回转水纺丝工艺及其在铝合金线材制备中的应用

摘要

回转水纺丝法是快速凝固工艺的一种，该方法可以用于制备具有很高连续性和圆整度的线材，并且能够改善合金微观组织，提高材料的性能。 本文中自行设计了回转水纺丝设备，包括喷嘴、旋转水鼓、感应线圈等。并探索了一套与之相适应的纺丝工艺，即在喷射压力为0.1 Mpa，水鼓转速为300 r/min，喷射角度为50°，喷嘴孔径为0.2 mm时，可以得到连续均匀圆整的合金线材。此外，还分析了主要工艺参数对线材连续性和圆整度的影响。并利用该工艺制备了两种线材：Al-1wt.％Si键合线和Al-5Ti-1B晶粒细化剂。 对由该工艺得到的直径为0.2和0.3 mm的Al-1％Si键合线细丝的组织进行了观测与分析，发现组成相明显地被细化，其中，细小等轴晶的晶粒尺寸约为4μm，枝晶的二次枝晶臂间距在4-5 μm之间；α-Al基体中硅颗粒的分布更加均匀，等轴晶内部的硅颗粒尺寸为300-400 nm，胞晶晶界上分布的硅的尺寸为10 μm左右。微观组织的改善有利于其进一步拉拔至更细直径的键合线。 对由该工艺得到的直径为0.5 mm的Al-5Ti-1B晶粒细化剂线材的组织进行观察和分析，发现其微观组织有了很大程度的改善，其中TiAl3粒子的尺寸减小很多，平均约为5 μm，呈短杆状，TiB2颗粒的聚集程度明显降低，两种粒子在基体中的分布都更加均匀。对工业纯铝的细化实验表明，与经超声处理后重熔的中间合金锭相比，制备的Al-5Ti-1B合金细丝具有更加优良的晶粒细化效果。