納米TiN-Ti細化劑對鋁及鋁合金組織與性能影響的研究.pdf

1、鋁合金具有比強度與比剛度高、抗沖擊性能好、加工性能好、耐腐蝕、耐磨損、高導電、高導熱及高的回收再生率等一系列優(yōu)良的性能,在航空航天、武器裝備及汽車工業(yè)等領域得到了廣泛的應用。晶粒細化是獲取優(yōu)質鋁錠、改善鋁材質量、提高鋁材綜合力學性能和加工性能的重要手段。在常用的晶粒細化技術中,外加超細陶瓷顆粒能作為形核質點,提供大量的彌散質點以促進非均質形核,在凝固及軋制變形過程中均可使鋁及鋁合金組織細化。該方法具有良好的可控性,能克服內生顆粒法在生成

2、顆粒的數(shù)量及其大小的不確定性和難以把握性的缺點,適用于工業(yè)化生產(chǎn),近年來受到國內外學者的關注。但是由于外加顆粒與金屬液潤濕性較差,一直制約著該細化技術的發(fā)展。因此,改善超細陶瓷顆粒與鋁液的潤濕性,提高其形核能力,對細化鋁合金組織、發(fā)揮其性能優(yōu)勢具有重要意義。
　　本文利用高能球磨法制備出一種金屬Ti包覆納米TiN顆粒的復合晶粒細化劑,研究了該細化劑對工業(yè)純鋁細化效果的影響及其在工業(yè)純鋁熔體中的抗衰退性能,探討了細化機理和抗衰退機理

3、;考察了該細化劑對工業(yè)純鋁焊縫組織和性能的影響,及其對變形工業(yè)純鋁再結晶過程中晶粒尺寸的控制作用;并研究了該細化劑對Al-4Cu合金鑄態(tài)組織及固溶時效處理后性能的影響,取得了如下實驗結果。
　　TiN/Ti細化劑對工業(yè)純鋁有明顯的細化作用,當TiN/Ti加入量僅為0.025％時,試樣組織便由粗大的柱狀晶轉變?yōu)榧毿〉容S晶;當TiN/Ti復合細化劑添加量分別為0.1％和0.2％時,純鋁的平均晶粒尺寸分別細化至146μm和82μm,其細

4、化效果優(yōu)于純Ti和Al-5Ti-1B細化劑。TiN/Ti晶粒細化劑在60 min內抗衰退性能較好,晶粒尺寸長大不超過30％,TiN/Ti細化劑優(yōu)良的細化效果和較好的抗衰退性能來源于納米TiN顆粒在鋁液中的分散性和穩(wěn)定性。
　　TiN/Ti晶粒細化劑對焊縫組織的細化有明顯的效果,對添加0.1％TiN/Ti細化劑的鋁片進行焊接時,焊縫組織以等軸晶為主,焊縫硬度明顯高于母材。TiN/Ti細化劑對再結晶過程中控制晶粒尺寸有積極的作用,40

5、％冷變形的工業(yè)純鋁經(jīng)250℃保溫處理1.0 h后,添加0.1％Ti粉的試樣晶粒長大較為明顯,而添加0.1％TiN/Ti的試樣,因變形導致的晶粒取向性分布已消除,晶粒沒有明顯增粗,而且在晶界處形成新的再結晶晶粒,使組織得到進一步細化。
　　TiN/Ti細化劑能明顯細化Al-4Cu合金的初生α相,添加0.2％TiN/Ti細化劑后α相平均尺寸細化至152μm,較未加細化劑試樣減小50％,其布氏硬度為47.5 HBS,較未添加TiN/Ti