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铝合金晶粒细化的意义
发布人:    发布时间:2016-12-21

通过各种处理来改变材料的特性和性能使之变得更为有用,这是材料工作者的重要任务和所追求的目标。铝及铝合金通常有三种晶粒组织,即等轴、柱状晶和柱状孪晶。粗大的柱状晶,特别是柱状孪晶对合金的力学性能、表面质量及组织均匀性是极有害的,等轴晶粗大时也会降低力学性能,增加铸造缺陷的几率。因此,铝加工业中往往采取各种措施对铝结晶进行细化,以抑制粗大的柱状晶和柱状孪晶的生产,使粗大的等轴晶变得更加细小且分布均匀。

概括来说,有以下几点

1、提高铝合金的强度和韧性。铝合金的晶粒越小,强度越高韧性越好。强度高是因为晶粒细小,单位面积上的晶粒数越多,晶界的总面积大,每个晶粒周围不同取向的晶粒数多,塑韧性好是因为单位体积的晶粒多,变形可能在更多的晶粒中发生,且比较均匀,减少了应力集中,即使金属受到大的塑性变形也不会断裂。因此金属强化的诸多方法中,细化晶粒是唯一能够增强强度和提高韧性的有效方法,而其他的方法一般都是在提高强度的同时降低塑韧性。

2、消除柱状晶和羽毛状晶组织。

3、减少内部缩孔、缩松、气孔、热裂和偏析倾向,改善铝制品的内在质量。

4、提高铝志平的延展性,为铸造后续加工中的塑性变形带来更大的灵活性,减少加工过程中的表面缺陷。

5、在铝型材的压延过程中,在保证产品质量的前提下可提高压延速率和生产率,压延模具和辅助设备的使用寿命。

6、提高铝制品的表面处理工艺心梗,改善表面质量。

早在20世界三四十年代,人们已经发现晶粒细化可以改善铝合金的各种性能。此后,学术界和工业界就晶粒细化对性能的影响及细化方法和细化原理进行了大量研究,形成了一个专门的领域,对提高生产效率和产品质量、促进铝加工业的发展起到了极大的推动作用。晶粒细化已成为现代铝加工业中不可缺少的一道重要工序。

金属或者合金晶粒的大小(晶粒度)是由凝固时的晶核数、晶粒长大过程中枝晶的游离和增值情况以及凝固后的固态处理条件等因素决定的。广义上讲,凡是能够促进金属晶粒由粗大变为细小的工艺都可以统称为晶粒细化处理。但在通常情况下,晶粒细化往往通过孕育处理来实现。所谓孕育处理是指向金属熔体重引入少量生核剂,通过强化非均质生成核而达到在基本不改变合金成分的情况下获得细小等轴晶组织的工艺过程。例如,向工业纯铝中引入0.2%的Al-5Ti-1B中间合金,可以使原始粗大的晶粒变为细小的等轴晶。孕育处理这一提法在褐色金属铸造中比较常见,如灰口铸铁的孕育处理,但在铝加工行业却通常称之为细化处理,其实两者原理基本相同,都是通过促进非均质生核来细化晶粒的工艺过程。

提及变质处理的概念,是因为它常常与孕育处理和细化处理一起出现,概念容易混淆。所谓变质处理,是指向金属熔体重引入少量的变质剂(一般为表面活性元素),通过改变警惕的生长机理来达到改善晶体形貌和提高合金力学性能的工艺过程。例如,在亚共晶Al-Si合金中音符微量(0.04%左右)的锶S,可以使粗片状的共晶Si变为分枝细密的珊瑚状形貌,从而显著提高该合金的强度和韧性。

从铸造技术的观点综合考虑,铝合金的晶粒大小主要受生核剂、熔体扰动、合金成分和冷却条件4个方面因素的影响、他们之间互相影响,只要把这4个因素综合利用好,就能够有效地控制金属的结晶过程,即控制好生核率和长大速率这两个结晶参数,达到细化晶粒的目的。

另外,变形铝合金的晶粒细化,也可以通过塑性变形和热处理来实现。而许多铸造铝合金的晶粒细化,则不可能采取这种塑性加工的办法来达到。虽然采用变形和热狐狸的手段可以起到一定的作用,甚至实现晶粒超细化,但最有效且简便的方法是采用熔体处理法,使其由也太结晶转变成微细晶粒组织。


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