摘 要 采用AlTiC晶粒细化中间合金对A356进行了晶粒细化试验，证明A356合金的α(Al)晶粒尺寸和枝晶干同时获得了明显的细化。这表明AlTiC合金可能是细化Al-Si合金α(Al)晶体组织和克服Si中毒作用的良好晶粒细化剂。
关键词：A356 AlTiC晶粒细化剂 晶粒细化
Grain Refinement for A356 Alloy
Gao Zesheng
(Zhuozhou Aluminum Alloy Material Factory in Hebei Province)
ABSTRACT The grain refinement test for A356 casting alloy has been carried out by addition of AlTiC master alloys. The result showed that both grain size and dendritic arm were refined obviously.This indicates that AlTiC master alloys would be a good additive for refining the crystal structure and overcoming the poisoning effect of Si in Al-Si casting alloys.
Key Words:A356 Alloy,AlTiC Grain Refiners,Grain Refinement
1 前 言
Al-Si合金含w(Si)在2%以下时，硅促进晶粒细化，然而w(Si)在3%以上随硅含量增加晶粒连续粗化，出现所谓的硅“中毒”现象。w(Si)在2%～3%范围称临界成分范围，显然在这一过渡区的两侧存在着不同的晶粒细化机制［1］。
晶粒尺寸控制包括形核和生长。能提供充分数量有效晶核是晶粒细化的基础。然而最终晶粒尺寸取决于随后α(Al)晶体的生长限制。Al-Si合金的生长限制因素(Ki-1)miwB示于表1。其Ki为分配系数，mi为液相线斜度，wB为合金质量分数。在w(Si)=3%时生长限制因素(GRF)值约为18。在此值以上硅使晶粒尺寸连续缯大，而添加剂的加入使GRF值加大，因而导致晶粒进一步粗化。
表1 Al-Si合金的生长限制因素［2］
Table 1 Growth Restricting factors in Al-Si Alloy［2］
对于克服Si中毒，文献［2］试验得出结论，认为用加大细化剂添加量从而增加形核发生点的办法。并指出，不管采用什么形式的细化剂，只要加入的硼达到0.001%，就能获得充分的晶粒细化，也就是每吨铝需要加入10 kg的AlTi5B。显然这样的加入量，在使用成本上是不经济的。
为此，试验采用的AlTiC对A356合金进行了晶粒细化处理。理论依据是TiC粒子本身可使α(Al)形核，TiC具有与铝相同的面心立方晶体结构，晶格常数与Al的非常接近，熔点3 147 ℃，非常稳定。因此，在对99.7%Al采用国际标准试验法用AlTiC获得非常好的晶粒细化结果［3］的基础上，进行了试验。
2 试验方法
A356合金材料购自保定立中铝业公司，已预加Sr变质处理。
AlTiC晶粒细化中间合金为我们新开发的Al-5Ti-C，加入量为0.2%。用石墨坩埚熔化A356合金5 kg。合金熔化后于730 ℃±5 ℃加入AlTiC，搅拌30 s后按5，15，30和60 min间隔时间取样浇注入标准雷诺高夫T形钢模中［4］。试样冷却后取出距底部51 mm处截断，抛光浸蚀后做金相检验试样。图1和图2分别示出放大100倍的金相显微组织照片和放大32倍的偏光显微组织照片。取样时间点为5 min。
a.未加细化剂 b.加AlTiC
图1 A356合金的金相显微照片 ×100
Fig.1 Micrography of A356 Alloy ×100
a.未加细化剂 b.加AlTiC
图2 对应图1a和b的A356合金的偏光显微照片 ×32
Fig.2 Polarized Micrography corresponding to
Fig.1 (a) and (b) for A356 alloy ×32
3 试验结果
图1a为未加晶粒细化剂的A356合金试样，图1b为加入0.2%的AlTiC处理的试样。可以看出，未加入AlTiB的试样晶粒没有细化，似乎略有粗化。而加入AlTiC的试样晶体组织明显细化了(图1b)。
图1显微组织照片看不出单个晶粒尺寸大小，因此我们进一步制作了偏光显微照片。图2为未加细化剂试样和加AlTiC的试样分别对应于图1a和图1b放大32倍的偏光照片。可以清楚地看出，未加细化剂试样晶粒尺寸非常粗大，而加AlTiC的晶粒尺寸变细小且趋于均匀。这对A356合金的力学性能改善，缩短热处理时间和提高轮毂表面光泽将有着重要作用。
试验结果证明，AlTiC是Al-Si合金非常有效的晶粒细化剂，在低加入量下实现α(Al)的晶粒细化，同时也表明AlTiC克服了Si中毒 。因此预示AlTiC是Al-Si合金晶粒细化可行的有效晶粒细化中间合金。
4 结束语
(1) AlTiC晶粒细化中间合金在变形铝合金领域，1996年在美国Alcoa公司工业规模应用，取得了良好的晶粒细化结果；同一时期，欧洲开发的AlTiC也开始实验室规模的试用，对厚截面或大尺寸铸锭尤其有效［4］。
(2) AlTiC在Al-Si铸造合金中的应用未见有先例。试验取得了良好的结果，使Al-Si合金的α(Al)和晶粒同时获得了细化，组织均匀，晶粒尺寸达到未细化前的1/3左右。
(3) AlTiC对于解决Al-Si合金中的Si中毒效应可能是非常好的新型晶粒细化剂。
作者单位：高泽生(河北省涿州市铝合金材料厂)
参考文献
1 Backerud,Johnsson.The Relative Importance of Nucleation and Growth Mechanisms to Control Grain Size in Various Aluminum Alloys. Light Metals， 1966, 27(4) 679～685
2 Spittle J A, Keeble J M Meshhedani M.The Grain Refinement of Al-Si Foundry Alloys.Light Mefals，1997， 27(2): 795～800
3 高泽生.新一代Al-Ti-C晶粒细化剂的研究与开发.轻合金加工技术，1999，27(3)：8～11
4 高泽生.Al-Ti-C晶粒细化用中间合金的最新进展.轻合金加工技术，1998,26(10):5～11
