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镁合金等通道转角挤压过程中的晶粒细化机制

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金属材料晶粒细化的研究论文修改后

金属材料细化组织的方法和途径 1 前言金属材料作为一种常规材料，由于其原料丰富可以大规模工业化生产，并可以通过合金化、冷热加工、热处理等技术改变材料形状、尺寸性能，其优异的使用性能，能满足机械、冶金、矿山、建筑、化工、海洋等行业的不同需要，因此，在 21 世纪钢铁材料仍然是人类社会使用的最主要材料。因此，钢铁材料的研究有着十分重要的意义！然而不经过任何处理而直接得到的铸锭或铸件存在诸多缺陷，因此，改善其金属性能非常重要。晶粒大小是影响金属性能的重要指标，一般来说，细晶粒组织的材料具有较好的综合性能，即其强度，硬度和人性，范性等都比较好，所以生产上对控制金属材料的晶粒尺寸是相当重要的。因此，细化晶粒对钢铁材料的研究及应用有着极其重要的意义。它是控制金属材料组织结构的最重要、最基本的方法。本文将从金相学角度阐述晶粒细化的原理和方法。 2 晶粒细化的理论与目的研究表明，高性能钢铁材料的主要指标为强度和韧性，而晶粒细化是同时提高材料的强度和韧性的唯一方法，这就是钢铁材料晶粒细化的目的。目前，晶粒细化已成为新型高性能钢铁材料研究的一个趋势。根据Hall-petch 公式:σs =σ0 + kd - 1/ 2 ,其中σs 为应变量0．2 %的屈服应力;σ0 是移动单个位错所需的克服点阵摩擦的力; k 是常数; d 是平均晶粒尺寸。可以看出,材料的屈服强度与晶粒尺寸倒数的平方根成正比。因此,晶粒细化既能提高材料的强度，又能提高

材料塑性,同时也能显著提高其力学性能。细化晶粒是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法,目前人们采用了许多办法细化金属的晶粒并取得了极大的成就。 3 晶粒细化的途径和方法细化晶粒的基本途径在于尽可能地提高晶核的形成速率，并同时减小晶体的成长速率，以使大量晶核在还没有显著长大的条件下便相互干扰而凝固结束。利用结晶生核、长大现象进行晶粒细化时，临界晶核尺寸大小成为晶粒细化极限的大体目标。临界晶核的尺寸是形核驱动力的函数，驱动力越大，临界晶核尺寸就越小。通常情况下，相变时的驱动力比再结晶时的驱动力大很多。因此，利用相变时得到很细小的临界晶核尺寸，再控制冷却速度，就可使钢铁材料组织超细化。我们通常所知道的晶粒细化的方法或措施有：化学孕育剂法或变质法；快速冷取法；加强液体流动法（机械物理细化法）。还包括相变前奥氏体细化或位错化、奥氏体内部增加形核质点、相变冷却细化、形变处理细化法、物理场细化等。 3.1 化学孕育法或变质法这种方法是向液体中加入所谓细化剂（孕育剂）或变质剂。添加细化剂(孕育剂)通过增加外来晶核使晶粒细化;添加变质剂是通过加入变质剂合金的共晶组织形态或者第二相的形态来实现细化。 3.1.1 添加细化剂（孕育剂）熔炼时 ,可以通过向熔体中添加细化剂来形成晶核 ,使粗大的铸

金属凝固组织的细化方法和机理

课程名称：金属凝固指导老师：宋长江，翟启杰教授金属凝固组织的细化方法和机理摘要：金属组织细化细化是提高材料性能的一种有效手段。在材料科学领域里，控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一，在已有的研究中，控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类：一是物理细化法，如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等，二是化学细化法，如添加形核剂和长大抑制剂等。物理细化方法处理材料纯净度高，不会对金属熔体带来外来夹杂，细化效果好；化学添加剂法细化效果稳定、作用快、操作方便、适应性强，是目前最普遍的细化方法。关键词：组织细化；细化方法；细化剂；变质剂 Refinement methods and mechanism of solidification structure of metals Abstract: Metal microstructure refinement is an effective means to improve the properties of materials.In the field of meterial science, To contol the metal solidification process to refine the metal solidification structure is an important way of improving the casting performance. There are two main ways in the previous study: the first one is Physical refining method,such as cast cold, electromagnetic stirring, mechanical vibration, ultrasonic Refining and so on. The other one is chemical method, like the addition of nucleating agents and growth inhibitors. Physical refining method can make the material more pure,and there is no inclusion along with. The chemical method is the most common method of refinement because it’s faster and more stable and easy to operate. Key words:structure refinement; refine method; refiners; modifier

镁合金晶粒细化剂研发现状及展望

第２８卷第４期Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．４２００７年８月Ａｕｇ．２００７江西理工大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＡＮＧＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ收稿日期：２００６－１１－２０基金项目：江西省科技厅工业计划攻关项目（赣财教字［２００６］１８８号）和江西省教育厅科技攻关项目（赣财教［２００４］第１８号）资助．作者简介：黎业生（１９６６－），男，副教授．文章编号：１００７－１２２９（２００７）０４－０００５－０５镁合金晶粒细化剂研发现状及展望黎业生，董定乾，刘赣伟，李洪（江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州３４１０００）摘要：阐述了目前镁合金液态下几种晶粒细化剂如含碳细化剂、硼化系合金细化剂、稀土元素或混合稀土晶粒细化剂、含Ｚｒ元素合金以及其它合金元素如Ｃａ、Ｓｒ、Ｔｉ等晶粒细化剂的研究现状及最新进展，并对液态下镁合金晶粒细化机理进行分析，针对性提出镁合金细化剂研制的几种思路，对今后的研制方向进行了展望．关键词：镁合金；晶粒细化剂；细化机理中图分类号：ＴＦ８２２文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＧｒａｉｎＲｅｆｉｎｅｒｓｉｎＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｌｌｏｙｓＬＩＹｅ－ｓｈｅｎｇ，ＤＯＮＧＤｉｎｇ－ｑｉａｎ，ＬＩＵＧａｎ－ｗｅｉ，ＬＩＨｏｎｇ（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃａｒｂｏｎｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＡｌ－Ｔｉ－Ｂｍａｓｔｅｒａｌｌｏｙ，ｒａｒｅｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓａｌｌｏｙ，ｚｉｒｃｏｎｉｕｍａｌｌｏｙａｎｄｏｔｈｅｒａｌｌｏｙｅｌｅｍｅｎｔｓｓｕｃｈａｓＳｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，ｅｔｃａｒｅｓｔａｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｔｈｅｌａｔｅｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｅｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｒｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｒｅｆｉｎｅｒｓｉｎａｓ－ｃａｓｔｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｅｖｅｒａｌｎｅｗｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｗａｙｓｏｆｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｒｈａｖｅａｌｓｏｂｅｅｎｇｉｖｅｎａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ；ｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｒｓ；ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ镁合金是密排六方晶体结构，室温下只有３个独立的滑移系，合金的塑性变形能力较差，其晶粒大小对机械性能影响十分显著．镁合金结晶温度范围较宽，热导率较低，体收缩较大，晶粒粗化倾向严重，凝固过程中易产生缩松、热裂等缺陷；细小的晶粒有助于减少缩松、减小第二相的大小和改善铸造缺陷；镁合金晶粒细化能缩短晶间相（Ｍｇ１７Ａｌ１２）固溶所需的扩散距离，提高热处理效率；此外，细小的晶粒还有助于改善镁合金的耐腐蚀性能和加工性能［１］．镁及镁合金液态熔体采用细化技术对提高镁合金综合性能有更突出的作用，目前镁合金晶粒细化剂的研发倍受人们关注．１镁铝合金的几种晶粒细化剂技术１．１含碳剂变质法碳质孕育法是细化Ｍｇ－Ａｌ系合金较成功的晶粒细化技术．尽管Ｚｒ对纯镁有强烈的细化作用，但含铝的Ｍｇ－Ａｌ系合金不能用Ｚｒ来细化晶粒，因为Ｚｒ和Ａｌ易形成稳定的化合物Ａｌ３Ｚｒ，Ａｌ３Ｚｒ为体心正方型（ＢＣＣ）结构，其晶格常数与α－Ｍｇ晶格常数相差很大（见表１），形成Ａｌ３Ｚｒ将造成合金中Ａｌ和Ｚｒ的损失．通常在镁铝系合金熔体中加入含碳的化合物来细化晶粒，基本要求是合金的铝含量应＞０．５％，同时对细

Al-Ti-B合金晶粒细化

目录 1、引言 (1) 2、细化原理 (1) 2.1、包晶相图理论 (2) 2.2、碳化物-硼化物理论 (2) 2.3、双重形核理论 (3) 2.4、α-Al晶体增殖理论 (3) 3、合金元素的作用 (3) 3.1、Ti对铝合金熔铸组织的细化作用 (3) 3.2、B对铝合金熔铸组织的细化作用 (4) 3.3、其它杂质元素对铝合金熔铸组织的细化影响 (4) 4、小结 (5) 5、参考文献 (6)

Al-Ti-B合金晶粒细化【摘要】铝合金中加入少量Ti和B时,铝合金组织可得到明显细化，合金的强度、韧度、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。【关键词】铝钛硼合金晶粒细化合金元素 Al-Ti-B Alloy grain refinement 【Abstract】Aluminum alloy to add a small amount of Ti and B, the refined aluminum alloy group is obviously, the strength of the alloy, toughness, wear resistance, fatigue resistance and thermal stability were improved 【Key words】Al-Ti-B alloy grain refinement alloying elements 1、引言根据Hall-Petch公式可知，材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能，对于铝在各行业的应用均具有重要的意义 [1]。目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种： ①控制金属凝固时的冷却速度[2]； ②机械物理细化法，包括机械振动和机械搅拌等； ③物理场细化法[3]，如电场、磁场和超声波处理等； ④化学细化法，加入各种晶粒细化剂，促进铝及合金的形核或抑制晶核长大。在工业生产中，细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法，即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂，起到异质形核的作用，进而细化晶粒尺寸。铝钛硼合金晶粒细化是铝加工业普遍采用的晶粒细化方法，对铝合金的铸态组织具有强烈的细化作用。它可以使合金成份均匀，加快铸造速度，减少裂纹，消除羽毛状晶和冷隔。在随后的压力加工过程中，还可以提高铝板的力学性能，减小板材的变形织构和各向异性，提高板材的深冲性能和成品率。铝钛硼的组织对铸态晶粒的细化效果起关键性作用。 2、细化机理由于铝合金的细化过程非常复杂，与熔炼条件和铸造条件相关，且容易受到杂质元素的影响，导致细化效果发生改变。因此，仍没有一种理论能较全面的解释整个细化过程。目前，铝晶粒细化的细化理论主要包括[4]：包晶相图理论、碳化物-硼化物、双形核理论、α-Al 晶体增殖理论、超形核理论等。 2.1、包晶相图理论

M50和M50Nil钢多向锻造碳化物及晶粒细化机制研究

M50和M50Nil钢多向锻造碳化物及晶粒细化机制研究 M50钢具有高温条件下硬度、强度高等优点,是目前综合性能优良的航空轴承钢。M50钢中合金元素形成的碳化物是其重要的组织特征同时也是轴承性能良好的保障,但是分布不均,尺寸过大的碳化物会使轴承在服役过程中发生开裂导致失效。 M50Nil钢是在M50钢的基础上研发的新一代高温轴承钢,这种钢在经过表面硬化处理后,具有“表硬内韧”的特点,这样大大提高了轴承的疲劳寿命,但是 M50Nil钢的晶粒尺寸较大,这样影响了锻件的性能,因此,如何控制M50钢中碳化物的尺寸和分布、M50Nil钢中晶粒粗大的问题,提高材料性能,是目前制备高性能高温轴承钢的难题。本文通过对M50钢和M50Nil钢进行多向锻造,研究了始锻温度和累计应变量对M50钢和M50Nil钢微观组织的影响,并分析了M50钢的碳化物碎化机制以及M50Nil钢的晶粒细化机制。在1000℃和1100℃对M50钢分别进行累积应变量为1.2、2.4、3.6和5.4的多向锻造,多向锻造后的锻件碳化物发生明显的碎化,由原始M50钢中尺寸为25μm的碳化物碎化为小于10μm,同时始锻温度升高使得颗粒状碳化物发生了明显的溶解。始锻温度为1100℃时,随着累积应变量的增加,锻件易变形区的晶粒得到细化,当累积应变量增加到5.4时,易变形区平均晶粒尺寸为3μm。在1050℃、1100℃、1150℃和1180℃下对M50Nil钢进行了累积应变量为3.6的多向锻造发现,锻后锻件易变形区的晶粒尺寸发生了明显的变化,当 M50Nil钢只在这四个温度下保温一定时长不进行多向锻造时,晶粒尺寸随着加热温度的升高逐渐长大,而多向锻造后易变形区的晶粒尺寸在1100℃时达到最小值。在1100℃保温30min后对M50Nil钢进行了累积应变量分别为0.6、1.8、

熔炼与铸锭课程-总结

有属熔炼铸锭有色金属熔炼与铸锭肖代红 daihongx@https://www.sodocs.net/doc/625413703.html,

金属熔化特性 1、金属熔化特性名词解释：熔炼、铸造、铸锭、吸气、吸杂、挥发。熔炼铸造铸锭吸气吸杂挥发基本原理及方法： 1、熔炼四性及判定依据：氧化性、吸气性、挥发性、吸杂性 2、金属氧化热力学：金属氧化的趋势、氧化的顺序和氧化的程度、金属氧化的趋势氧化的顺序和氧化的程度判定依据； 3、金属氧化动力学机理：氧化环节及过程 4、影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法。 5、熔体中气体存在形态及来源，吸气的过程及影响因素。熔体中气体存在形态及来源吸气的过程及影响因素 6、影响金属的因素和降低挥发损失的方法。 7、金属熔体中夹杂来源和减少杂质污染途径。金属熔体中夹杂来源和减少杂质污染途径

2、熔体净化技术熔体净化技术名词解释：除渣精炼，密度差作用，吸附作用，溶解作用，化合作用，脱氧，机械过滤作用，氧化精炼，脱气精炼，静置澄清法，浮选法，熔剂法，在线精炼，电磁精炼。基本原理及方法： 1、典型的除渣精炼原理，包括密度差作用、吸附作用、溶解作用、化合作用、机械过滤作用。 2、典型的除渣精炼方法；影响熔剂除渣精炼效果的因素。 3、脱气精炼途径。 4、脱气精炼（包括分压差脱气、化合脱气、电解脱气等）的原理； 5、典型的在线精炼方法及其过程。

成分控 3、成分调控名词解释：配料中间合金清炉冲淡配料、中间合金、清炉、冲淡、基本原理及方法：、配料过程（四步骤）：首先计算包括熔损在内的各成分需要量；1首先计算包括熔损在内的各成分需要量其次计算由废料带人的各成分量；再计算所需中间合金和新金属料量；最后核算。料量；最后核算 2、熔体成分控制过程及其注意事项：备料、配料、熔炉准备、成分调整、熔体质量检验。

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业摘要简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处；以镁合金晶粒细化方法为主线，对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法，以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。同时，归纳了镁合金细化晶粒的意义。关键词镁合金晶粒细化熔体固态形变 1 背景介绍纯镁是银白色金属，熔点651℃，密度为1.74×103kg/m3，是最轻的工程金属[1]。镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点，而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C 等行业都拥有广泛的应用前景。但是镁合金密排六方的晶体结构特点，决定了在室温条件下独立滑移系少，导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。其次，镁合金强度偏低，无法应用于受力较大的工程环境，也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时，又提高塑性的方法。根据Hall-petch 公式21 0s -+=d k y σσ，材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。镁合金具有很大的系数k y ，所有，细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。而且，由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时，各晶粒分担一定的变形量，使变形更加均匀，位错在晶界处塞积少，应力集中小，材料开裂的倾向减小，从而提高材料的塑性。 2 晶粒细化方法目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法，笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化：熔体阶段细化和固态形变处理细化。 2.1 熔体阶段细化 2.1.1 过热处理法过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。过热处理细化晶粒的机制是过热处理过程中形成了可以作为非均质结晶核心[7]。目前广泛认同的观点是Fe 等元素在镁熔体中的溶解的随温度变化很显著，随着温度的降低，Fe 在镁中溶解度急剧降低，在过热的熔体降温时，过热难容的铁将从液相中先析出，在凝固过程中成为α-Mg 的异质形核基底。过热处理在一定程度上可以细化晶粒，但是也存在很多缺陷。例如，将熔体加热到高温镁合金熔体会因大量溶解气体和杂质而质量下降，从而降低合金的综合性能，所以，过热处理法在工业上应用很少。 2.1.2 添加变质剂添加变质剂可以改善合金的铸造性能和加工性能，使铸件组织细小均匀，因而提高合金的强度和塑性。加入的变质剂必须满足6点：①高温下化学成分不变，在熔体中有足够的稳定性，

铝及铝合金的熔体净化及晶粒细化

铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理 1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。

镁合金的分类及特点

镁合金的分类及特点镁合金的分类镁合金是以金属镁为基体，通过添加一些其它的元素而形成的合金，镁合金中添加的合金元素主要有Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、Li以及部分稀土族元素等[10]，一般说来镁合金的分类依据有以下三种：合金化学成分、成形工艺和是否含锆。镁合金按合金化组元数目可分为二元、三元和多元合金体系。常见的镁合金体系一般都含有不止一种合金元素。但在实际中，为了分析方便，简化和突出合金中主合金元素的作用，可以把镁合金分为Mg-Mn、Mg-Al、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Li 和Mg-Ag 等合金系列[11]。 ' 按合金中是否含锆，镁合金可划分为含锆和不含锆两大类。最常见的含锆镁合金系列为：Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr、Mg-Ag-Zr 系列。不含锆镁合金有：Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al 系列。目前应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg-Al 系列。含锆和不含锆镁合金中均既包含着变形镁合金，又包含着铸造镁合金。锆在镁合金中的主要作用就是细化镁合金晶粒。含锆镁合金具有优良的室温性能和高温性能。遗憾的是Zr不能用于所有的工业合金中，对于Mg-Al 和Mg-Mn 合金，由于冶炼时Zr与Al及Mn形成稳定的化合物，并沉入坩埚底部，无法起到细化晶粒的作用[12]。按成形工艺镁合金可分为两大类，即变形镁合金和铸造镁合金。变形镁合金是指可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成形方法加工的镁合金。铸造镁合金是指适合采用铸造的方式进行制备和生产出铸件直接使用的镁合金[11]。变形镁合金和铸造镁合金在成分、组织和性能上存在着很大的差异。目前，铸造镁合金比变形镁合金的应用要广泛，但与铸造工艺相比，镁合金热变形后合金的组织得到细化，铸造缺陷消除，产品的综合机械性能大大提高，比铸造镁合金材料具有更高的强度、更好的延展性及更多样化的力学性能[13]。因此，变形镁合金具有更大的应用前景。主合金元素的作用根据镁合金的强化效果，其合金的元素可以分为三类[14,15]： 1)既提高强度又提高韧性的合金元素，按作用效果顺序为： ( 强度标准：Al、Cn、Ag、Ce、Ga、Ni、Cu、Th；韧性标准：Th、Ga、Zn、Ag、Ce、Ca、Al、Ni、Cu； 2)强化能力较低，提高韧性的元素：Cd，Ti和Li； 3)强化效果较好，但使韧性降低的元素：Sn、Pb、Bi和Sb。 Mg-Zn-RE系合金的研究现状 Mg-Zn系合金》纯粹的Mg-Zn二元合金在实际中几乎没有得到应用，因为该合金的铸造性差，合金组织粗大，容易出现偏析和热裂等铸造缺陷，对显微疏松非常敏感。但Mg-Zn合金有一个最为明显的优点，就是可以通过时效处理来提高合金的强度。所以该合金的进一步的发展就是寻找新的合金添加元素，达到细化晶粒，使组织均匀化，减少合金显微疏松[1,16,17]。在Mg-Zn 合金中加入Cu元素，会使合金的韧性和时效硬化明显增加，这是因为Cu元素能提高Mg-Zn 合金的共晶温度，因而可在较高的温度固溶，使更多的Zn、Cu溶于合金中，增加了合金随后的时效强化效果[16]。Mg-Zn合金中引入Cu元素的缺点是导致合金的耐蚀性降低;Zr是对

细化晶粒

细晶镁合金的制备方法制约变形镁合金发展的主要原因在于其较差的室温塑性变形能力，如何在较大程度上改善镁合金的塑性已成为人们关注的焦点。常用的方法包括合金化及晶粒细化等。而结合镁合金室温滑移系少、形变各向异性强的特点，用织构强化或软化来提高或合理利用镁合金的力学性能，已成为变形镁合金研究领域的一个重要分支。纯镁的晶粒尺寸细化到8um以下时，其脆性转变温度可降至室温。若采用适当合金化及快速凝固工艺将晶粒细化到1um时，甚至在室温下镁合金亦可以具有超塑性，其伸长率可达到1000%。因此通过镁合金晶粒细化可以调整材料的组织和性能，获得具有优良变形性能的材料。细化晶粒的方法有很多，下面介绍几种常见的制备细镁合金的方法。 1 等径角挤压（ECAP）强应变化塑性变形可以在低温度条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。近年来研究表明，大塑性变形可以成功制备具有超细晶（微米级，亚微米级和纳米级）微观结构的金属材料。前苏联科学家Segal于1981年提出了等截面通道角形挤压法(equal channel angular press-ing)等径角挤压法（ECAP）。ECAP的基本原理；将润滑良好、与通道截面尺寸相差无几的块状试样放进入口通道，在外加载荷作用下，由冲头将试样挤放进入口通道，在外加截荷作用下，由冲头将试样挤到出口通道内。入

口通道与出口通道之间存在一个夹角。在理想条件下，变形是通过在两等截面通道交截面（剪切平面）发生简单的切变实现的。经角径角挤压后，试样发生简单切变，但仍保持横截面积不变，挤压过程可以反复进行，从而在试样中实现大塑性变形。通过这项技术，可以不依赖粉末冶金和复杂的形变热处理而制备大体积块状细晶材料。 2 添加适当的合金化元素根据合金化原理，明确各种元素在镁中产生的作用，针对不同的需要对镁合金中添加适当的微量合金元素，并进行显微组织和结构设计，引人固溶强化、沉淀强化或弥散强化等机制，可以达到细化晶粒，调整镁合金组织，提高和改善合金性能的目的。如SN、SB和PB等元素在镁中有较大的极限固溶度，而且．随着温度的卜降，固溶度减小并生成弥散沉淀相。根据沉淀强化原理，这些元素能够提高镁合金度的强度：而有的表面活性元素．可以减小粗大相的形成，起到细化晶粒的作用，甚至可以生成弥散相阻碍晶界的滑移 Zr元素在镁合金中就是一种最有效的晶粒细化剂、 3 大挤压比热挤压(L)100) 镁合金组织性能受塑性变形影响很大，因此可以通过塑性加工过程控制或改善镁合金坯料的组织性能，例如镁合金挤压棒材的性能右严重的各向异性，需采用热挤压方法消除各向异性，通过采用不同的挤压温度、改变挤压比、挤压速度可以获得不同组织性能的镁合

6063铝合金铸锭的生产工艺及详细流程

6063铝合金铸锭的生产工艺及详细流程一．Al-Mg-Si系合金的基本特点： 6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0．2-0．6％的硅、 0．45-0．9％的镁、铁的最高限量为0. 35％，其余杂质元素(Cu、Mn、 Zr、Cr等)均小于0．1％。这个成份范围很宽，它还有很大选择余地。 6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金，在AL-Mg-Si 组成的三元系中，没有三元化合物，只有两个二元化合物Mg2Si和M g2Al3，以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界，构成两个三元系，α(Al)- Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如图一、田二所示：在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶于基体中的Mg2Si越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低，如图2所示，在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上，共晶温度为595℃，Mg 2Si的最大溶解度是1．85％，在500℃时为1. 05％，由此可见，温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格，强度却达不到要求，原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷，造成型材淬火温度太低所致。在Al-Mg-Si合金系列中，强化相Mg2Si的镁硅重量比为1．73，如果合金中有过剩的镁(即Mg：Si＞1. 73)，镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度，从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅，即Mg：Si＜1．73，则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响，由此可见，要得到较高强度的合金，必须Mg：Si＜1．73。二．合金成份的选择 1．合金元素含量的选择 6063合金成份有一个很宽的范围，具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外，还要考虑表面处理性能，即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如，要生产磨砂料，Mg/Si应小一些为好，一般选择在Mg/Si=1-1．3范围，这是因为有较多相对过剩的Si，有利于型材得到砂状表面；若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材，Mg/Si在 1．5-1．7范围为好，这是因为有较少过剩硅，型材抗蚀性好，容易得到光亮的表面。另外，铝型材的挤压温度一般选在480℃左右，因此，合金元素镁硅总量应在1．0％左右，因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有 1．05％，过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体，有较多的末溶解Mg2Si相，这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用，反而会影响型材表面处理性能，给型材的氧化、着色(或涂

材料工程基础(起华荣)

材料工程基础(起华荣部分) 第一章液态金属的性质第二章金属的氧化、挥发和除渣精炼第三章吸气和脱气精炼第四章成分控制第五章单相合金的凝固第六章铸锭晶粒组织及其细化第七章铸锭常见缺陷分析 1.液态金属的“短程有序、长程无序”结构特点体现在哪4 个方面？答：（1）原子团（由十几到几百个原子组成）内，原子间仍然保持较强的结合力和原子排列的规律性，既短程有序；（2）原子团间的距离增大（产生空穴），结合力减小，原子团具有流动性质；（3）存在能量起伏和结构起伏；（4）随温度的提高，原子团尺寸减小、流动速度提高。 2.液态金属粘度概念及公式答：液体中流速不同的两个相邻液层间产生摩擦阻力，阻碍液体的流动，该内摩擦力是液体的基本物理特性之一，

称为粘度。公式： 3、什么是液态金属的表面张力？答：液态金属和气体组成的体系中，由于表面层原子处于力不平衡状态，产生了垂直于液体表面、指向液体内部的力，该力总是力图使表面减小。 4、为什么熔点高的金属表面张力大？答： 5、金属氧化的热力学判据是什么？答：△G0<0 ，△G0不仅是衡量标准状态下金属氧化趋势的判据，也是衡量标准状态下氧化物稳定性大小的一种尺度。 6、什么是氧势图？有何作用？答：氧化物的△G0-T关系图。作用：标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化烧损程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量△G0，分解压Po2或氧化物的生成热△H0作判据。通常△G0、Po2或△H0越小，元素氧化趋势越大，可能的氧化程度

越高。 7、金属氧化动力学的限制性环节怎么确定？答：当＞1时，生成的氧化膜一般是致密的，连续的，有保护性的，内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性；当＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。限制性环节将由内扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属（如Li、Mg、Ca）的氧化膜具有这种特性；当》1时，氧化物十分致密，但内应力很大，氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故该氧化膜是非保护性的。如Fe的氧化膜 8、什么是金属氧化膜的致密度？有何作用？答：定义为氧化物的分子体积MV与形成该氧化物的金属原子体积AV之比。作用：确定金属氧化动力学的限制性环节。 9、结合挥发速率的Dalton公式说明影响金属挥发的因素。答：P--体系的外压，b--与金属性质有关的常数，P0Me-- 金属的蒸气压，P me--实际分压。 10、按夹渣的来源可分为外来夹渣和内生夹渣两种。 11、根据Stokes定律说明影响静置除渣时间的主要因素，进一步说明为什么用静置法难以去除小直径的夹渣？

铝合金切削表面位错密度和晶粒细化的研究

铝合金切削表面位错密度和晶粒细化的研究工件已切削表面的微观组织对工件的疲劳强度、抗腐蚀强度和抗磨损强度等性能有非常重要的影响。已切削表面微观组织相对基体组织发生明显改变，从微观组织的角度研究工件表面完整性如白层、微硬度和残余应力等对研究表面完整性与加工条件的关系意义重大。但是目前对切削表面微观组织演变的模型以及其与工件表面性能的关系的研究还很欠缺。论文旨在研究铝合金Al6061-T6切削表面位错密度和晶粒尺寸的演变，建立基于Abaqus软件的正交切削有限元模型，耦合基于位错密度的微观组织预测模型，实现切削力、切屑形态、切削温度和位错密度与晶粒尺寸的预测。采用正交切削实验及金相实验对有限元模型进行验证。论文的主要研究内容和结论如下：首先，基于Abaqus软件建立铝合金Al6061-T6的正交切削有限元模型。根据铝合金自身的材料属性和加工性能，选择合理的材料模型、摩擦模型和有限元建模方法，讨论极限剪切应力、摩擦系数和热分配系数对切削力、切屑形态和切削温度的影响。选择合理的微观组织演变模型，描述切削过程中切屑和切削表面位错密度和晶粒尺寸的演变。将基于位错密度的微观组织预测模型以用户自定义子程序的形式嵌入正交切削有限元模型中，建立“力、热、微观组织”耦合有限元模型。其次，进行铝合金Al6061-T6正交切削实验，测量切削力、切屑形态，观察切削表面和切屑的微观金相，分析切屑和切削表面微观组织的改变。对比实验值和仿真值，通过调整极限剪切应力、摩擦系数和热分配系数以及微观组织预测模型中的各个参数，实现有限元模型的可靠性验证。结果表明：极

限剪切应力、摩擦系数直接影响切削力、切屑厚度、切削温度，切削力和切屑厚度以及切削温度均随极限剪切应力和摩擦系数的增大而增大。通过切削力和切屑形态的实验值可以确定一定切削条件下的极限剪切应力和摩擦系数。形变场和温度场决定了切屑和切削表面位错密度和晶粒尺寸的分布规律。最后，基于该有限元模型，分析了切削参数、刀具和温度对切削表面位错密度和晶粒尺寸分布的影响。结果表明：不同切削速度下位错密度最大的区域位于第二变形区。切削表面位错密度接近第一变形区位错密度，并且沿着深度方向逐渐减小，晶粒尺寸呈现相似的分布规律。一定进给量下，切削表面位错密度随切削速度的增大而减小，晶粒尺寸随切削速度的增大而增大，变形层厚度随切削速度增大而减小；一定切削速度下，切削表面位错密度随进给量的增大先减小后增大，晶粒尺寸随进给量的增大先增大后减小，变形层厚度随进给量的增大先增大后减小。较小的刀具前角可以显著增加第一变形区的塑性变形，因此切削表面位错密度随刀具前角减小而增大，晶粒尺寸随之减小，变形层厚度随刀具前角的增大而减小；刀刃圆角半径越大，对切削表面的犁削作用越明显，切削表面位错密度随刀刃圆角半径的减大而增大，晶粒尺寸随之减小，变形层随刀刃圆角半径的增大而增大。增大工件与环境的热对流系数，使得切削温度快速降低，一方面减小材料的温度软化作用，改变切削表面的塑性变形层厚度，另一方面减小晶粒的动态回复，因此切削表面位错密度随热对流系数的增大而增大，晶粒尺寸随热对流系数的增大而减小，变形层厚度随热对流系数的增大而增大。

有色金属熔炼与铸锭习题集答案

有色金属熔炼与铸锭习题集答案一、填空题 1.铸锭正常晶粒组织可分为表面细等轴区、柱状晶区和中心等轴晶区。 2.液体金属的对流可分为动量对流、自然对流和强制对流。 3.气孔形成方式可分为析出型气孔和反应型气孔。 4.连铸主要可分为立式、卧式、立弯、弧型。 5、氧化物的生成自由焓变量、分解呀、生成焓、和反应的平衡常数相互关联，因此，通常用和的大小来判断金属氧化反应的趋势和方向、限度。 6、当,时，生成氧化膜一般致密，连续，有保护作用，内扩散为限制性环节。 7、气体在金属中的存在形态：固溶体、化合物、气孔 8、吸气过程即气体在金属中的溶解过程,，分为：吸附、溶解两个过程。 9、非金属夹杂物的分类：氧化物、硫化物、氯化物、硅酸盐。 10、除渣精炼原理：密度差作用、吸附作用、溶解作用、化合作用、机械过滤作用。 11、根据脱气机理的不同，脱气精炼可分为：分压差脱气、化合脱气、电解脱气、预凝固脱气。 12、配制合金所用的炉料一般包括：新金属料、废料、中间合金。 13、熔炉准备工作包括四个方面：烘炉、清炉、换炉、洗炉。 14、在熔池中间最深处的1/2处取样。 15、补料一般用中间合金。 16、根据凝固区宽度划分，凝固方式分为：顺序凝固、同时凝固、中间凝固。 17、随着成分过冷由弱到强，单相合金的固/液界面生长方式依次为：平面状、胞状、胞状----树枝状、树枝状。 18、铸锭的晶粒组织常由三个区域组成：表面细等轴晶区、柱状晶区、中心等轴晶区。 19、细化晶粒的方法有：增大冷却强度、加强金属液流动、变质处理。 20、热裂形成的机理有：液膜理论、强度理论、裂纹形成功理论。 21、铸造应力按其形成的原因分为：热应力、相变应力、机械应力。 22、防止裂纹的途径：合理控制成分、选择合适工艺、变质处理。 23、根据气孔在铸锭中的位置不同可分为：表面气孔、皮下气孔、内部气孔。 24、产生缩孔和缩松的最直接的原因，是金属凝固过程中发生凝固体的收缩。 25、铸锭正常晶粒组织可分为表面细等轴区、柱状晶区和中心等轴晶区 ______________。 26、液体金属的对流可分为动量对流、自然对流和强制对流。 27、气孔形成方式可分为析出型气孔和反应型气孔。 28、连铸主要可分为立式、卧式、立弯和弧型。 29、配料和加料的基本原则包括成分原则、质量原则、工艺原则、经济原则

晶粒细化机制

剧变形晶粒细化机制众多研究者通过等通道挤压(ECAP)、累积叠轧焊(ARB)、高压扭转(HPT)等变形方式在低温、中温变形区对金属及其合金进行了强塑性变形，同样获得了类似的晶粒微细化效果：Tsuji 等[1]采用反复叠轧焊的加工方法在纯铁中获得了约0.5μm大小的细小晶粒；Valiev等[2]通过等通道挤压强变形在铝合金中获得了尺寸大约在0.2μm左右的超细晶粒；此外，高压扭转强变形加工工艺可在纯铁中获得尺寸约为0.3μm 的超细晶组织[3]；通过不断改变载荷方向的反复温压缩变形可在304 奥氏体不锈钢中获得尺寸在0.3μm 左右的超细晶粒[4]。可见走“低温强变形之路”来制备微米、亚微米级的超细晶粒材料成为一种新的思想。大量的结果表明，低、中温强变形加工晶粒超细化机制与普通热变形过程中形核、长大的不连续动态再结晶机制不同。Shin 等通过观察低碳钢等通道挤压过程中微观结构演变，提出了等通道挤压强变形过程中的晶粒细化机制[5]；Hansen 等[6]则采用微观带和形变带分割理论解释了滚压强变形过程中的晶粒细化原理；D.A. Hughes 等研究者认为强塑性变形过程中的晶粒细化是位错滑移的结果[7]；Sakai 等[8]则认为强变形过程中的晶粒细化是由于应变诱发大角度晶界密度上升，原始晶粒被分割为亚微米级结构的结果。A.Belyakov 等人[9]对304 不锈钢在0.22～0.5Tm（Tm为熔点，绝对温度）的低温区高应变后的组织演化机制进行了研究，他们认为晶粒细化可能与发生于高位错密度亚晶粒的动态回复有关：强烈的塑性变形使原始晶界弯曲成锯齿状，且晶界附近产生大取向差的亚晶粒，随着晶界的迁移发生亚晶粒的倾转，而动态回复又进一步使应变诱发生成的位错亚晶界转化成通常晶界，然而，随着应变的增加亚晶界取向差是如何增大的还不是很清楚。弄清强塑性变形过程中的晶粒细化机制，不但能够丰富极端条件下的塑性变形理论，而且在实际生产中对形变工艺的制定具有重要的指导意义。因此，深入研究多轴锻造（MF）强变形过程中奥氏体微观结构演化过程，弄清其晶粒细化机制，具有重要的理论价值和实践意义。 [1] N. Tsuji, Y. Saito, H. Utsunomiyaetc, Ultra-fine grained bulk steel produced by accumulative roll-bonding process, Scripta Mater, 1999, 40(7), 795-800 [2] K. T. Park, Y. S. Kim, J.G. Lee etc, Thermal Stability and Mechanical Properties of Ultrafine Grained Low Carbon Steel, Mater. Sci. Eng. A, 2000, 293(1-2), 165-172 [3] R.Z. Valiev, YU. V. Ivanisenko, E.F. Rauch etc, Structure and. deformation behaviour of Armco Iron subjected to severe plastic deformation, Acta Mater, 1996, 44(12), 4705-4712 [4] A. Belyakov, T. Sakai, H. Miura, Fine-grained structure formation in austenitic stainless steel under multiple deformation at 0.5Tm, Mater. Trans. JIM, 2000, 41, 476-484 [5] D.H. Shin, B.C. Kim, Y.S. Kim, K.T. Park, Microstructural evolution in a commercial low carbon steel by equal channel angular pressing, Acta. Mater, 2000, 48(9), 2247-2255 [6] X. Huang, N. Hansen, Flow stress and microstructures of fine grained copper,

浅议铝合金晶粒细化剂的研究及发展趋势

浅议铝合金晶粒细化剂的研究及发展趋势摘要本文分析了铝合金晶粒细化剂的研究及发展趋势，为铝合金晶粒细化剂的研究走持续、稳定及健康的发展道路提供了一定的见解。关键词铝合金；晶粒细化剂；研究；发展趋势引言如何有效地利用资源、减少污染、提高铝合金材料加工的技术水平是材料行业面临的重要课题。高品质铝钛硼细化剂、A1-Ti-C-Re、Al-Ti-B-Re能够满足国内铝加工行业对细化效果与质量越来越高的要求。但高品质铝钛硼细化剂对原料纯净度及生产过程控制提出更高的要求。多元相A1-Ti-C-Re、Al-Ti-B-Re还未得到应用。其需要相关人员在物理本质和基本规律上做深入研究，以突破制备及应用的关键技术。 1 对铝合金晶粒细化剂研究现状的分析与认识目前，铝合金品粒细化有凝固细晶和变质细晶两个方向。 1.1 铝合金晶粒细化应用现状（1）凝固细晶：主要有快速凝固细晶、机械场凝固细晶、磁场凝固细晶、电场凝固细晶、超声凝固细晶等五种。（2）变质细化：变质细化包括磷及磷化物变质细化、钠盐变质细化、铝锶中间合金细化、铝锑中间合金细化、A1-Ti-B细化、A1-Ti-C细化等（3）细化剂的制备：包括Al-Ti-B的制备和A1-Ti-C的制备，其中A1-Ti-C 的制备有熔铸-原位反应法、液态搅拌法、半固态复合铸造法、自蔓延复合技术、XD法、喷射共沉积法、粉末冶金法等。 2 依靠技术进步，以促进铝合金晶粒细化剂研究的可持续发展 2.1 铝合金晶粒细化的发展趋势变质细化中的磷或磷化物、钠盐、铝锑中间合金、铝锶中间合金等的变质细化对细化温度及加入方式要求严格。其加入后容易产生大量气体，污染环境，使铝液吸气严重。同时其容易在铸件中形成针孔等缺陷，细化工艺过程复杂，且劳动强度大。随着人们对包括了铝及铝合金板、带、箔、管、棒、型材及铸件生产过程认识的深化，明确了在铝熔体中添加晶粒细化剂进行细化是目前铝加工行业中最实用最有效的晶粒细化方法。其具有晶粒细化效果好、作用快、操作方便、适应性强等优点。但是晶粒细化剂的细化效果和金属纯净度还有待提高。为此，