D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.05.005 第29卷第5期 北京科技大学学报 Vol.29 No.5 2007年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing My2007 A一TiB中间合金中第二相沉淀现象研究 陈亚军许庆彦黄天佑 清华大学机械工程系，北京100084 摘要采用氟盐铝热反应法制取A一TB中间合金细化剂，对其反应过程进行了分析·通过对比挤压前后的微观组织，研 究挤压变形对组织造成的影响，结果表明，挤压使得TiA3颗粒尺寸减小、表面趋于平滑，挤压过程中发生的再结晶现象使 TB2分布均匀弥散。另外通过静置实验研究了一A1基体中第二相的沉淀现象，深入分析了沉淀过程及原因，提出了减少第二 相颗粒聚集、沉淀的方法，着重强调了优化挤压工艺和添加适量稀土元素的作用· 关键词中间合金；细化剂：微观组织：再结晶：第二相 分类号TG146.2 晶粒细化是提高材料性能的一种重要手段山， 而向熔体中加入细化剂为最简单、实用的细化方 2结果及讨论 法].目前，在铝合金领域应用最广泛的是 2.1反应过程分析 ATiB中间合金细化剂[3，以A5Ti1B效果最 氟盐法制备A一TiB细化剂主要发生以下化 好.细化衰退现象一直是A一TiB中间合金存在 学反应： 的一个主要问题，主要是由于其中第二相颗粒的聚 (1)2KBF4+3A1—AIB2+2KAIF4,△H= 集、沉淀所致[，本文通过分析中间合金重熔过程 -688.8 kJ-mol-1: 中的沉淀现象，并推广到铝熔体的细化过程中，旨在 (2)3K2TiF6+13Al3TiAl3 +3KAIF4+ 从制备工艺角度进行分析影响沉淀的主要因素，进 K3AlF6,△H=-575 kJmol厂1； 而提出延缓第二相聚集、沉淀的有效方案， (3)6KBF4+3K2TiF6+10A1=3TiB2+ 1 研究方法 9KAlF4十K3AlF6,△H=-1407 kJ.mol 由于氟盐(KBF4和K2TF6)的熔点较低，而且 将工业纯铝加热到800℃左右，与均匀混合 密度较小，氟盐熔体与铝熔体分层并浮在铝熔体表 KBF4和KzTF6反应，浇注成规则的Al5Ti1B的华 面，化学反应在两种熔体交界处进行，反应原理见 夫锭，将部分华夫锭在750℃重熔，静置3h,分别取 图1. 顶部和上部铝液浇注试样，采用化学分析的方法检 上部 K:TiF.+KBF, 氯盐炼体层 测Tⅰ和B含量，在光学显微镜和扫描电镜下观察钛 KAIF: 化物和硼化物的形态及分布，研究沉淀现象，将部 2KBF+3AI-AIB+2KAIF 分华夫锭重熔、精炼，连铸成120mm的棒材，并在 中部 3K.TiF +13AI-3TiAL+3KAIF+KAIF KAIF. 6KBF+3K,TiF+10Al=3TiB,+9KAIF+KAIF. 450℃左右挤压成两个10mm的线材，挤压比 TiAl,TiB,AIB: 72:1,对比铸态组织和挤压后的微观组织，从而研 铝热反应区 究挤压工艺的影响，另外，在A15Ti1B中间合金铸 底部 TiAl,TiB,AlB, 铝熔体父 造过程中引入少量稀土(RE),与A15T1B组织进行 图1氟盐法制备A一TB中间合金反应示意图 对比，研究RE对中间合金的作用， Fig.I Reaction principle for manufacturing the Al-Ti-B master alloy 由上述三个反应的自由焓变（△H)可知反应（③） 收稿日期：2006-01-30修回日期.2006-03-02 最容易发生；而且在此实验中，两种氟盐经过搅拌充 基金项目：国家重点基础研究发展规划“973”计划资助项目(N。, 分混合，更加速了反应(3)的进行.在原材料添加方 2005CB724105) 面保证Ti和B质量比为51(>2.2：1)，因此发生 作者简介：陈亚军(1978一)，男，博士研究生 反应(3)之后K2TF6有剩余，继续发生反应(2)，所Al－Ti－B 中间合金中第二相沉淀现象研究 陈亚军 许庆彦 黄天佑 清华大学机械工程系‚北京100084 摘 要 采用氟盐铝热反应法制取 Al－Ti－B 中间合金细化剂‚对其反应过程进行了分析．通过对比挤压前后的微观组织‚研 究挤压变形对组织造成的影响．结果表明‚挤压使得 TiAl3 颗粒尺寸减小、表面趋于平滑‚挤压过程中发生的再结晶现象使 TiB2 分布均匀弥散．另外通过静置实验研究了α－Al 基体中第二相的沉淀现象‚深入分析了沉淀过程及原因‚提出了减少第二 相颗粒聚集、沉淀的方法‚着重强调了优化挤压工艺和添加适量稀土元素的作用． 关键词 中间合金；细化剂；微观组织；再结晶；第二相 分类号 TG146∙2 收稿日期：2006-01-30 修回日期：2006-03-02 基金项目：国家重点基础研究发展规划“973” 计划资助项目（No． 2005CB724105） 作者简介：陈亚军（1978－）‚男‚博士研究生 晶粒细化是提高材料性能的一种重要手段［1］‚ 而向熔体中加入细化剂为最简单、实用的细化方 法［2－3］．目 前‚在 铝 合 金 领 域 应 用 最 广 泛 的 是 Al－Ti－B 中间合金细化剂［3－4］‚以 Al5Ti1B 效果最 好．细化衰退现象一直是 Al－Ti－B 中间合金存在 的一个主要问题‚主要是由于其中第二相颗粒的聚 集、沉淀所致［5］．本文通过分析中间合金重熔过程 中的沉淀现象‚并推广到铝熔体的细化过程中‚旨在 从制备工艺角度进行分析影响沉淀的主要因素‚进 而提出延缓第二相聚集、沉淀的有效方案． 1 研究方法 将工业纯铝加热到800℃左右‚与均匀混合 KBF4 和 K2TiF6 反应‚浇注成规则的 Al5Ti1B 的华 夫锭．将部分华夫锭在750℃重熔‚静置3h‚分别取 顶部和上部铝液浇注试样‚采用化学分析的方法检 测 Ti 和 B 含量‚在光学显微镜和扫描电镜下观察钛 化物和硼化物的形态及分布‚研究沉淀现象．将部 分华夫锭重熔、精炼‚连铸成●120mm 的棒材‚并在 450℃左右挤压成两个 ●10mm 的线材‚挤压比 72∶1．对比铸态组织和挤压后的微观组织‚从而研 究挤压工艺的影响．另外‚在 Al5Ti1B 中间合金铸 造过程中引入少量稀土（RE）‚与 Al5Ti1B 组织进行 对比‚研究 RE 对中间合金的作用． 2 结果及讨论 2∙1 反应过程分析 氟盐法制备 Al－Ti－B 细化剂主要发生以下化 学反应［6］： （1） 2KBF4＋3Al AlB2＋2KAlF4‚ΔΗ＝ －688∙8kJ·mol －1 ； （2） 3K2TiF6＋13Al 3TiAl3＋3KAlF4＋ K3AlF6‚ΔΗ＝－575kJ·mol －1 ； （3） 6KBF4 ＋3K2TiF6 ＋10Al 3TiB2 ＋ 9KAlF4＋K3AlF6‚ΔΗ＝－1407kJ·mol －1． 由于氟盐（KBF4 和 K2TiF6）的熔点较低‚而且 密度较小‚氟盐熔体与铝熔体分层并浮在铝熔体表 面‚化学反应在两种熔体交界处进行‚反应原理见 图1． 图1 氟盐法制备 Al－Ti－B 中间合金反应示意图 Fig．1 Reaction principle for manufacturing the Al－Ti－B master alloy 由上述三个反应的自由焓变（ΔΗ）可知反应（3） 最容易发生；而且在此实验中‚两种氟盐经过搅拌充 分混合‚更加速了反应（3）的进行．在原材料添加方 面保证 Ti 和 B 质量比为5∶1（＞2∙2∶1）‚因此发生 反应（3）之后 K2TiF6 有剩余‚继续发生反应（2）‚所 第29卷 第5期 2007年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．5 May2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．05．005