1、合金中的變質(zhì)處理,以鋁硅合金為例,簡介,理想的鑄錠組織是鑄錠整個截面上具有均勻、細小的等軸晶。這是因為等軸晶各向異性小，加工時變形均勻、性能優(yōu)異、塑性好，利于鑄造及隨后的塑性加工。要得到這種組織，通常需要對熔體進行細化處理。凡是能促進形核、抑制晶粒長大的處理，都能細化晶粒。變質(zhì)處理是鋁工業(yè)生產(chǎn)中常用于細化晶粒的方法之一。,定義,變質(zhì)處理： 向金屬液中添加少量變質(zhì)劑，促進液體金屬內(nèi)部生核或改變晶體成長過程的一種方法。,提高材料性能,原理,形核變質(zhì)劑是指加入金屬液中能作為晶核，或雖未能作為晶核，但能與液態(tài)金屬中某些元素相互作用產(chǎn)生晶核或有效形核質(zhì)點的添加劑。,變質(zhì)劑,生產(chǎn)中常用的變質(zhì)劑有形核變質(zhì)劑

2、和吸附變質(zhì)劑。,變質(zhì)前后,原理,在澆注前，將一些細小的形核變質(zhì)劑加入到液態(tài)金屬中,會在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，促進金屬液非均勻形核，從而獲得細小的鑄造晶粒，達到細化晶粒,改善組織形態(tài)的目的。,常用的形核變質(zhì)劑,Al-Ti-B是目前國內(nèi)公認的最有效的細化劑之一。Al-Ti-B與Re、Sr等元素共同作用，其細化效果更佳。,鋁合金一般選含Ti、Zr、B、C等元素的化合物作晶粒細化劑。,Al-Ti是傳統(tǒng)的晶粒細化劑，Ti在Al中包晶反應生成TiAl3，TiAl3與液態(tài)金屬接觸的（001）和（011）面是鋁凝固時的有效形核基面，增加了形核率，從而使結(jié)晶組織細化。,鋁鈦硼絲變質(zhì)劑,原理

3、,吸附變質(zhì)劑的特點是熔點低，能顯著降低合金的液相線溫度；原子半徑大，在合金中固溶量小。在晶體生長時，吸附變質(zhì)劑富集在相界面上，阻礙晶體長大，又能形成較大的成分過冷，使晶體分枝形成細的縮頸而易于熔斷，促進晶體的游離和晶核的增加。 其缺點是由于低熔點共晶體存在于枝晶和晶界間，常引起熱脆。,含鈉的變質(zhì)劑 鈉是變質(zhì)共晶硅最有效的變質(zhì)劑，生產(chǎn)中可以鈉鹽或純金屬形式加入。鈉混合鹽組成為NaF、NaCl、Na3AlF6等，變質(zhì)過程中只有NaF起作用，其反應如下：6NaF+AlNa3AlF6+3Na 目的：一方面是降低混合物的熔點（NaF熔點992），提高變質(zhì)速度和效果，另一方面對熔體中鈉進行熔劑化保護，防止

4、鈉的燒損。,常用的吸附性變質(zhì)劑,缺點： 鈉含量不易控制，量少易出現(xiàn)變質(zhì)不足，量多可能出現(xiàn)過變質(zhì)；鈉變質(zhì)有效時間短，要加保護性措施；變質(zhì)后爐內(nèi)殘余鈉對隨后生產(chǎn)合金的影響很大，造成熔體黏度大，增加合金的裂紋和拉裂傾向，尤其對高鎂合金的鈉脆影響更大；NaF有毒，影響操作者健康。,鈉變質(zhì)劑,常用的吸附性變質(zhì)劑,含鍶變質(zhì)劑 含鍶變質(zhì)劑有鍶鹽和中間合金兩種。鍶鹽的變質(zhì)效果受熔體溫度和鑄造時間影響大，應用很少。目前國內(nèi)應用較多的是Al-Sr中間合金。,與鈉鹽變質(zhì)劑相比，鍶變質(zhì)劑無毒，具有長效性。它不僅細化初晶硅，還有細化共晶硅團的作用，對爐子污染小。但使用含鍶變質(zhì)劑時，鍶燒損大，要加含鍶鹽類熔劑保護，同時合

5、金加入鍶后吸氣傾向增加，易造成最終制品氣孔缺陷。,鍶變質(zhì)劑,最近的研究發(fā)現(xiàn)，不只晶粒粒度影響鑄錠的質(zhì)量和力學性能，枝晶的細化程度及枝晶間的疏松、偏析、夾雜對鑄錠質(zhì)量也有很大影響。在結(jié)晶速度相同的情況下，枝晶細化程度可采用吸附性變質(zhì)劑加以改變，形核變質(zhì)劑對晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有直接影響。,枝晶組織,枝晶金相圖,原理,好的變質(zhì)劑劑首先應能保證結(jié)晶相在襯底物質(zhì)上形成盡可能小的潤濕角，其次變質(zhì)劑還應在液態(tài)金屬中盡可能保持穩(wěn)定，并且具有最大的表面積和最佳的表面特性（如表面粗糙或有凹坑等）。 因此，對不同的金屬應選用不同的變質(zhì)劑。例如向鑄鐵中加入少量硅鐵、硅鈣、鎂、稀土；向鋁硅合金中加入少量鈉，向銅合金中加入少

6、量鉍和鋰等。,工藝,ZL101屬于亞共晶鋁硅合金,硅含量為6.5%7.5%,大于6%,因而在熔煉過程中需要進行變質(zhì)處理。鋁合金變質(zhì)處理一般分為3類:細化初晶(Al)或初晶硅;改變和細化共晶硅的形狀;改變有害雜質(zhì)相(如富鐵相)的形態(tài)。,第一類變質(zhì)處理,細化初晶(Al) 細化初晶(Al)的元素常見的有鈦、硼、鋯、稀土等。主要是以中間合金或鹽類形式加入鋁合金熔液中。加入的變質(zhì)劑與鋁液發(fā)生反應后生成TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C等起晶粒細化作用。,細化初晶硅 對于過共晶鋁硅合金,組織中存在著大塊多邊形及板片狀共晶硅。含硅量越多,初晶硅就越多。根據(jù)鋁硅合金中不同的含硅量,加入磷或含磷化合

7、物進行細化。,第二類變質(zhì)處理,細化共晶硅 這類變質(zhì)劑的作用主要是在金屬凝固過程中,由于變質(zhì)劑元素的熔點較高,溶解速度較慢,合金元素在結(jié)晶過程中,其一部分高熔點元素做為共晶晶核存在,使共晶硅晶粒在成長過程中可以依附較多的晶核,從而達到細化共晶晶粒的目的。這類變質(zhì)劑常見的有鍶、稀土、鍶稀土、鋁鍶中間合金等。,工藝&實例,鋁合金變質(zhì)處理所指的就是，在液相加入變質(zhì)劑，將Al-Si合金中原本會生長成為針狀的共晶硅，經(jīng)處理后生長成球狀或橢圓狀，借此提高材料的強度和韌性。,Lets have some fun,人工降雨,人工降雨&變質(zhì)處理,人工降雨的過程包括三個步驟: one首先是干冰升華，從固態(tài)變成氣態(tài)。 two干冰升華后吸收大量熱量，使得空氣中的水蒸氣凝華形成微小的冰晶。 three空氣中的水蒸氣以冰晶為凝結(jié)核，繼續(xù)冷凝成水滴。,形核變質(zhì)劑,人工降雨的關(guān)鍵在于形成凝結(jié)核。用干冰來人工降雨的真正原理是利用干冰升華產(chǎn)生的超低溫，使空氣中的