晶粒细化剂应用及其Zr“中毒”机理研究

论文摘要

在铝合金熔铸过程中添加Al-Ti-B/C晶粒细化剂是使合金得到均匀细小等轴晶粒的重要方法之一。晶粒细化能很好的改善铝合金的综合性能,得到多种所需材料特性。然7050铝合金中所含具有降低合金淬透性、淬火敏感性的Zr元素的存在却严重影响晶粒细化剂细化性能的发挥。本文采用配带能谱仪（EDS）的扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）以及金相显微镜（OM）等工具分别研究了Al-5Ti-1B与Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对基于1050铝合金PS版各种性能的影响,以及晶粒细化剂Zr中毒的机理与晶粒细化剂的添加所对7050铝合金微观组织结构、性能的影响规律,得到以下结论：（1）探明了两种不同晶粒细化剂对1050铝合金PS版各种性能的影响。添加Al-5Ti-1B晶粒细化剂的合金能够得到晶粒尺寸相对细小的合金,然添加晶粒细化剂种类的不同造成其合金中第二相（富铁、硅相）的分布也有差别,在添加Al-5Ti-1B晶粒细化剂的合金中,第二相主要集中在晶界,而在添加有Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的合金其第二相都出现在晶粒内部。第二相分布的差异导致了两种合金对腐蚀反应的严重差异：添加有Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的轧制1050铝基PS版较添加有Al-5Ti-1B晶粒细化剂的合金经腐蚀所得到的砂目更加均匀、细密。（2）揭示了Al-Ti-B与Al-Ti-C晶粒细化剂的Zr“中毒”机理。两种晶粒细化的Zr中毒,均因晶粒细化剂中起到重要作用的Ti元素以及Al3Ti与Al3Zr容易团聚成块,影响了Al3Ti/Ti的分散与分解,使得TiB2/TiC粒子依靠余量Ti元素或是Al3Ti发挥重要细化作用的晶粒细化机制被打破,从而影响了晶粒细化剂细化作用的发挥,最终出现Zr“中毒”。（3）阐明了Al3Zr与Al3Ti以及Ti元素容易团聚成块的原因。边-边匹配理论（E2EM）计算结果显示Al3Zr与Al3Ti以及Ti之间具有多组可能的位向关系,而两个相之间位向关系多意味着在合金熔体当中二者容易因其结合能小而团聚。（4）揭示了7050铝合金在高温、低温模具中的晶粒细化性能表现以及晶粒尺寸大小对合金性能的影响规律。Al-5Ti-0.2C在7050铝合金中的晶粒细化性能无论在高温还是低温其均强于Al-5Ti-1B。第二相粒子的大量加入,会导致7050合金的硬度上升而峰值应力以及延伸率均下降。同时也显示在含Zr的7050铝合金当中,少量的晶粒细化剂（0.2%wt）反而会发生Zr与晶粒细化剂相互“中毒”使得晶粒尺寸长大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 非均匀形核动力学
• 1.2 晶粒细化机理
• 1.2.1 相图/包晶理论
• 1.2.2 碳化物/硼化物粒子理论
• 1.2.3 双相形核理论
• 1.2.4 合金元素理论
• 1.3 细化性能消退与中毒现象
• 1.4 边-边匹配理论（E2EM）
• 1.4.1 边-边匹配模型假设
• 1.4.2 位向关系预测
• 1.5 本论文研究的内容及意义
• 第二章 晶粒细化剂对1050铝基PS版性能影响研究
• 2.1 实验原料与试验方法
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 合金金相显微组织
• 2.2.2 第二相分布
• 2.2.3 极化曲线与位错蚀坑
• 2.2.4 力学性能
• 2.3 分析讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂Zr中毒机理
• 3.1 实验材料与方法
• 3.2 实验结果
• 3.3 分析与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 晶粒细化剂对7050铝合金组织性能影响
• 4.1 实验材料与方法
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 铸态组织观察
• 4.2.2 均匀化态组织观察与分析
• 4.2.3 变形时效组织观察与分析与力学性能检测
• 4.3 分析与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附1
• 附2
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果