SHS法制备Al-Ti-C晶粒细化剂及其细化机理研究

摘要

本文采用SHS法来制备Al-Ti-C晶粒细化剂的。Al-Ti-C是一种高效的铝及其合金晶粒细化剂，具有优异的细化效果和抗细化衰减能力，并对含Zr、Cr、Mn、V等元素的铝合金有“中毒免疫”作用，成为取代Al-Ti-B的新一代晶粒细化剂。 以Al-Ti-C晶粒细化剂为研究对象，采用理论计算与实验研究相结合的方法，以熔体反应条件对晶粒细化剂微观组织的影响规律进行了研究，同时，对工业纯铝和铝硅合金做了一系列的细化及变质实验，研究了Al-Ti-C晶粒细化剂对纯铝的细化效果以及与Al-Sr变质剂联合作用下对铝硅合金组织的影响规律，确定最佳的工艺参数。研究工作的主要内容与研究结论： 1.采用SHS技术成功地制备了Al-Ti-C晶粒细化剂，研究了晶粒细化剂合成过程中熔体反应条件对晶粒细化剂微观组织的影响规律。当组织中同时存在细小的块状TiAl3和颗粒状的TiC相，而且分布比较均匀时，细化效果为最佳。从实验中我们可以得出，最佳的Al加入量为30(wt％)，合理的制备温度为800℃，最佳的保温时间为10min； 2.通过Al-Ti-C晶粒细化剂对纯铝的细化实验，研究了不同添加量、不同碳含量、不同制备温度下的Al-Ti-C晶粒细化剂对纯铝的细化效果。从实验中，我们可以得出：添加量为0.2(wt％)的Al5Ti0.25C在制备温度为800℃时，其细化效果最好； 3.通过Al-Ti-C晶粒细化剂和Al-Sr变质剂对ZL101合金的细化变质实验，研究了单独加入晶粒细化剂、单独加入变质剂和同时加入细化剂与变质剂时对ZL101合金和Al12Si合金组织的影响规律。从实验中，我们得出：对于ZL101合金，单独加入变质剂，硅相由针片状转化为均匀而细小的纤维状，同时促使了α-Al枝晶的形核生长，合理的加入量为0.2(wt％)；单独加入晶粒细化剂，α-Al枝晶组织进一步被细化，对共晶硅的作用不大，最佳的加入量为0.2(wt％)；对于Al12Si合金，单独加入晶粒细化剂，细化效果比较明显，随着添加量的增加，Si相逐渐从针片状向短棒状和球状转化；同时加入0.2(wt％)的晶粒细化剂和0.2(wt％)的变质剂，变质效果提高不是很大，但是α-Al枝晶被粗化了，主要是由于Sr的加入促进了α-Al的形核，为了达到单独加入时的效果，需要提高细化剂的添加量。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1引言

1.2自蔓延高温合成技术介绍

1.2.1自蔓延高温合成技术

1.2.2 SHS技术的发展历史与应用

1.2.3 SHS技术的发展趋势

1.2.4 SHS法制备Al-Ti-C晶粒细化剂

1.3晶粒细化剂的作用与研究进展

1.3.1晶粒细化剂的作用

1.3.2晶粒细化剂的研究进展

1.4晶粒细化的方法

1.5晶粒细化机理的发展

1.6 Al-Ti-C晶粒细化剂合金的合成

1.7本文的研究意义和研究内容

1.7.1本文的研究意义

1.7.2本文的研究内容

第二章Al-Ti-C晶粒细化剂的制备实验研究

2.1引言

2.2热力学分析

2.2.1 SHS反应绝热温度的理论基础

2.2.2 SHS反应剂绝热温度的计算

2.2.3 SHS过程相关反应及热力学分析

2.3实验材料与设备

2.3.1实验材料

2.3.2实验设备

2.4实验方案

2.4.1实验流程

2.4.2实验方法

2.5实验结果分析

2.5.1铝加入量对SHS反应物微观组织的影响

2.5.2制备温度对SHS反应物微观组织的影响

2.5.3保温时间对SHS反应物微观组织的影响

2.5.4 SHS合成Al-Ti-C晶粒细化剂合金组织的形成机理

2.6本章小结

第三章Al-Ti-C晶粒细化剂对纯铝的细化实验研究

3.1引言

3.2细化实验方法

3.2.1细化性能测试方法的介绍

3.2.2本实验细化方法

3.3实验结果与分析

3.3.1加入晶粒细化剂对组织的影响

3.3.2不同碳含量的Al-Ti-C晶粒细化剂的细化效果比较

3.3.3不同添加量的Al-Ti-C晶粒细化剂的细化效果比较

3.3.4不同制备温度下的晶粒细化剂的细化效果比较

3.4 Al-Ti-C晶粒细化剂细化机理探讨

3.4.1细化理论的探讨

3.4.2 α-Al结晶核心与形核机制

3.5本章小结

第四章Al-Si合金的细化与变质实验研究

4.1引言

4.2实验材料与设备

4.2.1实验材料

4.2.2实验设备

4.3实验方法

4.4实验结果与分析

4.4.1 Sr变质对实验合金组织和性能的影响

4.4.2 Al-Ti-C细化剂对实验合金组织和性能的影响

4.4.3同时添加Al-Ti-C和Al-Sr时对实验合金组织和性能的影响

4.5铝硅合金的细化与变质机理探讨

4.5.1铝硅合金的细化机理探讨

4.5.2铝硅合金的变质机理探讨

4.6本章小结

第五章结论

参考文献

致谢