1、AlTiC中間合金是鋁晶粒細(xì)化劑研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,相對(duì)于目前世界上普遍使用的AlTiB系中間合金其優(yōu)點(diǎn)在于:晶粒細(xì)化效率高,TiC質(zhì)點(diǎn)比TiB<,2>質(zhì)點(diǎn)尺寸小得多,所以在生產(chǎn)箔材時(shí)更具潛力.其存在主要問題有:制備工藝尚不完善,碳的合金化成本很高;中間合金的組織難以控制,組織中易產(chǎn)生Al<,4>C<,3>等有害相;產(chǎn)品適用范圍較窄,細(xì)化效果的穩(wěn)定性有待提高.本文對(duì)合金細(xì)化劑中TiC的合成進(jìn)行了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析,結(jié)果表明,在AlTiC

2、體系中,可能產(chǎn)生的化合物有:TiC、Al<,4>C<,3>、TiAl<,3>,其中以TiC的反應(yīng)自由能最低;TiC顆粒是液固相反應(yīng)合成的;在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了AlTiC體系中的成分配比、C粉的加入方式、添加活性劑及工藝參數(shù)對(duì)TiC合成的影響,成功通過反應(yīng)合成或熔鑄攪拌等多種方法制備出成分、物相及組織結(jié)構(gòu)符合要求的中間合金及合金細(xì)化劑.在通過反應(yīng)法制備的細(xì)化劑中,選用粒徑為0.1~3μm的細(xì)C粉和粒徑為65~80μm的粗C粉,都可合成出

3、顆粒粒徑微細(xì)TiC;TiC的粒徑隨C粉粒徑的增大及A1含量的減少而增大,TiC顆粒的表面形狀由圓整的顆粒向多邊形變化;一步合成的細(xì)化劑中,TiC顆粒最細(xì),粒徑約為0.5~1μm,其分布的均勻性較差;兩步合成細(xì)化劑,TiC顆粒粒徑較大,粒徑約為1~4μm,但分布較為均勻;提高稀土含量,降低合金細(xì)化劑中的Ti/C,降低合金細(xì)化劑中的Ti含量,均可降低TiAl<,3>長(zhǎng)徑比.在攪拌法制備的中間合金中,TiC顆粒發(fā)生了聚集長(zhǎng)大,TiC顆粒在局部

4、有明顯的偏聚現(xiàn)象.自制的合金細(xì)化劑均能細(xì)化純鋁的組織,提高其力學(xué)性能;合金細(xì)化劑對(duì)純鋁的細(xì)化性能取決于細(xì)化劑的成分、Ti/C比、TiC顆粒的尺寸分布及加入量;TiC顆粒的粒徑越細(xì)越佳,分布越均勻越好;細(xì)化劑中的Ti/C應(yīng)<20/1,Ti含量及稀土含量以5％為佳;提高合金細(xì)化劑中的稀土含量可細(xì)化純鋁的枝晶組織,較大幅度地提高了純鋁的延伸率,相應(yīng)的也提高了其屈服強(qiáng)度;隨細(xì)化劑加入量的增加,純鋁組織變細(xì),力學(xué)性能提高.兩步法制備的合金細(xì)化劑對(duì)

5、純鋁組織的細(xì)化及力學(xué)性能的作用優(yōu)于一步法及熔鑄攪拌法制備的合金細(xì)化劑;由細(xì)C粉制備的AlTi5C0.25RE3細(xì)化劑和由粗C粉制備的AlTi5C0.25RE5的細(xì)化劑對(duì)純鋁的晶粒組織及力學(xué)性能的作用均優(yōu)于進(jìn)口AlTiB的使用效果.添加合金細(xì)化劑對(duì)純鋁的鑄態(tài)組織產(chǎn)生了良好的細(xì)化作用,其原因主要在于增加了形核率、降低了晶粒長(zhǎng)大速度.晶粒細(xì)化在提高多晶體強(qiáng)度的同時(shí),也使其塑性與韌性得以提高.本文分析了AlTiCRE合金細(xì)化劑對(duì)純鋁的細(xì)化機(jī)理,

6、提出了TiC對(duì)α-Al的二級(jí)形核機(jī)制.TiAl<,3>通過包晶轉(zhuǎn)變細(xì)化了α-Al晶粒,是直接起細(xì)化作用的最主要的物相;TiC對(duì)純鋁的細(xì)化作用主要體現(xiàn)在它能促進(jìn)TiAl<,3>的形核.TiC顆粒尺寸對(duì)細(xì)化劑的細(xì)化能力具有多重影響,顆粒細(xì),單位體積內(nèi)的形核基底數(shù)增加,但顆粒小于1 μ m時(shí),其表面較圓整,曲率半徑增大,單個(gè)顆粒的形核能力下降,且由于比表面積大,易聚集成團(tuán),這實(shí)際上又減少了形核基底數(shù);當(dāng)顆粒大于2 μ m時(shí),表面為多邊形,單個(gè)

7、顆粒的形核能力提高,但單位體積內(nèi)的形核基底數(shù)減少.因此合適的顆粒尺寸應(yīng)是在保證其在細(xì)化劑中分布均勻的前提下,顆粒越細(xì)越好.綜合考慮合金細(xì)化劑中TiC顆粒的尺寸、分布及表面形貌等諸多因素的影響,TiC顆粒的尺寸以1-4 μ m上下為佳.本文生產(chǎn)的AlTiCRE復(fù)合細(xì)化劑成功地經(jīng)受住生產(chǎn)工業(yè)化實(shí)際生產(chǎn)的考驗(yàn),生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)表明:對(duì)鑄軋板的細(xì)化效果與進(jìn)口AlTi<,5>B<,1>相當(dāng),AlTiCRE復(fù)合細(xì)化劑完全可以替代進(jìn)口AlTi<,5>B<