鋁合金的變質(zhì)處理

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工藝塑性的柱狀組織。通常，具有細(xì)小晶粒組織、細(xì)微的晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和過剩相均勻分布的合金具有較好的鑄態(tài)性能和較高的壓力加工塑性。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(zhì)處理才是調(diào)整鑄錠組織的根本手段。

　　一、變質(zhì)處理概述

　　所謂變質(zhì)處理就是在少量的專門添加劑(變質(zhì)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(shù)術(shù)語很不統(tǒng)一，有的叫細(xì)化處理，還有的叫孕育處理。變質(zhì)處理的分類也各不一樣。有人根據(jù)金屬及合金的較終組織變化特征將變質(zhì)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靠前類變質(zhì)處理，把改變初生樹枝晶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的處理叫第二類變質(zhì)處理，把改變共晶組織的處理叫第三類變質(zhì)處理。也有人根據(jù)變質(zhì)劑的作用特性，把變質(zhì)處理分為三類四組(見表2—5—3)。還有人按對結(jié)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(zhì)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(zhì)劑的類別及其作用特性

　　目前，有各種說明變質(zhì)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(yīng)論、原子結(jié)構(gòu)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，靠前，變質(zhì)處理過程很復(fù)雜，既與熔煉條件有關(guān)，也與鑄造條件有關(guān);第二，不可控制的雜質(zhì)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(xì)化的效果。

　　按照晶核形成理論的觀點，晶粒細(xì)化是因為存在晶核，熔體是在晶核上開始結(jié)晶的。這些質(zhì)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(zhì)劑加入的添加劑應(yīng)該滿足以下要求：①在高溫下化學(xué)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(yīng)比鋁的高;③添加劑和鋁的晶格在結(jié)構(gòu)及尺寸上應(yīng)相適應(yīng);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(chǎn)企業(yè)仍有采用鋁-鈦添加劑外，國內(nèi)變形鋁合金材料生產(chǎn)企業(yè)普遍采用鋁-鈦-硼添加劑(線材或餅狀)進行變質(zhì)處理。另外，新開發(fā)的鋁-鈦-硼-稀土變質(zhì)劑和鋁-鈦-碳變質(zhì)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(xì)化對象，鈉是鋁-硅合金變質(zhì)劑，為方便比較，其數(shù)據(jù)一起列出。