铝硅合金细化处理的研究进展

铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状目前人们已经对铝合金有了较多的认识甚至是较深入的了解，通常人们为了提高铝合金的力学性能，通常要对铸铝中的初生硅相经行处理，晶粒细化剂是铝合金生产中常用的添加剂之一能显著提高铝合金的力学性能和机械加工性能对铝合金的生产具有十分重要的意义。

根据Hall-Petch公式可知材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能对于铝在各行业的应用均具有重要的意义。

目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种方法：1、控制金属凝固时的冷却速度; 2、机械物理细化法包括机械振动机械搅拌等物理场细化法; 3、如电场磁场超声波处理等; 4、化学细化法,向合金中加入各种晶粒细化剂促进铝及合金的形核或抑制晶核长大。

在工业生产中细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂起到异质形核的作用进而细化晶粒尺寸。

20世纪四五十年代，晶粒细化剂起源于英国的Cibula金属研究协会，这时的细化剂主要是Ti、B盐块剂。

20世纪60年代由于无芯感应炉的应用中间合金的生产及应用取得飞速发展相继出现了Al-Ti-B锭华夫锭等相关产品，20世纪70年代是铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B丝有效提高了晶粒细化效果降低了细化剂的加入量，同时改善了TiB2在炉内的团聚现象。

在20世纪七八十年代晶粒细化剂生产工业的研究方向主要是通过改善Ti/B配比优化细化效果。

20世纪90年代细化剂的生产开始采用ISO9002为基准的技术措施大大提高了Al-Ti-B的细化效果，同时由于硼化物仍然存在一定的团聚现象，影响细化剂的使用效果，从而采用一定量的石墨代替细化剂中的B制得的Al-Ti-B中间合金不仅具有较好的细化效果同时避免了硼元素的团聚现象。

现在常用的细化剂有Al-Ti-B中间合金、Al-Ti-B-RE、Al-5Ti-1C中间合金。

目前工业生产中使用的晶粒细化剂主要为Al-Ti-B，这种细化剂制备工艺较为成熟质量日益提高具有较好的细化效果，但存在TiB2团聚等问题仍需要不断改进作为改善Al-Ti-B细化效果，作为改善Al-Ti-B细化效果的Al-Ti-C和Al-Ti-B-RE细化剂也逐渐进入铝合金生产企业的视野，但是Al-Ti-C的制备过程复杂成本较高在现有条件下并不适合大规模工业生产，而Al-Ti-B-RE中由于加入了RE 元素导致其细化机理和工艺复杂化。

上大《ActaMater》搞清楚了！铝硅合金晶粒难以细化的根源导读：细晶强化可同时提高合金强度和塑性，铸铝行业通过添加细化剂来提高铸件的品质和性能已成为常规工序。

然而，传统Al-5Ti-B细化剂易被硅元素毒化，使铸造Al-Si合金难以被有效细化，这是铸铝行业的老难题。

本文采用多尺度（Å~mm）的表征及计算手段，详细研究了Al-10Si/Al-5Ti-B铸锭中形核质点与铝基体间的界面特征，考察了凝固过程中细化相组成的演变规律，提出了与传统认识不同的新机理，即硅毒化的根源是溶质Si向TiB2颗粒表层的偏聚，并非硅化物的析出与包覆。

这为解决Al-Si合金细化难的工程问题奠定了理论基础。

Al-Si系合金是种类最多、使用量最大的一类铸造铝合金，被广泛用于制造汽车车身薄壁件、发动机部件、传动系统部件、复杂外形的散热器、油路管道等。

然而，若不做任何处理，Al-Si合金中粗大的α-Al树枝晶及大量脆性Al-Si共晶组织会极大削弱合金的强度与塑性。

通过添加含有形核质点的细化剂合金来调控凝固过程中α-Al的形核与长大，细化凝固组织来提高材料强度和塑性，已成为铸铝工业中的常规工序。

然而，Al-Si系合金至今仍是一类较难被细化的铝合金。

当Si浓度大于5 wt.%时，传统Al-Ti-B细化剂的细晶效能被显著削弱，该现象为硅毒化效应（Si poisoning effect）。

60多年来，人们始终未能弄清硅毒化效应的发生根源和机理，极大制约了新型抗毒化铝硅合金细晶剂的开发，限制了铸造铝硅合金强度和塑性的进一步提升。

上海大学李谦教授团队与通用汽车中国研究院胡斌博士、燕山大学聂安民教授合作，采用球差透射电镜表征Al-10Si/Al-5Ti-B铸锭中形核质点（TiB2）和α-Al间界面的原子结构与元素分布，首次发现了Si原子在TiB2/α-Al界面的偏聚现象。

结合相图热力学计算（CALPHAD）、第一性原理计算，详细评估了形核界面处硅化物形成的可能性，并深入考察了Si偏聚对形核基底原子有序性及α-Al外延形核难易程度的影响。

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。

研究与开发收稿日期:2001-07-18收到初稿,2001-11-07收到修订稿。

作者简介:叶春生(1970-),男,江苏泰兴人,硕士,主要研究方向是注塑模具结构设计和CNC 编程。

不同成分铝硅合金熔体混合对初生硅相细化的研究叶春生1,宋俊杰2,张新平3,潘 冶4(11康佳集团股份有限公司,广东深圳518053;21洛阳自来水公司洛南水源,河南洛阳471023;31吉林大学南岭校区材料科学与工程学院,吉林长春130025;41东南大学机械工程系,江苏南京210096)摘要:研究了高温过共晶A-l Si 合金熔体和低温亚共晶A-l Si 合金熔体混合后对微观组织的影响。

结果表明:熔体混合并迅速搅拌后的初晶硅大大细化,在2min 内浇注,可以获得分布均匀且尺寸小于25L m 的初晶硅;随着熔体保持时间的延长,初晶硅的尺寸有增大的趋势。

探讨了对硅相的细化机理。

关键词:过共晶A-l Si 合金;熔体混合;硅相细化;保持时间中图分类号:T G113112 文献标识码:A 文章编号:1001-4977(2002)03-0145-03Investigation on Refining Granules of Prim ary Si Phase byMelt Mixing with Different Components of A -l Si AlloysYE Chun -sheng 1,SON G Ju n -jie 2,ZH AN G Xin -ping 3,PAN Ye 4(11Kon ka Group Co.Ltd.,Shenzhen 518053,Guangdong,China;21Luoyan g water supply compan y (Luonan fou ntain),Luoyang 471023,Henan,China;31College of Materials Science an dEngineering,Jilin U niversity (Nanling Campus),C han gchu n 130025,Jilin ,Chin a;41Departm ent of Mechanical Engineering,Southeast University,N anjin g 210096,Jiangsu,China)Abstract:Effect of melt treatment by m ixing the high tem perature hypereutectic A -l Si alloy melt and thelow tem perature hypoeutectic A -l Si alloy m elt on microstructure is investigated in this paper.It is fou ndthat primary Si granules have been greatly refin ed in the optimum m elt mixing condition.Primary Si part-icle size is reduced to 25L m poured in two min utes,the alloy microstructure has been obviously improved.With the exten ding of holding tim es,Primary Si particle size has a tendency of grain growing.The mecha -nism of refinin g gran ules of prim ary Si phase is also studied.Keywords:hypereutectic A-l Si alloy;melt mixing;refin ing of si phase;holding time 过共晶A-l Si 合金的导热性好,热膨胀系数小,尺寸稳定性和耐磨耐蚀性好,有足够的高温强度和弹性模量,是制造汽车发动机活塞的理想材料,日本已应用在载重汽车和小轿车上,有逐渐取代灰铸铁的趋势112。

过共晶铝硅合金中硅相细化的研究进展
董天顺;马庆亮;付彬国;李晶琨;李国禄;陆鹏炜
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】过共晶铝硅合金因其耐磨性能良好而受到关注,但组织中含有粗大的初晶硅和针状的共晶硅,限制了其进一步广泛使用。

本文综述了当前过共晶铝硅合金中硅相细化的一些方法,如合金化、变质处理和改进制备工艺等。

其中重点介绍了合金化对过共晶铝硅合金中组织的作用;然后对各种变质剂的细化效果进行了对比分析;并讨论了改进制备工艺对硅相尺寸和形貌的影响;最后指出未来的研究方向应集中开发出适用于广泛使用的新型复合变质剂,并通过变质和改进制备工艺相结合,获得性能更加优异的过共晶铝硅合金。

【总页数】7页(P1-6)
【作者】董天顺;马庆亮;付彬国;李晶琨;李国禄;陆鹏炜
【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院;河北省新型功能材料重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TG243;TG292
【相关文献】
1.过共晶铝硅合金中初生相细化的研究进展
2.钠盐变质铝硅合金中的共晶硅相
3.过共晶铝硅合金中初晶硅复合异质形核的研究
4.过共晶铝硅合金中铝硅共晶相取向关系
5.过共晶铝硅合金中初晶硅的变质机理探讨
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高硅铝合金中初晶硅的细化研究高硅铝合金中初晶硅的细化研究，听起来好像很深奥，其实不然，咱们用一种轻松的方式来聊聊这事。

大家可能会好奇，什么是高硅铝合金，初晶硅又是个什么东东？别急，慢慢来！高硅铝合金说白了就是一种铝合金，它含有比较多的硅成分。

硅的加入让这种合金不仅坚硬，而且耐高温，甚至可以让一些机械零件在高温环境下依然能“顶住”。

而初晶硅嘛，就是在金属液体冷却时，最早结晶出来的硅元素。

它们看上去像是刚出生的小宝宝，散布在合金的晶体结构里，看似不起眼，却对整个合金的性能有着举足轻重的影响。

好啦，讲到这里，大家是不是觉得高硅铝合金中初晶硅的细化有点意思了？那我们就继续聊聊怎么去“细化”这些初晶硅吧！初晶硅在铝合金里占的位置可不小，它不仅影响合金的强度，还会直接决定合金的耐腐蚀性和加工性能。

想象一下，初晶硅像是一块块小石子，分布在合金的“池塘”里。

要是这些小石子分布得太不均匀，那整个池塘的水流就会受到影响，甚至会影响到鱼的生长。

咱们就是要想办法让这些小石子变得更小、更均匀，让池塘里的水流更加平稳，鱼儿游得更加自在。

怎么细化这些初晶硅呢？有人会说，可以加点其他的元素进去。

这种方法也算是个“妙招”，比如加入钙、锆等元素。

这些元素就像是合金里的“助攻”，它们能够帮助硅颗粒分散、细化，避免硅颗粒长得像大石块一样，让整个合金变得更加均匀。

加钙、加锆的做法，不仅能细化硅颗粒，还能提升合金的力学性能，简直是两全其美的好事儿！不过，说到这里，大家可能会想，细化初晶硅就这么简单吗？可不是这么简单。

因为，细化不仅仅是加点儿东西就行，还得控制温度和冷却速率。

你想啊，要是冷却得太快，合金里温度一瞬间降低得太猛，初晶硅反而会变得更粗，甚至可能形成一些不规则的大块。

相反，冷却得太慢，合金又容易产生其他的不良结晶。

所以，合适的冷却速度就像做菜时的火候，不宜过猛，也不宜过缓，得掌握好度。

再说了，细化初晶硅的另一个妙招就是通过机械加工，比如使用超声波或者是强烈的搅拌。