鋁合金的變質問題分析及處理辦法

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　　鑄錠組織的不均勻性集中的影響到鑄錠的性能，用于鍛造、軋制和擠壓的鑄錠特別不希望降低合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）工藝塑性的柱狀組織。通常，具有細小晶粒組織、細微的晶粒內部結構和過剩相均勻分布的合金具有最好的鑄態(tài)性能和最高的壓力加工塑性。采用增大冷卻速度、低溫澆注、超聲波振蕩鑄造、電磁鑄造等措施均有利于獲得上述理想組織，但這些辦法均有局限性，只有對合金采取變質處理才是調整鑄錠組織的根本手段。

　　一、變質處理概述

　　所謂變質處理就是在少量的專門添加劑(變質劑)的作用下改變鑄態(tài)合金組織，使金屬或合金的組織分散度提高的過程。目前，這種處理方法的技術術語很不統(tǒng)一，有的叫細化處理，還有的叫孕育處理。變質處理的分類也各不一樣。有人根據(jù)金屬及合金的最終組織變化特征將變質處理分為三類：把改變初生樹枝晶和其他初生晶尺寸的處理叫第一類變質處理，把改變初生樹枝晶內部結構的處理叫第二類變質處理，把改變共晶組織的處理叫第三類變質處理。也有人根據(jù)變質劑的作用特性，把變質處理分為三類四組(見表2—5—3)。還有人按對結晶著的合金的物理作用和冶金作用來分類。顯然，這些概念之間的界限是很難區(qū)分的。本手冊把變質處理理解為金屬及合金鑄錠組織彌散度的提高。

　　表2—5—3變質劑的類別及其作用特性

　　目前，有各種說明變質處理過程的理論，其中，比較著名的有晶核形成論、碳化物論、包晶反應論、原子結構論等，但其中沒有一種理論可以全面地說明這種過程。這是因為，第一，變質處理過程很復雜，既與熔煉（詞條“熔煉”由行業(yè)大百科提供）條件有關，也與鑄造條件有關;第二，不可控制的雜質有影響，鋁合金中的某些元素的相互作用也有影響，它們增強或減弱晶粒細化的效果。

　　按照晶核形成理論的觀點，晶粒細化是因為存在晶核，熔體是在晶核上開始結晶的。這些質點可能是過渡金屬的碳化物、硼化物和鋁化物，它們的晶格常數(shù)與鋁固溶體的晶格常數(shù)(4.04Α)相近(見表2—5—4)。根據(jù)該理論，作為變質劑加入的添加劑應該滿足以下要求：①在高溫下化學成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩(wěn)定性;②添加劑的熔點應比鋁的高;③添加劑和鋁的晶格在結構及尺寸上應相適應;④與被處理的熔體原子形成強而有力的吸附鍵。

　　目前，除鋁薄板和鋁箔生產企業(yè)仍有采用鋁-鈦添加劑外，國內變形鋁合金材料生產企業(yè)普遍采用鋁-鈦-硼添加劑(線材或餅狀)進行變質處理。另外，新開發(fā)的鋁-鈦-硼-稀土變質劑和鋁-鈦-碳變質劑也已推廣使用。

　　表2—5—4碳化物、硼化物及鋁化物的晶格常數(shù)

　　注：①鋁是被細化對象，鈉是鋁-硅合金變質劑，為方便比較，其數(shù)據(jù)一起列出。