文东辉¹，杨孟刚¹，张虎¹，张玉良²　　
（1.  中国铝业贵州分公司电解铝厂，贵州 贵阳 550014；2. 徐州市英发冶金材料有限公司，江苏 徐州 221120）

　　摘要：在生产实践中研究了AlTiC中间合金对Al-Mg-Si系合金的组织、性能的影响，从理论上分析了AlTiC的作用机制。结果表明，AlTiC对Al-Mg-Si合金的组织有很好的细化作用，对其力学性能有一定影响。

　　关键词：铝合金；AlTiC细化剂；组织；性能

　　随着铝加工业的发展，对铝合金的组织和性能提出了更高的要求。不少厂家在铝合金熔体中加入微量添加剂，如稀土、AlTiB等，以期提高合金的强度。虽然这些添加剂在改善强度方面有一定作用，但使合金的塑性有下降趋势。本文研究在大规模熔铸生产中，AlTiC晶粒细化剂对A1-Mg-Si系合金中的典型合金6063的各项性能的影响，探讨AlTiC细化剂在Al-Mg-Si系合金中工业性应用的可能性。

　　1 AlTiC晶粒细化剂与AlTiB的比较

　　现有AlTiB晶粒细化剂中TiB₂粒子的聚集缺陷，使其加入铝合金中时仍存在某些质量问题。例如易使箔材产生针孑L和断裂，光亮和阳极氧化铝合金薄板易产生条状缺陷，PS基板易产生表面缺陷，以及飞机用高强铝合金厚板和锻件中的裂纹等问题。在含Zr或Cr的铝合金中Zr或Cr使TlB₂中毒，导致降低细化效果，亦产生不均匀的晶粒组织^[1]。为了避免这些缺陷，铝工业界希望能有一种可接受的取代AlTiB的细化剂或者低B与无B的中间合金。含TiC的晶粒细化剂较少存在与TlB2相关的缺陷。TiC粒子聚集倾向小，对Zr或Cr中毒有免疫力。AlTiC是最有潜力的铝用晶粒细化剂，早在1949年Cibula便发现C在Al-Ti二元合金中生成TiC有晶粒细化作用，并建立了碳化物理论^{[2 ]}。但是，由于没有找到实际有效的合金化方法，未使AlTiC实现工业性生产和应用^[2]。

　　 AlTiC是通过TiAl₃和TiC两种粒子起到细化铝合金晶粒的作用，且TiC质点本身有很高的熔点，它不象TiB₂容易聚集，并且不受Zr、Cr、Mn等元素的影响，使AlTiB的上述缺点得以避免或减少^[3]。　　

　　2  试验用的细化剂

　　AlTiC细化剂由徐州市英发冶金材料有限公司提供，成分为：w(Ti)=5％，w(C)二0．5％，余量为Al。国家钢铁研究总院分析的结果为：w(Ti)=4．98％，w(C)=0．45％。AliB细化剂的成分为：w(Ti)二5％,w(B)=1％，余量为Al。

　　3  AlTiC细化6063铝合金晶粒试验

　　在气幕铸造生产线上选择铸造φ165mm的6063铝合金锭做试验，AlTiC晶粒细化剂按1 kg/t Al和6kg／t Al的添加量，进行2个铸次的试验。熔铸工艺参数采用原有典型生产技术参数，以便进行比较。熔炼完毕，在25t保温炉进行Ti元素的衰减试验，每隔30min取一次样(共取6次)进行化学成分分析。配料情况见表1。

　　表1 配料情况对比

熔次	液态原铝/Kg	102合金/Kg	镁锭/Kg	细化剂/Kg	备注
6063-310	17420	753	89	38 （AlTiC）	炉内添加AlTiC中间合金，在线未加AlTiB线杆
6063-311	15740	670	81	34 （AlTiC）
6063-312	14700	624	74	0	炉内未加AlTiC中间合金，在线未加AlTiB线杆
6063-313（生产料）	16080	681	83	15 （AlTiB）	炉内未加AlTiC中间合金，在线添加φ9.5mm AlTiB线杆； 线杆速度125mm/min

 

　　4  试验结果

　　4.1  金相组织检查

　　添加AlTiC中间合金及未添加AlTiC中间合金时产品的高、低倍检测情况见表2和图1。

　　通过对比试验可以看出，在炉内添加AlTiC细化剂，未在线添加AlTiB线杆时，高倍组织正常；低倍组织均为等轴晶粒，晶粒度均为1级。它们与正常生产在线添加AlTiB线杆时的铸锭的高、低组织情况一样。可见在Al-Mg-Si系典型合金6063熔铸时，使用AlTiC细化剂处理熔体，铸锭组织得到较好的细化。

　　4.2  Ti的实收率

　　熔体化学成分分析结果见表3。从表中数据可知在A1—Mg-Si铝合金中添加AlTiC细化剂Ti元素实收率为70％-75％。

　　表2 铸锭高倍、低倍组织检查情况

熔次	高倍检查	低倍检查	晶粒细化处理措施
6063-310	组织正常，未发现异常现象	未发现肉眼可见的低倍缺陷，呈等轴晶粒，晶粒度1级	炉内添加AlTiC中间合金，在线未加A1TiB 线杆
6063-311	组织正常，未发现异常现象	未发现肉眼可见的低倍缺陷，呈等轴晶粒，晶粒度1级	炉内添加AlTiC中间合金，在线未加A1TiB 线杆
6063-312	组织正常，存在轻微疏松	心部存在缩孔裂纹，晶粒度2～3级	未加细化剂
6063-313	组织正常，未发现异常现象	未发现肉眼可见的低倍缺陷，呈等轴晶粒，晶粒度1级	炉内未加AlTiC中间合金，在线添加A1TiB线杆

　　4.3 Ti含量衰减情况

　　熔体中Ti衰减情况测量结果见表4。从表中数据可知，在Al—Mg—Si合金中添加AlTiC细化剂，乃含量随时间延长不发生衰减。

　　试验铸锭金相组织

　　表3　Al-Mg-Si合金铸造前化学成分(质量分数)分析情况

熔次	Fe	Si	Mg	Mn	Cr	Ti	Cu
6063-310	0.14	0.42	0.50	0.002	0.001	0.011	0.001
	0.15	0.43	0.50	0.002	0.001	0.011	0.001
6063-311	0.16	0.41	0.51	0.001	0.001	0.008	0.001
	0.16	0.41	0.52	0.001	0.001	0.008	0.001
6063-312	0.17	0.41	0.51	0.001	0.001	0.002	0.001
	0.16	0.42	0.51	0.001	0.001	0.003	0.001
6063-313	0.16	0.41	0.52	0.001	0.001	0.007	0.001
	0.16	0.41	0.51	0.001	0.001	0.006	0.001

　　 表4　Ti含量衰减情况

时间/Min	0	30	60	90	120	150
w(Ti)/%	0.011	0.011	0.011	0.011	0.011	0.011

 

　　4．4 铸锭力学性能分析

　　铸锭力学性能测试结果见表5。可以看出：(1)添加AlTic细化剂与在线添加AlTiB线杆的相比，6063铝合金铸锭抗拉强度提高7．5％，屈服强度提高4．5％，伸长率相对提高11．5％；(2)添加AlTiC细化剂与在线添加AlTiB线杆相比，其用量大幅度减少，它们分别为：w(AlTiB)=0．3％，w(AlTic)二0．1％和w(AlTic)=0．06％，而添加AlTiC的铸锭其力学性能却有很大提高。

　　表5 试验6063铝合金铸锭的力学性能

熔次	Rm/(N.mm-2)	Rp0.2/(N.mm-2)	A/%
6063-310	170	115	25.6
6063-311	169	113	25.3
6063-312	149	108	22.3
6063-313	158	110	22

 

　　5  结束语

　 　(1)在炉内添加AlTiC细化剂取得了预期的晶粒细化效果。其用量与AlTiB相比较大幅度下降，确切用量尚需进一步试验研究。

　　 (2)AlTiC晶粒细化剂可提高6063铝合金铸锭的力学性能。

　　（3）AlTiC晶粒细化剂添加到Al-Mg-Si合金中尚未发现不良反应。

　　（4）还有一些问题需进一步试验研究，例如Al-Mg-Si合金中添加AlTiC细化剂后，对塑性加工性能、加工材的力学性能和耐蚀性能的影响等。