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电解加钛与熔配加钛对工业纯铝晶粒细化的作用

来源期刊:中国有色金属学报2004年第2期

论文作者:范广新 王明星 刘志勇 刘忠侠 翁永刚 宋天福

文章页码:250 - 254

关键词:电解低钛铝合金; 中间合金; 晶粒细化

Key words:electrolytic low-titanium aluminum alloy; master alloy; grain refinement

摘    要:对比研究了电解加钛, 以Al-Ti和Al-Ti-B中间合金方式向工业纯铝熔配加钛以及向电解低钛铝合金中再熔配加Al-B中间合金的细化效果。 结果表明, 不同加钛方式对纯铝都有较强的细化作用;在钛含量相同的条件下, 电解加钛的晶粒细化能力明显高于熔配加Al-Ti中间合金的;钛含量较低时, 熔配加Al-Ti-B中间合金的细化效果略好于电解加钛的,钛含量较高时, 二者的细化能力相当。 向电解生产的低钛铝合金中再熔配加入Al-B中间合金,可明显改善晶粒细化效果, 尤其在较低的钛含量时表现得非常明显。

Abstract: The grain refinement effect of titanium added to commercial pure aluminum by electrolysis and by Al-Ti-B and Al-Ti master alloys was investigated. The grain refinement effects of electrolytic low-titanium aluminum with boron, which was added to the alloys through Al-B master alloy, were also studied. The experimental results show that the grain refinement effects of titanium added to pure aluminum by different methods are all very obvious. The grain refinement effect of titanium added by electrolysis is better than that by Al-Ti master alloy when the titanium content is the same. When the titanium content is low, the grain refinement effect of Al-Ti-B master alloy is slightly superior to that of electrolytic low-titanium aluminum alloys, but when the titanium content is high, they have almost the same grain-refining ability. If Al-B master alloy is added into electrolytic low-titanium aluminum alloys, the grain refinement effect can be further improved, especially for the alloys with very low titanium content.



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文章编号:1004 - 0609( 2004) 02 - 0250 - 05

电解加钛与熔配加钛对工业纯铝晶粒细化的作用

范广新,王明星,刘志勇,刘忠侠,翁永刚,宋天福

(郑州大学物理工程学院河南省材料物理重点实验室,郑州450052)

摘  要:对比研究了电解加钛,以AI Ti和AITrB中间合金方式向工业纯铝熔配加钛以及向电解低钛铝合金中再熔配加Al;中间合金的细化效果。结果表明,不同加钛方式对纯铝都有较强的细化作用;在钛含量相同的条件下,电解加钛的晶粒细化能力明显高于熔配加Al Ti中间合金的;钛含量较低时,熔配加AITrB中间合金的细化效果略好于电解加钛的,钛含量较高时,二者的细化能力相当。向电解生产的低钛铝合金中再熔配加入AIB中间合金,可明显改善晶粒细化效果,尤其在较低的钛含量时表现得非常明显。

关键词:电解低钛铝合金;中间合金;晶粒细化

中图分类号:TG 146.2    文献标识码:A

Grain refinement effects of titanium added to commercial pure aluminum by electrolysis and by master alloys

FAN Guang-xin, WANG Ming-xing, LIU Zhryong, LIU Zhong-xia, WENG Yong-gang, SONG Tiarrfu

( Department of Physics,  Laboratory of Materials Physics of Henan Province, Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China)

Abstract: The grain refinement effect of titanium added to commercial pure aluminum by electrolysis and by AFTrB and Al-Ti master alloys was investigated.  The grain refinement effects of electrolytic low-titanium aluminum with boron,which was added to the alloys through Al B master alloy, were also studied.  The experimental results show that the grain refinement effects of titanium added to pure aluminum by different methods are all very obvious.  The grain refinement effect of titanium added by electrolysis is better than that by A} Ti master alloy when the titanium content is the same.When the titanium content is low,  the grain refinement effect of Al TrB master alloy is slightly superior to that of electrolyt/c low-titanium aluminum alloys,  but when the titanium content /s high,  they have almost the same grain-refin/ng ability.  If AFB master alloy is added into electrolytic low-titanium aluminum alloys,  the grain refinement effect can be fur ther improved, especially for the alloys with very low titanium content.

Key words:  electrolytic low-titanium aluminum alloy;  master alloy; grain refinement

    问铝及其合金中加入少量的钛可使晶粒细化,从而明显提高材料的强度、塑性和改善铝材质量。因此,使用不同的加钛方式使晶粒细化是铝铸造及铝加工行业广泛重视的研究课题。目前,工业生产上常用的加钛方法是在浇铸之前向铝熔体中加入含钛(硼)中间合金‘1-3]。AFTrB中间合金是工业上广泛使用的细化剂‘4],它的细化效果好、抗衰退能力强,但是这种加钛方式对细化剂的生产质量、加入方式有较高的要求[1,5-7],而且在使用过程中也存在缺剧8。10],如:TiB2粒子密度比铝熔体的大,在铝液中易聚集成团下沉,会导致细化效果的衰退;TiB2粒子尺寸较大,在轧制铝材过程中会增大轧辊的摩擦力而降低轧辊的寿命;轧制铝箔时,易产生条带缺陷,甚至出现连续排列的空洞;在印刷基板中易形成表面划痕并损伤压辊表面;同时,这种细化方式还存在能耗大、成本高、细化元素吸收率低、熔体在高温下烧损严重和污染环境等缺点。Al-Ti中间合金是早期使用的一种细化剂,虽然它的细化能力不及AFTrB中间合金,但因它不含TiB2超硬颗粒,避免了加AFTrB中间合金存在的上述缺陷,故仍有一定的使用价值,关键是如何提高钛的细化能力。

    利用现有的纯铝生产设备,直接电解生产低钛铝合金,是一种全新的加钛方式。理论和试科111表明:在不改变现有电解铝生产工艺的条件下,向电解质中加入少量Ti02,生产含少量钛的铝合金是可行的。由于向电解质中加入的Ti02较少,对电解槽的工作状态影响较小,并且具有生产工艺简单、成本低廉、钛的吸收率高、钛在产品中分布均匀、成分容易控制等优点。但是这种加钛方式对晶粒细化的效果如何,与传统的加钛方式相比它的细化能力怎样,自然成为人们关心的问题。为此,本文作者对比研究电解加钛与经Al-TrB、Al- Ti中间合金熔配加钛对纯铝的晶粒细化效果;为了探索进一步提高电解加钛晶粒细化作用的可能性,作者还研究了向电解低钛铝合金再熔配加入AFB中间合金对晶粒细化效果的影响。

1  实验

    实验所用材科为电解法生产的不同钛含量的低钛铝合金、工业纯铝、国产AF5TrlB块状中间合金、Al-4.75Ti中间合金以及AFO. 2B中间合金。电解低钛铝合金的成分如表1所示。

    样品的制备均在7.5 kW电阻炉中进行。将不同钛含量的电解低钛铝合金放入石墨坩锅,加热熔化后升温至730℃,用六氯乙烷精炼除气,经充分搅拌后,于720℃时浇入预热温度为150℃的石墨模具中,模具外形尺寸为d 70 mm×90 mm、壁厚20 mm、内深65 mm。采用中间合金进行细化的试样制备过程是:先将纯铝或低钛铝合金熔化,再分别加入AITrB、Al- Ti和AIB中间合金,将温度升至730℃除气,浇铸条件、所用模具与上述的相同。加钛量与电解法生产的低钛铝合金的钛含量相当,向电解低钛铝合金中加入的B量是按Ti和B质量比5:1的比例计算得出的。用ARUN MET-ALSCAN DESKTOP METALS ANALYSER分析样品的成分。宏观和微观金相试样均取自距浇铸样品底部40 mm处,经粗磨、细磨后,用混合酸腐蚀制成宏观金相样品;经粗磨、细磨、抛光后,用加水稀释的混合酸腐蚀制成微观金相试样,用NikonM BA2100型金相显微镜进行微观组织的走量分析。晶粒尺寸在WD- 5电镜联机及光镜图文管理系统上用截线法进行测量。

2实验结果

图1所示为纯铝的宏观金相照片。可以看出,晶粒形貌表现为发达的柱状晶结构。    图2所示为不同加钛方式、不同钛含量时纯铝

图1工业纯铝的宏观组织

Fig.1  M acrostructure of commercial pure aluminum

    表1  实验用电解低钛铝合金的化学成分

Table l  Chemical compositions of electrolytic low-titanium aluminum alloys( mass fraction,%)

图2 不同加钛方式及不同钛含量下纯铝的宏观组织

Fig. 2    Macrostructures of pure aluminum with different titanium contents and different addition methods

的宏观组织。从图2可以看出,不论是哪一种加钛方式,在很低的加钛量时,都对纯铝有明显的绌化作用。晶粒形貌由不含钛时的柱状晶(图1)转变为等轴晶(图2),而且随着钛含量的增加晶粒逐渐变小。图3给出的是不同加钛方式样品的微观晶粒尺寸随钛含量的变化。可以看出,电解低钛铝合金中再熔配加入Al-B中间合金具有最强的细化晶粒作用,而向纯铝中熔配加AFTi中间合金的细化作用最弱。电解加钛和熔配加Al-TrB中间合金的细化作用处于二者之间。当钛含量较低时,熔配加AFTrB中间合金的晶粒细化能力略高于电解加钛方式的,但随着含钛量的增加,二者的细化效果基本相当;各种加钛方式下,当钛含量低于0. 2%时,钛对晶粒的细化能力较强,晶粒尺寸下降较快,但当钛含量进一步增加时,钛对晶粒的细化能力减弱,晶粒尺寸的下降速度趋于平缓;电解加钛、熔

   

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