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铝合金的凝固和组织中的晶粒 一、 熔体的凝固过程 在半连续铸造过程中，熔体的浇铸和凝固是同时连续地进行的。对铸锭而言，冷却是分 两次实现的。一次冷却是在结晶器内完成的，熔体进入结晶器后靠结晶器导热，在结晶器内 形成一定厚度的凝固壳。此后随着铸造机下降，被拉出结晶器，遇到结晶器底部浇出的冷却 水（称之为二次冷却）从此完成凝固的全部过程。这个凝固过程在金属学中称为金属结晶。 二、 铸锭的正常晶粒组织 从理论上讲，在工业生产条件下，铸锭的晶粒组织由三个区域组成：即外层表面的细等 轴晶区，由此往里的柱状晶区和中心等轴晶区。但在实际铝合金生产中铸锭在强度大的冷却 条件下，经过Al-Ti-B 的细化处理，铝合金铸锭的组织往往全部是等轴晶。铸锭晶粒的大 小将直接影响铝加工制品的力学性能和加工性能，所以它被作为衡量铸锭质量的一个主要指 标。 三、 影响铸锭晶粒的因素 1、 熔体结晶的条件：熔体结晶有两个条件是必不可少的，其一是结晶必需要先形成 晶核，熔体中的晶核分两种。自发晶核是在低于结晶温度时，熔体由于能量起伏或液相起伏 形成的晶核。非自发晶核是外来粒子进入熔体后而形成的晶核。其二是要有过冷度才可能发 生结晶，所谓过冷度就是熔体的温度只有在冷却到低于熔点的温度下才能结晶，温度越低过 冷度越大。 2、 晶粒的细化：控制过冷度；一般情况下增大过冷度，熔体中的生核率和晶粒的长 大速度都增加，但生核速度大于晶粒的增长速度，所以一般情况下金属结晶时过冷度越大， 所得到晶粒越细小。在半连续铸造生产中增加过冷度的主要途径是有降低铸造速度使单位时 间内铸锭冷却量增加；降低冷却水的温度使单位时间内铸锭的温降增加；加大冷却水的水压 使单位时间内浇到铸锭上的水量增加使铸锭的温降增加；降低铸造温度使铸锭的结晶过程缩 短。 3、 动态细化晶粒：对熔体采用机械搅拌、电磁搅拌、超声波振动等，这样一方面可 以靠输入的能量使晶核提前生成，另一方面可以使成长中的树枝状晶破碎增加晶核的数目 （在这里就要讲一下晶粒的形成，晶粒是先有一个晶核、晶核按多个方向晶轴成长，象树枝 一样称之为枝晶，当众多的枝晶共同生长到一定程度互相顶撞，此时熔体添补到枝晶中，围 绕它形成了一个枝晶粒） 4、 变质处理细化晶粒：向熔体中加入少量的活性物质，促进熔体内部生成晶核或改 变晶粒的成长过程，在变形铝合金中一般选用Ti、Zr、B、C等作为晶粒细化剂，我公司铸 造时加入Al-Ti-B 丝就属于变质处理的方法。 四、 粗大晶粒 在宏观组织中出现的均匀或不均匀的大晶粒均称为粗大晶粒。 1、粗大晶粒的宏观组织：粗大晶粒在铸锭的低倍试片检查时很容易发现，为了便于区 别根据其直线尺寸，分别为五个级别：一级晶粒 1.17mm、 二级晶粒 1.59mm、三级晶粒2.16mm、四级晶粒2.78mm、五级晶粒3.76mm。正常 情况下铸锭的晶粒度一般控制在二级以上。有时由于工艺控制不当，铸锭中可出现超大晶粒， 其尺寸有时可以超过正常晶粒的几倍，乃至几十倍。 2、粗大晶粒产生的原因：主要原因是，当铸造冷却速度慢时过冷度小，生成晶核的数 量小，晶粒成长速度快则会产生均匀的粗大晶粒。其次是熔铸工艺的影响，如熔体过烧或局 部过热使熔体中的非自发晶核急剧熔解，结晶核减少；熔体在炉内停留时间过长，大量的非 自发晶核活性减弱；铸造温度高，熔体中的晶核生成困难，相对晶粒的增长速度增加；铸造 漏斗尺寸不合适或摆放不正和漏斗堵眼，造成液流分配不均匀，使液穴中温度不均匀，温度 高的地方晶粒成长速度快而形成大晶粒；Al-Ti-B 等细化剂加入方式不正确或在熔体中停 留时间过长，使细化效果降低。 五、 防止产生粗大晶粒的措施 1、 加强操作，严格控制熔体过烧或局部过热，熔炼过程中要加强搅拌，经常测温。 2、 防止熔体在炉内停留进间过长，一般不允许超过4 小时。如超时必须重新精炼和 增加Al-Ti-B 细化剂用量。 3、 根据实际情况选择合理的铸造温度。因为低温铸造虽然缩短了结晶时间而使铸锭 晶粒细化，但铸造温度低也会使熔体粘度增大不利于熔体中的氧化夹杂物和气体上浮和逸出， 而使铸锭产生夹渣和疏松。根据我公司的实际情况建议每年 5月-9月采用下限铸造温度， 11月-来年4 月采用上限铸造温度。 4、 铸造检查好漏斗不得有堵眼，漏斗眼尺寸因长期使用损坏，大小相差悬殊时修补 后再用。在使用时漏斗要放在中心部位. 5、 根据不同的合金合理选择Al-Ti-B 的加入量。 六、