电弧高温作用下制备Al-Ti-C中间合金工艺研究

发布时间：2020-05-17 03:09

【摘要】：晶粒细化可以提高金属的强度,增强其组织的均匀性。通过添加晶粒细化剂对铝及铝合金组织进行晶粒细化,因其工艺简单、晶粒细化效果优异,广泛应用于工业生产。细化剂种类有很多,其中Al-Ti-B是生产中应用比较广泛的细化剂。相对于Al-Ti-B,Al-Ti-C能够细化含Zr、Cr、Mn等元素的高强铝,且有更好的细化效果,并且能够克服Al-Ti-B细化过程中的缺点。Al-Ti-C中间合金难以制备的主要原因是C在Al中的溶解度极低,容易漂浮到Al液的表面吸附氧阻碍C与Ti反应生成Ti C。本文采用电弧产生的瞬间高温来制备Al-Ti-C中间合金。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)、金相显微镜(OM)等研究分析了电弧高温制备的Al-Ti-C及其对工业纯铝的细化效果。研究电弧高温作用下制备Al-Ti-C中间合金物相组成和组织形貌。电弧高温作用下Ti、C均匀分布在铝液中,电弧产生的瞬间温度可以达到1500~o C,在Al-Ti-C体系形成局部高温区域,促进C和Ti发生反应生成Ti C。研究原料对Al-Ti-C中间合金的影响。电弧高温作用下制备Al-Ti-C分别选取石墨和C粉作为研究对象。石墨作为原料比C粉作为原料制备的Al-Ti-C中含有更多数量的Ti Al_3和Ti C,且没有C的残留。电弧高温作用下添加Ti C制备的Al-Ti-C中生成较少数量的Ti Al_3和聚集一块的Ti C,则Ti C作为原料是不可取的。研究石墨预处理、铝液温度、电流、Ti/C比例、保温时间等条件对制备的Al-Ti-C中间合金的影响。石墨预处理能够增加Al和C之间的润湿性,加大C在Al-Ti-C中的流动性。不同铝液温度下电弧高温制备Al-Ti-C的组成结构和物相尺寸都有较大区别。800~o C到900~o C之间,Ti Al_3的尺寸随着温度的升高变大,Ti Al_3和Ti C的含量随着温度的升高减少。电流为25A,Al-Ti-C中只含有Al和溶解在铝熔体的Ti。电流为50A,Al-Ti-C中含有Ti Al_3和较少数量的Ti C。电流为75A,电弧释放的温度能够促进Al-Ti-C体系反应生成Ti Al_3和Ti C。电流为100A,电弧释放的瞬间温度过高,制备的Al-Ti-C中含有Ti C和较少数量的Ti Al_3。实验结果表明,经过10%HF处理的石墨、钛粉在电流为75A、温度为800~o C等条件下制备的Al-Ti-C中间合金效果最好。电弧高温制备的Al-Ti-C加入到工业纯铝中,分析细化效果。加入Al-Ti-C后的工业纯铝晶粒由原先800μm细化到90μm。研究细化剂的添加量、温度、保温时间、坩埚对工业纯铝细化的影响。当细化剂添加量为0.4%、温度为740~oC、保温时间30min时工业纯铝的细化效果最好。Al-Ti-C细化后的工业纯铝中出现了的“晕圈”结构。“晕圈”结构有助于工业纯铝的细化,主要原因是晶粒生长前沿的“晕圈”内部存在着有效形核,对周围的晶粒生长起到抑制作用,从而产生细化效果。
【图文】：

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图 1.1 包晶反应过程的示意图释 Al-Ti 中间合金的细化过程，也可以解解，细化效果衰减等问题，但是无法解释问题[64]。现，细化晶粒内部存在 TiC 或 TiB2粒子时来。Maxwell[71]研究发现当铝熔体内部 Ti ，并在晶粒中心发现了 TiAl3颗粒。有些适合作为金属内部晶粒的形核基底，但是，不能稳定存在。所以，复相形核理论在的条件下。刘相法等人研究发现不同尺就 TiAl3的形貌来说块状 TiAl3的细化效果研究者研究发现板条状的 TiAl3最快溶解iAl3溶解速度和形貌的对应关系也说明 T

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电弧高温作用下制备 Al-Ti-C 中间合金工艺研究的 Al-Ti-C 作为细化剂对工业纯铝细化。首先把的氧化铝坩埚(或石墨坩埚)中，熔化工业纯铝，。然后按比例加入细化剂(制备的 Al-Ti-C 中间合金，搅拌使其反应完全。测定温度，，保温一段时间中。截取试样，经砂纸研磨、抛光、腐蚀后用数定晶粒大小。量分别为 0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%0min、40min。图如图 2.1 所示
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】