Al-Ti-B、Al-Ti-C中间合金细化铝及铝合金机制研究

论文摘要

Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C是工业生产中最常用的两种铝合金中间合金晶粒细化剂，它们对铝合金良好的晶粒细化效果已被大量应用事实所证明，但两种中间合金的晶粒细化机制还有待于深入研究。已经提出的一些细化机制能够解释细化过程中的一些现象，但这些机制往往缺乏直接的证据，各种细化机制之间甚至存在一些相互矛盾之处。本文研究了不同细化条件下晶粒的形核与生长过程，分析了中间合金加入熔体后晶粒形核与生长的机制、以及合金元素和浇注温度对细化行为的影响。用中间合金晶粒细化剂细化高纯铝，对细化后的试样进行电解抛光及腐蚀，用场发射扫描电镜观察了细化后的晶粒形貌及位于晶粒内部的Ti元素浓度梯度分布—“晕圈”结构和“晕圈”结构内部作为形核基底的TiB2和TiC粒子团，分析了中间合金细化高纯铝时晶粒形核与生长的机制。结果表明，Ti元素能够偏聚在TiB2和TiC粒子团表面，降低在此处形核所需的形核功，随着温度降低，富Ti的α-Al晶粒核心在TiB2和TiC粒子团表面形成并长大，凝固后形成“晕圈”结构，剩余熔体以“晕圈”结构为基底结晶生长。TiB2和TiC粒子团所形成的“晕圈”结构形状存在明显差异，但对于高纯铝，这种差异不会导致细化效果及晶粒形貌的不同。用中间合金细化含有不同合金元素的铝合金，通过分析合金元素的含量及种类对细化效果的影响，研究了在合金元素存在的条件下中间合金的晶粒细化机制。结果表明，合金元素通过成分过冷因子、生长抑制因子、离异共晶相、熔体过热度等因素来影响晶粒的形核与生长，其中离异共晶相的影响起了主导作用。当合金元素存在时，“晕圈”结构的形状对晶粒形貌有显著影响。用中间合金细化工业纯铝，通过分析在不同浇注温度下的晶粒细化效果，研究了浇注温度对中间合金细化晶粒行为的影响。结果表明，浇注温度通过影响参与形核的TiB2和TiC粒子数量以及凝固时间来影响晶粒的形核与生长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究概述
• 1.2.1 中间合金细化铝合金过程中的主要特点
• 1.2.2 中间合金晶粒细化理论
• 1.2.3 合金元素的作用
• 1.3 本课题研究目的和研究内容
• 第2章 实验及研究方法
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 实验设计
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 主要实验参数
• 第3章 Al-Ti-B、Al-Ti-C 中间合金细化高纯铝的机制分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 TiB2和 TiC 粒子的利用率
• 3.3.2 晶粒形核及生长过程
• 3.3.3 “晕圈”结构的形状差异
• 3.3.4 晶界部位的“晕圈”结构及颗粒对晶粒细化的作用
• 3.4 本章结论
• 第4章 合金元素对细化作用的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 合金元素对晶粒形貌和尺寸的影响
• 4.3.2 合金元素对晶粒形核的影响
• 4.3.3 合金元素对晶粒生长的影响方式
• 4.3.4 不同合金元素对晶粒生长影响差异的分析
• 4.4 本章结论
• 第5章 浇注温度对 Al-Ti-B、Al-Ti-C 中间合金细化效果的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验结果
• 5.3 分析与讨论
• 5.4 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果