鋁合金的變質問題分析及處理辦法

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　　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（詞條“合金”由行業大百科提供）工藝塑性的柱狀組織。通常，具有細小晶粒組織、細微的晶粒內部結構和過剩相均勻分布的合金具有最好的鑄態性能和最高的壓力加工塑性。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處理才是調整鑄錠組織的根本手段。

　　一、變質處理概述

　　所謂變質處理就是在少量的專門添加劑(變質劑)的作用下改變鑄態合金組織，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術語很不統一，有的叫細化處理，還有的叫孕育處理。變質處理的分類也各不一樣。有人根據金屬及合金的最終組織變化特征將變質處理分為三類：把改變初生樹枝晶和其他初生晶尺寸的處理叫第一類變質處理，把改變初生樹枝晶內部結構的處理叫第二類變質處理，把改變共晶組織的處理叫第三類變質處理。也有人根據變質劑的作用特性，把變質處理分為三類四組(見表2—5—3)。還有人按對結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分的。本手冊把變質處理理解為金屬及合金鑄錠組織彌散度的提高。

　　表2—5—3變質劑的類別及其作用特性

　　目前，有各種說明變質處理過程的理論，其中，比較著名的有晶核形成論、碳化物論、包晶反應論、原子結構論等，但其中沒有一種理論可以全面地說明這種過程。這是因為，第一，變質處理過程很復雜，既與熔煉（詞條“熔煉”由行業大百科提供）條件有關，也與鑄造條件有關;第二，不可控制的雜質有影響，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化的效果。

　　按照晶核形成理論的觀點，晶粒細化是因為存在晶核，熔體是在晶核上開始結晶的。這些質點可能是過渡金屬的碳化物、硼化物和鋁化物，它們的晶格常數與鋁固溶體的晶格常數(4.04Α)相近(見表2—5—4)。根據該理論，作為變質劑加入的添加劑應該滿足以下要求：①在高溫下化學成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩定性;②添加劑的熔點應比鋁的高;③添加劑和鋁的晶格在結構及尺寸上應相適應;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企業仍有采用鋁-鈦添加劑外，國內變形鋁合金材料生產企業普遍采用鋁-鈦-硼添加劑(線材或餅狀)進行變質處理。另外，新開發的鋁-鈦-硼-稀土變質劑和鋁-鈦-碳變質劑也已推廣使用。

　　表2—5—4碳化物、硼化物及鋁化物的晶格常數

　　注：①鋁是被細化對象，鈉是鋁-硅合金變質劑，為方便比較，其數據一起列出。