高效Al-Ti-B细化剂制备工艺及其细化机理研究

发布时间：2017-09-29 12:32

  本文关键词：高效Al-Ti-B细化剂制备工艺及其细化机理研究

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【摘要】：Al-5Ti-B中间合金细化性能好,制备工艺简单,被广泛应用于工业生产。由于受制备工艺制约,Al-5Ti-B中间合金组织中存在TiB2相尺寸偏大和团聚,导致其不能满足高性能铝合金晶粒细化的要求。同时,Al-5Ti-B中间合金细化机理也没有定论,主要以TiAl_3发生包晶反应以及过剩的Ti和TiB_2以某种方式共同作为形核核心为理论基础。因此,优化Al-5Ti-B中间合金制备工艺并研究其第二相的相变过程,对提高Al-5Ti-B中间合金的细化性能具有重要的实用价值和理论意义。针对以上问题,本文提出了氟盐的质量与温度之间的关系式,利用关系式来确定合金化温度,同时,研究了氟盐粒度、加料速度及加料比例等工艺参数对Al-5Ti-B中间合金第二相尺寸、分布和细化效果的影响。另外,分析了电磁和超声波搅拌对Al-5Ti-B中间合金洁净度和细化效果的影响。最后,研究了在不同温度下利用DSC对Al-5Ti-B中间合金及其细化后的纯铝进行差热分析,并在此基础上提出可能的晶粒细化机理。结果表明,在加料速度以及外部环境一定的情况下,利用关系式来确定合金化温度,降低了氟盐的烧损。同时,3次加料可以获得更高Ti,B实收率的Al-5Ti-B中间合金。粒度在56μm以下的氟盐所制备的Al-5Ti-B中间合金可将高纯铝晶粒细化至900μm左右。两次加料中加料速度为27和11.4g/min时制备的Al-5Ti-B中间合金中TiB2粒子尺寸较小且分布弥散,相比于189和80g/min,细化效果提高约10%。KBF_4和K_2TiF_6的两次加料比例分别为0:1和1.09:1进行加料制备的Al-5Ti-B中间合金中TiB_2粒子弥散且尺寸细小,约80-120nm,可将高纯铝晶粒细化至430μm左右。对熔体施加150V搅拌电压搅拌10min,可使熔体的洁净度大幅提升,并使Al-5Ti-B中间合金的TiB2粒子团基本趋于弥散,制备的Al-5Ti-B中间合金可将工业纯铝晶粒细化至390μm左右。对熔体进行80s超声搅拌处理后,Al-5Ti-B中间合金中TiAl3粒子尺寸减小至10μm,TiB2相粒子团聚现象基本消失。频率为20K超声处理80s后制备的Al-5Ti-B中间合金细化效果最好,可将高纯铝晶粒细化至580μm左右。Al-5Ti-B中间合金在2和10℃/min的速度下凝固时发生了包晶反应,融化时没有出现包晶反应。细化后的纯铝在2和10K/min的升降温过程中,均未发现包晶反应,可以推断Al-5Ti-B中间合金的细化机制主要由TiAl_3分解产生的高浓度的Ti与TiB_2粒子共同作用。
【关键词】：加料速度 氟盐 差热分析 相变 包晶反应
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TG292
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 Al-Ti-B细化剂的制备方法11-13
• 1.2.1 氟盐反应法11-12
• 1.2.2 氧化物反应法及元素混合法12
• 1.2.3 电解法12
• 1.2.4 自蔓延高温合成法12-13
• 1.2.5 机械合金化及快速凝固法13
• 1.3 Al-Ti-B细化剂的细化机理13-15
• 1.3.1 硼化物理论13
• 1.3.2 包晶反应理论13-14
• 1.3.3 粒子理论14
• 1.3.4 超形核理论14-15
• 1.3.5 二重形核理论15
• 1.4 电磁搅拌在Al-Ti-B细化剂制备中的应用15-16
• 1.5 高能超声波在金属凝固领域的应用16-17
• 1.6 本文的主要研究内容17-20
• 第2章 实验材料及方法20-26
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验方案20-24
• 2.2.1 合金化温度及加料次数的确定21-22
• 2.2.2 氟盐粒度、加料速度和加料比例的确定22-23
• 2.2.3 Al-5Ti-B熔体处理工艺23-24
• 2.2.4 Al-5Ti-B和细化后纯铝的差热分析24
• 2.3 实验设备24-25
• 2.4 实验分析方法25-26
• 2.4.1 显微组织分析25
• 2.4.2 细化性能分析25-26
• 第3章 Al-5Ti-B中间合金制备工艺参数的优化26-42
• 3.1 合金化温度及加料次数的确定26-31
• 3.1.1 合金化温度的确定26-27
• 3.1.2 加料次数对Al-5Ti-B中间合金成分及细化效果的影响27-29
• 3.1.3 Al-5Ti-B中间合金物相分析29-31
• 3.2 氟盐粒度、加料速度和加料比例的确定31-41
• 3.2.1 氟盐粒度对Al-5Ti-B中间合金组织及实收率的影响31-33
• 3.2.2 氟盐粒度对Al-5Ti-B中间合金细化效果的影响33-34
• 3.2.3 加料速度对Al-5Ti-B中间合金组织及实收率的影响34-36
• 3.2.4 加料速度对Al-5Ti-B中间合金细化效果的影响36-37
• 3.2.5 加料比例对Al-5Ti-B中间合金组织及实收率的影响37-39
• 3.2.6 加料比例对Al-5Ti-B中间合金细化效果的影响39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 Al-5Ti-B中间合金熔体处理工艺优化42-59
• 4.1 电磁搅拌对Al-5Ti-B中间合金组织及细化效果的影响42-45
• 4.1.1 电磁搅拌对Al-5Ti-1B中间合金成分的影响42-43
• 4.1.2 电磁搅拌对Al-5Ti-B中间合金显微组织的影响43-45
• 4.1.3 电磁搅拌对Al-5Ti-B中间合金细化效果的影响45
• 4.2 超声波搅拌对Al-5Ti-B中间合金组织和细化效果的影响45-53
• 4.2.1 超声波处理时间对Al-5Ti-B中间合金显微组织的影响46-48
• 4.2.2 超声波处理时间对Al-5Ti-B中间合金细化效果的影响48-49
• 4.2.3 超声波频率对Al-5Ti-B中间合金显微组织的影响49-51
• 4.2.4 超声波频率对Al-5Ti-B中间合金细化效果的影响51-53
• 4.3 Al-5Ti-B中间合金细化机理分析53-58
• 4.3.1 Al-Ti合金的包晶反应53-55
• 4.3.2 Al-5Ti-B中间合金在不同温度下的相变过程55-57
• 4.3.3 细化后的纯铝在不同温度下的相变过程57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 结论59-60
• 参考文献60-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：942068