合金中的变质处理(课堂PPT).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,合金中的变质处理,以铝硅合金为例,1,简介,理想的铸锭组织是铸锭整个截面上具有均匀、细小的等轴晶。这是因为等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。要得到这种组织，通常需要对熔体进行细化处理。凡是能促进形核、抑制晶粒长大的处理，都能细化晶粒。变质处理是铝工业生产中常用于细化晶粒的方法之一。,importance,2,定义,变质处理：,向金属液中添加少量,变质剂,，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法。,晶粒粗大,延伸性低,抗拉强度低,晶粒细化,延伸性提高,抗拉强度提高,提高材料性能,3,原理,形核变质剂,是指加入金属液中能,作为晶核,，或虽未能作为晶核，但能与液态金属中某些元素相互作用,产生晶核,或,有效形核质点,的添加剂。,变质剂,生产中常用的变质剂有,形核变质剂,和,吸附变质剂,。,变质前后,4,原理,在浇注前，将一些细小的形核变质剂加入到液态金属中,会在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，,促进,金属液,非均匀形核，,从而获得细小的铸造晶粒，达到细化晶粒,改善组织形态的目的。,5,常用的形核变质剂,Al-Ti-B是目前国内公认的最有效的细化剂之一。Al-Ti-B与Re、Sr等元素共同作用，其细化效果更佳。,铝合金一般选含Ti、Zr、B、C等元素的化合物作晶粒细化剂。,Al-Ti是传统的晶粒细化剂，Ti在Al中包晶反应生成TiAl3，TiAl3与液态金属接触的（001）和（011）面是铝凝固时的有效形核基面，增加了形核率，从而使结晶组织细化。,铝钛硼丝变质剂,6,原理,吸附变质剂,的特点是,熔点低,，能显著降低合金的液相线温度；,原子半径大,，在合金中固溶量小。在晶体生长时，吸附变质剂富集在相界面上，阻碍晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分枝形成细的缩颈而易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。,其缺点是由于低熔点共晶体存在于枝晶和晶界间，常引起,热脆,。,7,含钠的变质剂,钠是变质共晶硅最有效的变质剂，生产中可以钠盐或纯金属形式加入。钠混合盐组成为NaF、NaCl、Na3AlF6等，变质过程中只有NaF起作用，其反应如下：6NaF+AlNa3AlF6+3Na,目的：一方面是降低混合物的熔点（NaF熔点992），提高变质速度和效果，另一方面对熔体中钠进行熔剂化保护，防止钠的烧损。,常用的吸附性变质剂,缺点：,钠含量不易控制，量少易出现变质不足，量多可能出现过变质；钠变质有效时间短，要加保护性措施；变质后炉内残余钠对随后生产合金的影响很大，造成熔体黏度大，增加合金的裂纹和拉裂倾向，尤其对高镁合金的钠脆影响更大；NaF有毒，影响操作者健康。,钠变质剂,8,常用的吸附性变质剂,含锶变质剂,含锶变质剂有锶盐和中间合金两种。锶盐的变质效果受熔体温度和铸造时间影响大，应用很少。目前国内应用较多的是Al-Sr中间合金。,与钠盐变质剂相比，锶变质剂无毒，具有长效性。它不仅细化初晶硅，还有细化共晶硅团的作用，对炉子污染小。但使用含锶变质剂时，锶烧损大，要加含锶盐类熔剂保护，同时合金加入锶后吸气倾向增加，易造成最终制品气孔缺陷。,锶变质剂,9,最近的研究发现，不只晶粒粒度影响铸锭的质量和力学性能，枝晶的细化程度及枝晶间的疏松、偏析、夹杂对铸锭质量也有很大影响。在结晶速度相同的情况下，枝晶细化程度可采用吸附性变质剂加以改变，形核变质剂对晶粒内部结构没有直接影响。,枝晶组织,枝晶金相图,10,原理,好的变质剂剂,首先,应能保证结晶相在衬底物质上形成尽可能小的润湿角，,其次,变质剂还应在液态金属中尽可能保持稳定，,并且,具有最大的表面积和最佳的表面特性（如表面粗糙或有凹坑等）。,因此，对不同的金属应选用不同的变质剂。例如向铸铁中加入少量硅铁、硅钙、镁、稀土；向铝硅合金中加入少量钠，向铜合金中加入少量铋和锂等。,11,工艺,ZL101属于亚共晶铝硅合金,硅含量为6.5%7.5%,大于6%,因而在熔炼过程中需要进行变质处理。铝合金变质处理一般分为3类:细化初晶(Al)或初晶硅;改变和细化共晶硅的形状;改变有害杂质相(如富铁相)的形态。,12,第一类变质处理,细化初晶(Al),细化初晶(Al)的元素常见的有钛、硼、锆、稀土等。主要是以中间合金或盐类形式加入铝合金熔液中。加入的变质剂与铝液发生反应后生成TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C等起晶粒细化作用。,细化初晶硅,对于过共晶铝硅合金,组织中存在着大块多边形及板片状共晶硅。含硅量越多,初晶硅就越多。根据铝硅合金中不同的含硅量,加入磷或含磷化合物进行细化。,13,第二类变质处理,细化共晶硅,这类变质剂的作用主要是在金属凝固过程中,由于变质剂元素的熔点较高,溶解速度较慢,合金元素在结晶过程中,其一部分高熔点元素做为共晶晶核存在,使共晶硅晶粒在成长过程中可以依附较多的晶核,从而达到细化共晶晶粒的目的。这类变质剂常见的有锶、稀土、锶稀土、铝锶中间合金等。,14,工艺&实例,铝合金变质处理所指的就是，在液相加入变质剂，将Al-Si合金中原本会生长成为针状的共晶硅，经处理后生长成球状或椭圆状，借此提高材料的强度和韧性。,15,Lets have some fun,16,求雨,人工降雨,17,人工降雨&变质处理,人工降雨的过程包括三个步骤:,one首先是干冰升华，从固态变成气态。,two干冰升华后吸收大量热量，使得空气中的水蒸气凝华形成微小的冰晶。,three空气中的水蒸气以冰晶为凝结核，继续冷凝成水滴。,18,空气中的水蒸气以冰晶为凝结核，继续冷凝成水滴。,形核变质剂是指加入,金属液,中能,作为晶核,，或虽未能作为晶核，但能与液态金属中某些元素相互作用,产生晶核,或,有效形核质点,的添加剂。,形核变质剂,19,人工降雨的关键在于形成凝结核。用干冰来人工降雨的真正原理是利用干冰升华产生的超低温，使空气中的一小部分水蒸气直接凝华形成微小冰晶，然后空气中的大量水蒸气再以微小冰晶为凝结核继续凝结成雨滴。,现在的人工降雨已经不使用干冰，而是使用碘化银。将碘化银微粒直接撒在空气中，作为凝结核促使水蒸气冷凝为雨滴。不再经过超低温的作用。,20,谢谢,21,