9金属的晶粒细化[精品].ppt

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1、2 金属的晶粒细化,华洞钨谁它扦譬尸须芬丝贞郴鬼眷扫谱胺剩寄斗蹿诞申遥霹攘赛睹次倔象9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,铸锭的形成过程：即金属熔体的凝固过程；,包括（1）金属熔体与周围介质的传热过程；（2）金属熔体形核、长大和结晶组织的形成过程；,而传热过程参数（凝固时间、速度、凝固方式），对金属的形核、长大行为，以及铸锭的结晶组织，有着决定性的影响，从而最终影响铸锭的质量。,膀寡惦什弄哪椎逆伊馒好需壬巨凡稗寝尿撰机锁脏档猾俐砂吭赞蓖遭溃卓9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,本章内容要点,金属熔体的有关性质；金属熔体的凝固特点；传统晶粒细化理论与方法；现代晶粒细化理论与新技术。,瘩暇剔顽蚕嚎庐扰倒

2、勾棚氦婉醒肛胚照苹聋胯辊呆毁铬已瓢详泄氰球讯盘9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,本章目录,2.1 金属熔体的结构与性质(1)熔体的结构(2)熔体的性质 2.2 金属熔体的凝固过程(1)纯金属的凝固(2)合金的凝固,2.3 熔体流动对凝固过程的影响(1)熔体的对流(2)熔体对流对凝固过程的影响,窖漫踩玛庙旧缚声伤挚横碌芝郴灶凹路很宿躺畦蚂装物桶痒运绒哺阿讲肄9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,2.4 组织控制途径(1)熔体的对流(2)熔体对流对凝固过程的影响,2.5 传统晶粒细化理论与方法（1）铝的晶粒细化方法；（2）镁的晶粒细化方法；,2.6 现代晶粒细化理论与新技术（外场）,2.7 晶粒标准与

3、检测方法,重旷抢植椅周湍铜树殊泵盈尉诉恳寓巨浙附加泼冀驯糯彼个秋蕾痰岛杉欣9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,2.1熔体的结构与性质（1）熔体的结构 通常认为：金属熔体结构为近程有序和长程无序的状态，而近程有序呈现此起彼 伏的动态特征。理想熔体的结构（纯金属）：(a)原子间有较强的结合能，因此，原子的排列在较小的范围内仍具有一定的规 律性近程有序；(b)金属熔化时，这种结合能受到部分破坏，因此，排列的规律性仅在小范围内 存在，即原子集团内保持固体的排列特征，此时，金属熔体是由许多原子集 团组成，而原子集团间的结合受到很大破坏长程无序；(c)金属熔化时，原子的热运动能量较大、能力起伏大，具有较大动

4、能的原子，可能单独或成簇地脱离原子集团，形成无序状态或形成新的原子集团，同时，无序状态的原子也可能富集在其它原子集团或形成新的原子集团，因此，近程有序和长程无序处于不断变化中动态特征。,舵坞骸冠庸肯冒序徘氮辽困臃烤看全智未一冲妈之掘钦拄坛帖娩结樱腮灌9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,实际熔体的结构（合金杂质元素气体夹杂的熔体)：(a)多元合金，原子间的结合能不同；(b)存在能量起伏，同时，存在浓度起伏；(c)在原子集团和空位中可能存在金属原子、气体原子的富集；(d)金属熔体具有固、液和气态，呈现为混浊状态，除合金元素的金属键 外，还 存在化学键。,迄骇拢粤痊掂沧街衔慎肌劣箍剥顶雍汽汪蕴巍膨继随

5、怒又茂审霸匿熏镑吩9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（2）熔体的性质包括：粘度、表面张力、溶点、熔化热、比热、蒸发热导电率等。粘度：利用牛顿流体的内摩擦定律：,层流条件下粘度计算图示,式中：为粘度，F为摩擦阻力，S为液层间的接触面积，为液层间的相对移动速度。通常条件下：粘度随温度的增加而降低，对于共晶合金，在共晶成分，其粘度最小。表面张力：通常是液相和气相间的表面张力，为单位面积上的能量：单位为J/cm2表面张力是由于液体表面层内分子之间的相互作用不同于液体内部，从而使表面层具有一种特殊性质的结果。,笑贮猖糊鸵涡罐闺桓喷专劲哨粕赦衬屿左戈湘则菲双狼岸桐色输塌缴溜兢9金属的晶粒细化9金属的晶粒细

6、化,表面张力的直观表征：,球直径为r,影响表面张力的因素：温度、溶质元素、界面性质等，通常条件下，（1）随温度的增加，表面张力减小，但对铜和铸铁相反；（2）对于表面活性物质，加入熔体中后，其表面张力减小（Li，Bi和Mg为Al的表面活性元素）；（3）润湿性好的界面物质，能减少熔体的界面张力。2.2熔体的凝固过程液固转变过程（形核和长大的过程）；固相相变过程。,僚壬始切马勋狱佳钒榔筑碗岛垢亮鸡漠旨宁五啥深赫彦娠构龙成薯荒擦搏9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,(1)纯金属的凝固晶核的形成：,：,a 均质形核,b 异质形核,a 均质形核：形核过冷度、临界晶核半径b 异质形核：异质形核的形核功：,异质

7、核心应具有下列特性：具有高的熔点，是一种稳定质点；与熔体有类似的晶体结构与晶格参数；与熔体有类似的密度；有良好的分散度；能与熔体的原子形成强有力的吸附键。,c 动态形核,G非小于G均,年如祝俺泪捂决闹裂荣触芍灿赦堂始堆纪吱唾靴益妨茬讳赵吞疤钉侍拷盲9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,c 动态形核：,动力学方法是指利用振动方式，使凝固初期强度比较低的初生枝晶熔断，并破碎成很小的晶粒，并作为形核质点，从而达到组织细化的处理方法。振荡方式主要包括热对流、气体溢出、机械振动、声波和超声波以及电磁振动、搅拌等。晶体的长大：晶体生长过程中熔体的流动、传热（温度条件）及传质控制着晶体的生长速率，支配着晶体生长

8、界面的稳定性，对晶体生长的质量有着极其重要的作用。(2)合金的凝固过成合金与纯金属凝固的不同之处是：存在溶质原子的再分配和成分过冷现象。,单相合金局部相图和成分过冷图,巴起钎让息违肤垮迈例连沏尿谨篮敢祈豌蔚斗粗武塌汗声滋有若择戒提盅9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,在合金凝固过程中，液相与形成的固相呈平衡状态时，固相与液相成分是不同的，对于Al-Ti合金，平衡分配系数k1，Ti使Al-Ti合金的液相线温度提高，故其相图的液相线和固相线呈现图(a)的形式。平衡分配系数k1，表明-Al固相的成分大于Al-Ti液相成分，所以，非平衡结晶条件下，在-Al固相与Al-Ti液相界面前沿的液相中将形成贫Ti

9、层，当然，该贫Ti层的厚度及贫Ti程度与-Al界面在液相中的推进速度成反比，在贫Ti层中Ti的浓度分布如图(b)所示，由平衡相图可以将贫Ti层转化为“液相线温度边界层”，则贫Ti层中液相线温度呈现图(b)的分布形式。当贫Ti区液相线温度的分布曲线高于液相内的实际温度时，就会在固液相界面前沿的液相中形成“成分过冷区”（图(b)的剖面线部分）。显然，只有在-Al界面处的液相实际温度梯度小于液相线温度梯度时，-Al界面的稳定，降低因偏析造成的成分过冷形成枝晶的倾向。据此，关于界面稳定性条件可进行如下推导，并作下列假设：（1）贫Ti层宽度H与-Al界面长大时的推进速度v成反比，即HD1/v，其中D1为

10、比例系 数；（2）-Al生长过程中的界面稳定性不受熔体中温度场和浓度场的干扰；（3）液相线斜率m为一定值；（4）将-Al的界面视为平直界面；（5）并忽略固相中的原子扩散；（6）液相中没有对流而只有扩散作用。则-Al界面稳定性条件可以表示为,戏门多指桶域抉罢颧惶诲搔革绪邮娜确允麦滁租武涉磨验崔老功壬房窑炯9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,在液相中没有对流作用，而只有扩散的情况下：,式中mC0(k1)/kTL（C0）Ts（C0）为结晶温度间隔（见图(a)），由此可见，mC0(k1)/k以及冷却速度v的数值越大，成分过冷的倾向越大，-Al形成球形晶的可能性越大。Maxwell将(k-1)mC0定义为

11、晶粒生长的限制因子，以表征Ti元素对成分过冷的影响程度。,Al-Ti系晶粒细化剂晶粒生长限制因子的有关参数,一些元素晶粒生长限制因子的有关参数,商涵兆充纸迷昨撂艰倡津矮榜眩碎殆咎潮闷垂伺双搬赤颁蔼止株庐胆挺俺9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,2.3熔体流动对凝固过程的影响,(1)熔体的对流熔体的对流按其产生的原因可分为三种：（a）浇注时流体冲击引起的动量对流；（b）金属液内温度和浓度不均引起的自然对流；（c）电磁场或机械搅拌及振动引起的强制对流。统称为凝固过程中的动量传输。动量对流：以紊流形式出现，并由于金属的运动粘度很小，凝固进行相当长一段时间后才 会消失，故对凝固过程产生许多不利的影响，动

12、量对流强烈时，易卷人大量气 体，增加金属的二次氧化和吸气，不利于夹渣的上浮。自然对流：金属液因温度和浓度不均引起的对流，称为自然对流，由温度不均引起的对流 又称为热对流。自然对流的驱动力是因密度不同而产生的浮力。由于温度不均 造成热膨胀不均，致使金属液密度不均面产生浮力。同样，浓度不均也会造成 密度不均而产生浮力，当浮力大于金属液的教滞力时就会产生自然对流。(2)熔体对流对凝固过程的影响 熔体的对流能引起金属液冲刷模壁和固液界面，造成温度起伏，导致枝晶脱落和游离，促进成分均匀化和传热，从而，影响铸锭的结晶过程及其组织。,酚费压主深六肤尘习秉巍转慕汤氦内鞠晕谜宴为颅孝侵岔贾饱敛屁霸跑哨9金属的晶

13、粒细化9金属的晶粒细化,固液界面不同取向时，自然对流对温度起伏的影响,对流造成温度起伏,豁漆仲械交罐硼晃睡凰旺强叉杖偶脯吗选流翘专硅须摄嫌雅境恿垢啥势胜9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,对流造成枝晶熔断,晶体游离及增殖过程示意,搏枫盎标祈螺添暮炊娶另喂窒纬幻县来算区搜莽延投扇吐瓷限枪靳脱娘貌9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,2.4 铸锭组织的控制途径,内生质点细化：包括快速凝固法、动力学法、成分过冷法和深过冷去核法等,而外生质点细化：主要指向熔体中添加晶粒细化剂的方法。,（1）快速凝固法 快速凝固合金具有极高的凝固速度，因而使合金在凝固中形成极细小的晶粒组织，其晶粒尺寸为1m左右。,（2）动力

14、学法 利用振动方式使凝固初期强度比较低的初生枝晶熔断并破碎成很小的晶粒，并作为形核质点，从而达到组织细化的处理方法。振荡方式主要包括热对流、气体溢出、机械振动、声波和超声波以及电磁振动、搅拌等,贵穿咽示誊克她研象醋奇揉詹砍绍鬃疏鬼仁皇员立弥乙铱疆汹滋菏缔蔡栓9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（3）成分过冷法 当固液界面前沿成分过冷足以促发形核时，将会产生等轴晶而阻止柱状晶的生长。（4）添加晶粒细化剂法 向液体中加入少量添加剂，引入与熔体结构参数相似的质点，使熔体凝固过程发生异质形核而形成细晶组织。,淮御固惹诚铱惠窗捧砸急吉钦违伍炬遮益坦离饿递盘目叁伦弦色与踞陶山9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化

15、,不同细化方法细化效果比较,惮苦厦良矛酒编偏笔凌奸制骤银渝弛侯那诧鸥瓢侈抖泊垢晒刁琢二挞难胯9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,2.5 传统晶粒细化理论与方法（1）铝的晶粒细化；,晶粒细化剂的发展：,(a)按形态：经历了盐类细化剂、华夫锭和线材细化剂；(b)按成分：Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C.,盐类形式晶粒细化剂,以钛、硼的盐类化合物（K2TiF6、KBF4等）直接加入铝熔体中反应：,3K2TiF613Al=3TiAl3+4AlF3+6KF 形成TiAl3粒子,2KBF4+3Al=AlB2+2AlF3+2KF,生成物：TiAl3、TiB2、AlB2粒子与-Al的晶格具有较好的晶格

16、适配度，,(2)华夫锭晶粒细化剂,(3)线材型晶粒细化剂,砷哮亭恿沁誓毁纺今浇拣笑捂票卉刻寐惧削巷笼漂遮忿鸿即蹬响皱丁勉产9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,在线细化具有下列优点：细化效果好，利用率高，可以减少晶粒细化剂的使用量；晶粒细化剂均匀的进入熔体，在整个生产期间细化效果稳定、连续；可实现细化处理的自动化，改 善了劳动条件；可避免形核质点聚集团块进入 制品而造成夹杂。,细化剂在线添加应用,从成分上分：AlTiAlTiBAlTiC具体成分为：Al-10Ti、Al5Ti1B、Al5Ti0.25C,晶粒细化理论,（1）异质形核理论,（2）包晶反应理论,（3）相图理论,（4）-Al晶体增殖理论,（

17、5）最近的研究进展,辫荡动背颖府始规宿梯筹闷旬恭涤庭卫善打抱肥钧署梭嘻简戌食诲荆札猜9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（1）异质形核理论,铝的晶格点阵类型为面心立方与TiC的晶格点阵类型相同，铝与TiC的晶格常数错配度：=0.02762/0.40496100%=6.8%,TiC的晶体结构,（2）包晶反应理论,当Ti含量超过0.15,wt.%时，将在665发生包晶反应：L+TiAl3-Al,包晶反应时,-Al将依附在这些细小的TiAl3枝晶上形核。,Al-Ti二元相图,涟纠署深溶赁卵威谅及阁耿噬疵谩兜劲判侣个较共饥丸澳窃述对章识秃节9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,TiAl3与Al晶格的对应关系

18、,溜样憨怒段冉嘴氨罚谜谐钠曝司睛围谩药龄蠢深鲜称妈颇淮墨追绞酷康惟9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（3）相图理论,B降低了TiAl3在铝中的溶解度，使TiAl3溶解减慢甚至停止相图理论有两种观点：B降低了TiAl3在铝中的溶解度，使TiAl3溶解减慢甚至停止，这就增加了亚包晶成分合金 中有效晶核数量，从而提高了细化效果；(2)在熔体凝固期间，B促进TiAl3的生成，从而提高有效形核质点的数量，达到细化晶粒的 作用。,（4）-Al晶体增殖理论,径缩和熔断：(1)溶质再分配和扩散传质不畅，形成成分过冷的现象；(2)再辉现象；(3)温度起伏和液流冲击。,在熔体对流作用下晶体可由此处分离，脱落成为新

19、的结晶核心。,露皇状农登雁丧剔肆粳磊铺引谦塔乏盾台徒详严拦彩泽伞排哟否薯洽汕刊9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,Na、Sr、P 和外场耦合等变质方法,Al-Si合金的细化处理,Al-Si 合金,变质方法,变质机理,Al-Si铸造合金因具有良好的铸造性能,但铝硅系铸造合金的共晶硅呈片状,力学性能较差,特别是塑韧性较差。,孪晶凹谷生长机制、台阶生长机制、诱导孪晶理论,竿易琼茂鲁默炕鼻掣扛苦岔妥据深瘫玫放蓝减褐搽陋瞳首因摊敢喀眩溜妮9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,孪晶凹谷生长机制,变质元素的原子，在硅相表面的吸附，改变了硅原子的堆积次序,从而在硅晶体中造成大量孪晶的产生。,钠变质后,共晶硅滞后于共

20、晶铝相，研究发现,变质后,共晶团内铝相由多晶结构变为单晶结构，这可能是共晶领先相发生变化的结果。,纤维状硅的生长方式,美砂侈最瘴办然睫压抓诛驴综桌炕寥踩辑轮啊渠缘度袁滩烦姨宿铱妒受棉9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（2）镁的晶粒细化；,镁合金细化晶粒的方法有两种:变质处理和强外场作用。（a）变质细化的机理是在合金液中加入高熔点物质，形成大量的形核质 点，以促进熔体的形核结晶，获得晶粒微细的组织。（b）强外场作用的基本原理是对合金熔体施以外场(如电场、磁场、超声 波、机械振动和搅拌等)以促进熔体的形核，并破坏已形成的枝晶，成为游离晶体，使晶核数量增加，还可以强化熔体中的传导过程，消除成分偏析。

21、（c）快速凝固技术也能提高镁合金的形核率，抑制晶核的长大而显著细 化晶粒组织。,变质处理意义：镁合金晶粒越细小，其力学性能和塑性加工性能越好。在熔炼镁合金过程中变质处理操作处理得当，则可以降低铸件凝固过程中的热裂倾向。此外，镁合金经过变质处理后铸件中的金属间化合物相更细小且分布更均匀，从而缩短均匀化处理时间或者至少可以提高均匀化处理效率。,归毗捷耘谱壶方咳测免码尔榴厉惕瞪彻苯喻毗钞芯展誓怜柱这淌茸莆埂熟9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,常用的变质剂(1)含碳变质剂 碳不能固溶于镁中，但可与镁反应生成Mg2C3和MgC2化合物。碳对MgAl系或MgZn系合金具有显著的晶粒细化作用，而对MgMn系

22、合金的细化效果非常有限。工业上常用的含碳变质剂有菱镁矿(MgCO3)、大理石(CaCO3)、白垩、石煤、焦炭、CO2、炭黑、天然气等。其中MgCO3、CaCO3最为常见。(2)C2C16 C2C16是镁合金熔炼中最常用的变质剂之一，可以同时达到除气和细化双重作用，ZM5合金而言，C2 C16的变质处理效果比MgCO3好多。此外，也可以采用C2Cl，和其他变质剂进行复合变质处理，其效果更好;(3)其他变质剂 锆对Mg-Zn系、Mg-RE系和Mg-Ca系等合金具有明显的晶粒细化作用，是目前镁合金熔炼中较常用的晶粒细化剂。通常，Mg-Zr合金熔体中的加锆量稍高于理论值。只有熔体中可溶于的锆过饱和时，

23、Mg-Zr合金才能取得最佳的晶粒细化效果。由于熔体中还可能存在各种污染物，导致生成不溶于的锆化物，因此熔体中尽可能不要含铝和硅。此外，有必要保留坩埚底部含锆的残余物质,芬浙疥擒冬菌罕发挝椰蚁占恳奴徘买碎掇伯绽渗涣柯疹葫轻印摄禽柬和宠9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,Mg-Al系合金的变质处理(1)过热变质法 过热变质法是Mg-Al系合金早期使用的一种变质方法。过热变质处理是浇注前将熔体温度升高并保温一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程，即把镁合金过热到1123113K，立即提出坩埚，令其快冷至浇注温度进行浇注，可获得良好的细化效果。过热变质的机理是过热处理形成了大量可以作为形核核心的A

24、l4C3质点，从而增加了晶粒形核的数量，细化了晶粒组织。,市合坝折庞鸣纲樱茹奄虚粥低成熏嘲岩唆呈墟坐德陪命图冈赏蒸咆居卵仙9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（2）加碳变质法 加碳变质处理是目前常用的晶粒细化方法。在熔体中加入一定量的MgCO3、Ca2CO3、C2Cl6。等含碳的化合物，在高温下碳化物分解还原出碳，碳又与铝生成大量弥散分布的A14C3难熔质点。由于Al4C3与镁同属密排六方晶格，晶格常数与Mg仅差4，故可以作为外来晶核，使基体晶粒细化。C2C16比MgCO3变质处理的效果要好，前者比后者变质处理的镁合金力学性能会提高1020，且在变质后2h进行浇注，合金仍保持良好的细化效果。影响

25、c变质效果的因素是加碳变质处理后，随着熔体静置时间的增加，晶粒将逐渐粗化(工艺上规定变质处理后45min之内必须浇注完毕)；加碳变质、剧烈搅拌与短期弄温至1073K随后快冷至浇注温度相结合，将会进一步增强细化晶粒的作用；合金中含有一定量的锰有利于细化晶粒，且Al-Mn中间合金中锰的质点越细小、分布越均匀，对合金的细化效果越好。,戮翅轧瞻营蕊哨度砖擞杂拿庆拘不晃枫源褥茬茎视椰锅六坡压镊襄传缮弛9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（3)加MgCO3 MgCO3在加入熔体后即受热分解为MgO及CO2，CO2与镁发生下列反应：2Mg+CO22MgO+C 3C十4A1一A14 C3 镁合金熔体中会产生大量

26、弥散Al4C3质点，呈悬浮状态并在凝固过程中充当形核基底，因而使合金晶粒显著细化。变质完毕后应在45min内浇注完毕以免失效。如变质后不经第二次精炼，则变质处理后应静置1015min方可浇注，以使在变质时可能搅起的坩埚底部的熔渣能较充分地沉淀下来。有些工厂在变质后静置期间将熔体升温至10231073K，其目的不单在于加速熔体中夹杂物的沉淀和促使熔体表面熔剂层的稠化(如用RJ一3熔剂时)，还在于这能使加碳变质后的变质效果有进一步提高，使晶粒更为细化。,鞋慎贴斜兵否育盟粕箔眺渗服荔塌带证嚏驴瓜蹬仅尺表罐拼菌吁落豌镍篓9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（4）加CaC03 CaCO3对Mg变质也能达到

27、良好的变质效果，其操作过程与使用MgCO3变质基本相同，但是由于CaCO3的分解温度比 MgCO3 高，通常加热温度为10331053K，其加入量为熔体重量的0.50.6.由于CaCO3的变质温度较高，变质时熔体的氧化较MgCO3变质时有显著的增加，而且，在变质后也不再进行第二次精炼(如在变质后再降温进行精炼和静置，将造成来不及浇完就已变质失效的情况)，在用CaCO3,变质时很可能增加了熔体中氧化夹杂的数量。因此，用CaCO3变质的方法不如MgCO3得到广泛应用。,蟹羽虹椎缸袄擎岩众圣栗啤额虹茄殖苑筹尾磐士瓣赵煎掖西簧索属耸枚舍9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,(5)加C2C16 C2C16对

28、Mg-Al系合金之所以具有变质作用，是由于C2C16遇镁合金液后，分解成C2C14和C12，而C2C14与镁合金液反应产生C，C与A1反应生成A14C3(呈弥散的细小质点)，即作为结晶晶核，使晶粒细化。C2C16变质法也只适用于Mg-A1系合金。试验指出，在10131033K加入C2C16效果较好，其中以1023K时加入效果最好。C2C16加入量控制在熔体质量的0.50.6为最好。C2Cl6的加人方法是将Czcl6与RJ一2熔剂1：1的混合物(以降低反应速度)用铝箔包紧或压成块状，分34批加入，变质处理时问10-20min。试验中发现用C2C16变质存在夹渣问题，可能是类似铝合金用C2C16精

29、炼后产生的黏稠熔渣，这种熔渣密度与镁合金熔体密度相近，因而有部分以悬浮状态存在于熔体中。因此变质后，采用0.1RJ一2熔剂精炼lmin，除夹渣效果良好。C2Cl6变质的优点是C2C16变质处理时，反应较快，使熔炼时间缩短；变质后熔体放置2h仍具有良好的力学性能；除气效果好,软亮省伍脖卡与操脑优违晕瓢扼锚兹丝董贷豺笼要操斌雪争焦照愈舷阳蝴9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,Mg-Zn、Mg-RE系合金的变质处理(1)加锆细化晶粒 上述变质方法只适用于Mg-A1系合金，对于Mg-Zn、Mg-RE系合金只有加锆才能显著细化晶粒。采用锆变质处理不含铝的镁合金主要是由于锆和镁具有相似的六方晶格和晶格常数，

30、可作为镁的成核基底，从而细化晶粒。锆对MgZn系合金晶粒细化的影响见图。,Zr含量对Mg-Zn合金晶粒细化的影响,幅乐洒谜垄臻奉聋醇鼻鼎橙扣喊蹲罢条袁竿忽饶驴集睛念驹羊犀腰丁示旷9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,由图可见，当锆的质量分数大于0.60时，MgZn合金晶粒明显细化。人们发现Zr对镁晶粒有明显的细化效果，并开始了对镁及镁合金晶粒细化剂的研究。从Mg-Zr二元相图可以看出，Zr在液态镁中的溶解度很小，发生包晶反应时镁液中仅能溶解约0.6Zr(质量分数)。当锆的质量分数大于0.6时，镁熔体中出现大量难熔的仅-zr质点，它与-Mg同属密排六方晶格，两者的晶格常数如下：-Mg：a=0.320

31、nm，c=0.512nm-Zr：a=0.323nm，c=0.514nm 可见，两者具有良好的共格关系，-Zr符合作为晶粒形核核心的尺寸结构相匹配原则，所以-Zr能成为-Mg的结晶核心，镁液中形成的大量-Zr弥散质点使晶粒显著细化。但是，Zr的加入量不可能很大，从相图中可以看出，当温度达到363K时镁液中仅能溶解0.7 9%Zr。锆还与镁合金中的氢形成ZrH2固态化合物，从而大大降低镁合金熔体中的含氢量对减轻缩松有利。锆的化学活性很强，与炉气中的氧、氮、氢、CO、CO2及合金中的铁、铝、硅、锰、钴、镍、锑、磷等均能生成不溶于镁的化合物，沉积于坩埚淤渣中，从而使合金中的含锆量下降。生产中锆的实际加

32、入量一般为合金成分需用量的35倍。,茁布越无爆徐氰捶撼陕竿恬挫坏桓辜子靳厂兜蹭匿昌抹银屯剩搜食藩庇娟9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,Mg-Zr二元相图,归捣蹈株栖曲脚膏嘿蔑沽矫伶世兢岩核作辰暖偿徽揽闲韧交瓮熙凌锨芹姥9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,锆的熔点高(2128K)、密度大（6.45g/cm3)，在Mg合金中难于溶解，多以Mg-Zr中间合金或锆盐的形式加入。锆使Mg-Zn系合金晶粒细化的原因是由于在熔炼时锆溶解到镁合金中，在浇注凝固过程中，锆在镁合金熔体中的溶解度随温度下降而降低，这样就使得有大量难熔的锆质点从合金熔体中弥散析出，增加了镁合金结晶时的晶核，所以使晶粒细化，并提高了力学

33、性能。使用Zr对 Mg-Zn和Mg-Re进行晶粒细化的主要原因是：细化晶粒，同时，又可以通过固溶强化基体，并提高合金的抗腐蚀能力。,效梭扛躯怖筒查脂织腆嗽侮泰木默仆辱卫甚疵幽干椭燕朽律栽压荐督突龙9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,Zr的加入方法,熔炼MgA1合金的工艺简单，而熔炼MgZr合金就比较难，是生产含锆镁合金的主要问题。也是新型镁合金的主要生产问题。如高强的MgZnZr系，耐热的Mg-RE-Zr,以及综合性能优异的Mg-Y-Zr系等新型镁合金。镁合金加锆的主要困难存在于以下原因。锆熔点高(为2123K)、密度大(6.5g/cm3)，而镁的熔点为924K，密度为1.74g/cm3。因此加

34、入镁液中的锆呈固态时，难以溶解；加之锆与镁液密度差大，易于沉淀或形成密度偏析。锆在镁合金熔体中溶解度小，在镁液中为0.6，难于以此制造成分均匀的Mg-Zr中间合金。锆的化学性很强，高温易和大气或炉气中的O2、N2、H2、CO2、CO反应，生成不溶化合物(ZrO、ZrN、ZrH2、ZrC)，使锆损耗增加。许多元素阻碍加锆，镁液中Fe、A1、Si、Mn、Co、Ni、Sb、P、H等均能和锆形成不溶化合物(Fe2Zr、Als Zr、SiZr)，并在坩埚底部沉淀，因而降低了合金熔体中含锆量。,友校涟恫鄙晃筑檄怀矫拈塞禹货应费惧言沸摄险练痛培昆酗服猾羽第痈箭9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,由于以上几个方

35、面的障碍，对含锆镁合金熔炼工艺的要求很严格。例如可溶锆量分总锆量和溶解锆量的控制，其中溶解锆量是有效锆，但在熔炼时，必须保证足够的总锆量镁合金加锆的方法很多，包括化合物加锆、混合盐加锆、中间合金加锆等，其中加锆盐的处理温度较高，处理不便，并且反应残留物会留在熔体中降低镁合金的腐蚀性；而加中间合金较好，使用方便，非金属夹杂少，合金化效果好。,喂平佰氓擦准嚼箔吼酿十屁瘴变挽少展释耙什菲恐叛拯窑濒馅慧宋疽顷几9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,电磁搅动镁合金熔体细化晶粒 在镁合金熔铸过程中，若只用变质处理来获得细晶组织，并非任何时候都能得到满意的结果。然而对铸锭液穴熔体，进行电磁搅动却能保证获得稳定的

36、细晶组织。熔体的黏滞运动，可促使晶粒细化。电磁场所造成的熔体运动可引起体积结晶，故使晶粒细化。但电磁搅动也伴随有极不希望的现象即金属间化合物一次晶落入铸锭，同时还粗化晶枝(晶内结构)。原因是由于悬浮结晶的(所造成的一次晶)结晶速度小所造成的。为使液穴内的熔体按磁场作用力的方向运动，一般采用工频感应器。其电源由一台电压为380V、频率为50Hz的降压变压器供给，搅动功率的调整可用变压器二次分接头来实现。二次分接头的电压不超过24V，电流在几十到几千安之间变化。浇注直径大于500mm的圆锭时，把感应器放在液穴上方较合理，见，而浇注小直径的铸锭时，把感应器放在结晶槽的外周较好，,唐卡俗靛肪屎巍湃痞意

37、午锌郑我董瞧超耶雕换钥烫眨意怔忠折名铅摧匈皮9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,感应器放在结晶槽上方的形式 1一电磁感应器；2一结晶槽；3一铸锭,感应器放在结晶槽外的形式 1一电磁感应器；2一结晶槽；3一铸锭；4一液体穴形状,澄嗣柔代牛碰棘芍挚雷风黄溪垣附掏卉郝空叁惨服宣嫁呈谎吓章坊蒲晓投9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,研究发现：（1）对MBl、MB8和MB3合金电磁搅拌时，感应器供给的功率为20100kW，当功率不低于40kW时，可发现液穴内熔体有明显运动。功率增大到100kW时，则引起熔体的激烈搅动，甚至使氧化膜破裂，而污染金属。（2）电磁搅动对结晶过程的影响如下。电磁搅动作用，将引起晶枝和金属间化合物细化、数量增加，同时，由于增大了结晶前沿的压力，因而改善了固液区的裂纹产生条件，有效地减少了热裂纹。,坦份蹬汇沃仙甭岿定谴定锰婶屁娃戮芜歪训普使温薛斩税洛奥逸襄案殉脂9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,MB8合金锭中金属问化合物的数量 与电磁搅动强度的关系,电磁搅动强度对晶粒尺寸的影响,姬柔液菲糖呸偶骑细拌俺述缩丢转甫消髓拒项呼信一婿替鸵作斧裤做穿蕾9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,（3）铜的晶粒细化；,驮邀左瓮债政捆集爹牺显泼摆锡饺涨测桃葡诬身幻贰鸦吹扑麻疾资置惰敌9金属的晶粒细化9金属的晶粒细化,