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合金中的变质处理 ——以铝硅合金为例 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。 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。 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。　 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。 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。 　　 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。 常用的吸附性变质剂 　 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+Al→Na3AlF6+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 　 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。 原理 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α(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。 第一类变质处理 细化初晶α(Al) 细化初晶α(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。 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。 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。 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。 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。 * * importance 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 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 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 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