第一節(jié)  晶粒細(xì)化劑的簡介

晶粒細(xì)化劑產(chǎn)品有優(yōu)異的細(xì)化效果，改善鑄件表面質(zhì)量，使鑄件得到細(xì)小的等軸晶，特別是減少鑄件冷隔消除了的毛晶和柱狀晶，能有效地克服鑄造裂紋，改善鑄件外觀。（立項(xiàng)報(bào)告）

第二節(jié) 晶粒細(xì)化劑的 技術(shù)工藝

鎂合金是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫下只有3個(gè)獨(dú)立的滑移系，合金的塑性變形能力較差，其晶粒大小對(duì)機(jī)械性能影響十分顯著。鎂合金結(jié)晶溫度范圍較寬，熱導(dǎo)率較低，體收縮較大，晶粒粗化傾向嚴(yán)重，凝固過程中易產(chǎn)生縮松、熱裂等缺陷；細(xì)小的晶粒有助于減少縮松、減小第二相的大小和改善鑄造缺陷；鎂合金晶粒細(xì)化能縮短晶間相（Mg17Al12）固溶所需的擴(kuò)散距離，提高熱處理效率；此外，細(xì)小的晶粒還有助于改善鎂合金的耐腐蝕性能和加工性能。鎂及鎂合金液態(tài)熔體采用細(xì)化技術(shù)對(duì)提高鎂合金綜合性能有更突出的作用，目前鎂合金晶粒細(xì)化劑的研發(fā)倍受人們關(guān)注。

常用的鎂鋁合金的幾種晶粒細(xì)化劑技術(shù)如下：

（1）含碳劑變質(zhì)法

碳質(zhì)孕育法是細(xì)化Mg- Al系合金較成功的晶粒細(xì)化技術(shù)。盡管Zr對(duì)純鎂有強(qiáng)烈的細(xì)化作用，但含鋁的Mg- Al系合金不能用Zr來細(xì)化晶粒，因?yàn)閆r和Al易形成穩(wěn)定的化合物Al3Zr，Al3Zr為體心正方型（BCC）結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)與 α- Mg晶格常數(shù)相差很大，形成Al3Zr將造成合金中Al和Zr的損失。通常在鎂鋁系合金熔體中加入含碳的化合物來細(xì)化晶粒，基本要求是合金的鋁含量應(yīng)> 0.5%，同時(shí)對(duì)細(xì)化晶粒有遏止作用的元素（如Zr、Be、Ti和少數(shù)稀土元素）應(yīng)不含或含量控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

（2）硼化系合金變質(zhì)法如Al- Ti- B、Ti- B等細(xì)化技術(shù)

Al- Ti- B中間合金對(duì)鎂鋁系的細(xì)化是利用Ti、Al與B形成的第二相TiB2和AlB2, TiB2（密度為4.4 g/cm3，熔點(diǎn)為2980℃）和AlB2（熔點(diǎn)為980℃）均為密排六方結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)化合物，且它們的晶格常數(shù)與 α- Mg相近，TiB2、AlB2錯(cuò)配度分別為5.6%和6.2%，基本滿足了共格對(duì)應(yīng)的錯(cuò)配度條件，可作為 α- Mg良好的異質(zhì)核心，從而使 α- Mg晶粒細(xì)化，但細(xì)化劑加入量不能超過0.3 %。而Ti- B系熔劑中同時(shí)含有Ti和B兩種細(xì)化晶粒作用很強(qiáng)的元素，它們在鎂鋁系（含Al>5%）的合金液中形成有效的形核質(zhì)點(diǎn)TiAl3、TiB2和偏析能力良好的溶質(zhì)，根據(jù)Johnson的溶質(zhì)晶粒細(xì)化理論，有效的形核質(zhì)點(diǎn)和偏析能力良好的溶質(zhì)是晶粒細(xì)化過程必不可少的兩個(gè)因素，故能起到晶粒細(xì)化作用.國內(nèi)有 研究 人員試制了Al- Ti- B系的Al5TiB、Al3Ti4B、Al3Ti3B等幾種晶粒細(xì)化劑，并進(jìn)行了細(xì)化晶粒嘗試，Al5TiB中間合金中Ti和B質(zhì)量比為5，TiB2分子中Ti與B的質(zhì)量比為2.2，熔體中Ti與B反應(yīng)生成TiB2相后，熔體中過剩的Ti與熔體中Al生成TiAl3相，而Ti Al3屬于四方結(jié)構(gòu)，對(duì)鎂合金細(xì)化及性能不利；而Al3Ti4B中間合金的Ti和B質(zhì)量比為0.75，熔體中生成TiB2相后，剩余的B原子與Al反應(yīng)生成AlB2相及TiB2相，兩種高熔點(diǎn)化合物以固態(tài)質(zhì)點(diǎn)形式存在。在AZ91D合金中加0.3%的Al3Ti3B中間合金后，共晶體（α+Mg17Al12）形貌發(fā)生改變且變得不連續(xù)，共晶體尺寸減小，晶粒尺寸由原來的約260μm減小至100μm。TiB2先作為AlB2的形核核心，使得AlB2相的形核效果更好。

第三節(jié) 晶粒細(xì)化劑 行業(yè) 的發(fā)展現(xiàn)狀

晶粒細(xì)化對(duì)變形鋁合金的半連續(xù)鑄造以及鑄造鋁合金的成型鑄造都很有意義，它可以改善鑄錠的力學(xué)性能、減少偏析、降低熱裂傾向，改善鑄件凝固過程中的補(bǔ)縮、消除或更好地分散疏松、提高鑄件的氣密性和表面質(zhì)量等。

Al-Ti-B中間合金是目前廣泛使用的細(xì)化劑，大約有75%的世界鋁工業(yè)使用Al-Ti-B進(jìn)行晶粒細(xì)化。在變形鋁合金熔鑄生產(chǎn)中一般采用在線添加Al-Ti-B細(xì)化劑絲，而在鋁合金鑄件生產(chǎn)中多采用爐內(nèi)添加Al-Ti-B合金錠。在過去的半個(gè)多世紀(jì)里，眾多科技人員對(duì)鋁的晶粒細(xì)化展開了廣泛而又深入的 研究 ，不僅在工業(yè)上開發(fā)出了多種有效的晶粒細(xì)化劑，而且在對(duì)細(xì)化劑的制備、成分、組織與性能的系,以及細(xì)化機(jī)制的認(rèn)識(shí)上也取得了很大進(jìn)展。

Al-Ti-B中間合金的制備方法主要有氟鹽反應(yīng)法、氧化物或元素混合法、自蔓延高溫合成法等，其中氟鹽反應(yīng)法是工業(yè)上大規(guī)模制備Al-Ti-B中間合金的主要方法。

受氟鹽反應(yīng)法制備工藝的制約，現(xiàn)行Al-Ti-B中間合金細(xì)化劑的細(xì)化水平還不能滿足高質(zhì)量鋁材的需要。

改進(jìn)制備方法和優(yōu)化合金成分，是改善Al-Ti-B中間合金組織形態(tài)并提高其細(xì)化性能的重要途徑。探索超聲場等外場作用下Al-Ti-B中間合金的制備工藝和發(fā)展新型Al-Ti-B-RE晶粒細(xì)化劑，是Al-Ti-B中間合金的一個(gè)重要發(fā)展方向 。

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