本文關(guān)鍵詞：高效Al-Ti-B細(xì)化劑制備工藝及其細(xì)化機(jī)理研究

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【摘要】：Al-5Ti-B中間合金細(xì)化性能好,制備工藝簡單,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。由于受制備工藝制約,Al-5Ti-B中間合金組織中存在TiB2相尺寸偏大和團(tuán)聚,導(dǎo)致其不能滿足高性能鋁合金晶粒細(xì)化的要求。同時(shí),Al-5Ti-B中間合金細(xì)化機(jī)理也沒有定論,主要以TiAl_3發(fā)生包晶反應(yīng)以及過剩的Ti和TiB_2以某種方式共同作為形核核心為理論基礎(chǔ)。因此,優(yōu)化Al-5Ti-B中間合金制備工藝并研究其第二相的相變過程,對提高Al-5Ti-B中間合金的細(xì)化性能具有重要的實(shí)用價(jià)值和理論意義。針對以上問題,本文提出了氟鹽的質(zhì)量與溫度之間的關(guān)系式,利用關(guān)系式來確定合金化溫度,同時(shí),研究了氟鹽粒度、加料速度及加料比例等工藝參數(shù)對Al-5Ti-B中間合金第二相尺寸、分布和細(xì)化效果的影響。另外,分析了電磁和超聲波攪拌對Al-5Ti-B中間合金潔凈度和細(xì)化效果的影響。最后,研究了在不同溫度下利用DSC對Al-5Ti-B中間合金及其細(xì)化后的純鋁進(jìn)行差熱分析,并在此基礎(chǔ)上提出可能的晶粒細(xì)化機(jī)理。結(jié)果表明,在加料速度以及外部環(huán)境一定的情況下,利用關(guān)系式來確定合金化溫度,降低了氟鹽的燒損。同時(shí),3次加料可以獲得更高Ti,B實(shí)收率的Al-5Ti-B中間合金。粒度在56μm以下的氟鹽所制備的Al-5Ti-B中間合金可將高純鋁晶粒細(xì)化至900μm左右。兩次加料中加料速度為27和11.4g/min時(shí)制備的Al-5Ti-B中間合金中TiB2粒子尺寸較小且分布彌散,相比于189和80g/min,細(xì)化效果提高約10%。KBF_4和K_2TiF_6的兩次加料比例分別為0:1和1.09:1進(jìn)行加料制備的Al-5Ti-B中間合金中TiB_2粒子彌散且尺寸細(xì)小,約80-120nm,可將高純鋁晶粒細(xì)化至430μm左右。對熔體施加150V攪拌電壓攪拌10min,可使熔體的潔凈度大幅提升,并使Al-5Ti-B中間合金的TiB2粒子團(tuán)基本趨于彌散,制備的Al-5Ti-B中間合金可將工業(yè)純鋁晶粒細(xì)化至390μm左右。對熔體進(jìn)行80s超聲攪拌處理后,Al-5Ti-B中間合金中TiAl3粒子尺寸減小至10μm,TiB2相粒子團(tuán)聚現(xiàn)象基本消失。頻率為20K超聲處理80s后制備的Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果最好,可將高純鋁晶粒細(xì)化至580μm左右。Al-5Ti-B中間合金在2和10℃/min的速度下凝固時(shí)發(fā)生了包晶反應(yīng),融化時(shí)沒有出現(xiàn)包晶反應(yīng)。細(xì)化后的純鋁在2和10K/min的升降溫過程中,均未發(fā)現(xiàn)包晶反應(yīng),可以推斷Al-5Ti-B中間合金的細(xì)化機(jī)制主要由TiAl_3分解產(chǎn)生的高濃度的Ti與TiB_2粒子共同作用。
【關(guān)鍵詞】：加料速度 氟鹽 差熱分析 相變 包晶反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21;TG292
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 Al-Ti-B細(xì)化劑的制備方法11-13
• 1.2.1 氟鹽反應(yīng)法11-12
• 1.2.2 氧化物反應(yīng)法及元素混合法12
• 1.2.3 電解法12
• 1.2.4 自蔓延高溫合成法12-13
• 1.2.5 機(jī)械合金化及快速凝固法13
• 1.3 Al-Ti-B細(xì)化劑的細(xì)化機(jī)理13-15
• 1.3.1 硼化物理論13
• 1.3.2 包晶反應(yīng)理論13-14
• 1.3.3 粒子理論14
• 1.3.4 超形核理論14-15
• 1.3.5 二重形核理論15
• 1.4 電磁攪拌在Al-Ti-B細(xì)化劑制備中的應(yīng)用15-16
• 1.5 高能超聲波在金屬凝固領(lǐng)域的應(yīng)用16-17
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容17-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法20-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案20-24
• 2.2.1 合金化溫度及加料次數(shù)的確定21-22
• 2.2.2 氟鹽粒度、加料速度和加料比例的確定22-23
• 2.2.3 Al-5Ti-B熔體處理工藝23-24
• 2.2.4 Al-5Ti-B和細(xì)化后純鋁的差熱分析24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.4 實(shí)驗(yàn)分析方法25-26
• 2.4.1 顯微組織分析25
• 2.4.2 細(xì)化性能分析25-26
• 第3章 Al-5Ti-B中間合金制備工藝參數(shù)的優(yōu)化26-42
• 3.1 合金化溫度及加料次數(shù)的確定26-31
• 3.1.1 合金化溫度的確定26-27
• 3.1.2 加料次數(shù)對Al-5Ti-B中間合金成分及細(xì)化效果的影響27-29
• 3.1.3 Al-5Ti-B中間合金物相分析29-31
• 3.2 氟鹽粒度、加料速度和加料比例的確定31-41
• 3.2.1 氟鹽粒度對Al-5Ti-B中間合金組織及實(shí)收率的影響31-33
• 3.2.2 氟鹽粒度對Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果的影響33-34
• 3.2.3 加料速度對Al-5Ti-B中間合金組織及實(shí)收率的影響34-36
• 3.2.4 加料速度對Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果的影響36-37
• 3.2.5 加料比例對Al-5Ti-B中間合金組織及實(shí)收率的影響37-39
• 3.2.6 加料比例對Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果的影響39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第4章 Al-5Ti-B中間合金熔體處理工藝優(yōu)化42-59
• 4.1 電磁攪拌對Al-5Ti-B中間合金組織及細(xì)化效果的影響42-45
• 4.1.1 電磁攪拌對Al-5Ti-1B中間合金成分的影響42-43
• 4.1.2 電磁攪拌對Al-5Ti-B中間合金顯微組織的影響43-45
• 4.1.3 電磁攪拌對Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果的影響45
• 4.2 超聲波攪拌對Al-5Ti-B中間合金組織和細(xì)化效果的影響45-53
• 4.2.1 超聲波處理時(shí)間對Al-5Ti-B中間合金顯微組織的影響46-48
• 4.2.2 超聲波處理時(shí)間對Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果的影響48-49
• 4.2.3 超聲波頻率對Al-5Ti-B中間合金顯微組織的影響49-51
• 4.2.4 超聲波頻率對Al-5Ti-B中間合金細(xì)化效果的影響51-53
• 4.3 Al-5Ti-B中間合金細(xì)化機(jī)理分析53-58
• 4.3.1 Al-Ti合金的包晶反應(yīng)53-55
• 4.3.2 Al-5Ti-B中間合金在不同溫度下的相變過程55-57
• 4.3.3 細(xì)化后的純鋁在不同溫度下的相變過程57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 在學(xué)研究成果64-65
• 致謝65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：942068