金是近年来开发出的两种新型细化剂。
其是分别将A1-Ti-B，Al-Ti-C的优点与RE的特点结合起来，以综合提升细化剂的性能。
由于C与A1液的润湿性差，制备A1-Ti-C晶粒细化剂的主要问题是难以实现C的合金化。
而加入稀土元素能对反应物进行固化处理，促进Al熔体与Ti 源之间发生化学反应，并且在反应过程中可使石墨粉均匀分散，并充分和熔体接触。
同时由于稀土改变了TiAl3形核相的形态和分布，细化了TiA13、TiC的尺寸，增加了TiC形核基底数，从而提高了中间合金的细化能力。
（1）AI-Ti-C的研究进展[1]
早在1949年，Cibula便发现石墨能在Al-Ti二元合金中生成TiC粒子，并建立了碳化理论：钛与铝熔体通常存在的碳反应形成TiC。
这种TiC颗粒在铝熔体凝固期间，在钛浓度大大低于包晶成分（0.15%Ti（质量分数，下同））时，能使α-A1成核，导致晶粒细化。
但因碳不能润湿铝熔体，使之合金化很困难及当时条件所限制，未能实现A1-Ti-C中间合金的工业化生产。
直到1986年，Banerji 等人通过特殊工藝，成功地制造出Al-Ti-C中间合金细化剂。
1986年美国KBA 和英国AB等公司进行了新一代A1-Ti-C中间合金的研制。
其特点是碳的质量分数很低，诸如英国AB公司的Al-6%Ti-0.02%C等产品。
20世纪90年代初KBA 公司所报告的KBX-22合金成分是Al-Ti（3%～6%）-C（0.01%～0.1%）。
1992年，KBA公司发表了Al-Ti中间合金加人第三元素的专利。
第三元素包括0.003%～2%C，
0.03%～2%P，0.03%～2%S，0.01%～0.4%B，0.03%～2%N。
1993年，SMC公司开始研制较低Ti∶C比值的Al-Ti-C其要求保留很小的TiC尺寸，低的非金属夹杂，不存在未反应的碳和碳化铝。
1996年，埃及铝业公司Hadia和埃及大学Ghanny及Niazi研制了A1Ti5C1。
其同时与A1Ti3.5C0.7和A1Ti3.5C0.5中间合金做了比较，对AlTiC发展进行了评价。
指出其可能是铝晶粒细化发展的最新趋势。
1997年Hoefs和Green等发表了“改善铝晶粒细化作用的一种A1TiC中间合金的报告”。
一个由工业界和学术界组成的联合实验研究机构，包括德柏林大学、英国ISM，荷兰KBM，德国LAW 和德国Hoog overns铝轧板公司等。
其研发计划主要是研究出一种有效的A1TiC 中间合金，并且研究其细化机理，评定A1TiC的细化作用与聚集行为以及A1TiC 的最佳碳含量。
（2）细化理论研究
细化剂对铝及铝合金的晶粒细化原理可简单地用一句话概括，即将有效的异质晶核分布于熔体中。
目前，解释细化过程的理论很多，相互之间亦有很多矛盾之处。
但比较一致的“认识”是：细化剂加入铝液中，当其中的铝基体被溶解后释放出金属间化合物粒子到熔体中，这些粒子随后起成核作用。
关于细化剂确切的物理化学特性、与熔体怎样反应、为什么能起作用等，尚未有统一的说法。
这是因为：
①细化过程很复杂，既与熔炼条件有关，又与铸造条件有关；
②不可控制的杂质有影响，铝合金中的某些元素的相互作用也有影响，其会增强或减弱晶粒细化效果[2]。
最近有研究[2]指出TiC颗粒的形状对异质形核有很大影响。
其认为液体在异质晶核上结晶时，基底界面的曲率对晶胚的形成有强烈影响，即凹曲面的形核效能最高，平面居中，凸曲面的效能最低；若合成的TiC相质点表面积很大，则会降低形核能力。
当TiC形成质点团时，其形核能力来自于凹陷处的物理化学作用。
3 结束语
铝合金在交通、化土、机械、电力、电子、仪表、建筑、农业及轻工业等部门中的广泛应用。
其对铝合金的组织和性能提出了更高的要求。
而熔铸出细小均匀的等轴品组织是获得优良性能的关键所在。
晶粒细化成为创新冶金与铝合金新型材料研发的重要手段。
参考文献
[1] 王改田，彭志辉，曾渝.Al-Ti-C铝合金晶粒细化剂的研究进展[J].轻合金加工技术，2001，（05）：7-10.
[2] 杨明，钟毅.铝及铝合金晶粒细化剂的研究[J].有色金属加工，2006，35（01）：3-6.
徐晓光（1980-），男，工程师，主要从事有色金属材料研发及相关的生产管理工作。