铝合金组织细化用中间合金 -中南大学出版社

铝合金组织细化用中间合金

【作者】：刘相法,边秀房
【出版时间】：2012-11-01
【字数】：268（千字）
【定价】：￥68（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-5487-0450-8
【页码】：211（页）
【开本】：小16开

本书介绍了微细化铝合金用中间合金的制备方法、组织特点、应用原理与晶粒细化机制。主要内容包括: 铝合金的应用现状与发展趋势, 论述了铝合金晶粒细化的意义、原理与方法; Al-Ti-B 中间合金的制备、组织结构、细化行为和细化机理; Al-Ti-C 和Al-Ti-C-B中间合金及其对纯铝及铝合金的细化行为; Al-P中间合金及其在Al-Si、 Al-Mg₂Si、 Mg-Al-Si合金中的应用; Si-P系中间合金及其应用。

本书可作为特种合金材料制备、液态金属加工和凝固组织控制等相关专业在校师生、研究人员及铝加工行业专业技术人员的参考书。

第1章铝合金组织细化概论1
1.1 铝及铝合金的应用与发展1
1.2 铝合金晶粒细化的意义2
1.3 晶粒形成原理5
1.3.1 均质生核5
1.3.2 非均质生核7
1.3.3 生核率10
1.3.4 生核剂10
1.4 晶粒细化方法12
1.4.1 化学法12
1.4.2 热控法13
1.4.3 动态晶粒细化法13
参考文献14
第2章 Al-Ti-B中间合金的制备及其细化性能16
2.1 Al-Ti-B中间合金的发展历程16
2.2 Al-Ti-B中间合金的制备方法18
2.2.1 制备方法简介18
2.2.2 氟盐法制备Al-Ti-B中间合金的影响因素21
2.3 Al-Ti-B中间合金线材加工方法24
2.3.1 竖式水冷半连续铸造(DC)与挤压法25
2.3.2 连续铸挤法25
2.3.3 连铸连轧法27
2.4 Al-Ti-B中间合金的相组成及其结构演变28
2.4.1 TiAl₃相的形貌与形成28
2.4.2 TiAl₃在铝熔体中的溶解动力学30
2.4.3 TiB₂化合物39
2.5 Al-Ti-B中间合金对铝及铝合金的细化行为42
2.5.1 Al-Ti-B中间合金对工业纯铝细化效果的遗传效应42
2.5.2 Al-Ti-B中间合金对A356合金的晶粒细化行为44
2.5.3 Al-Ti-B中间合金对含Zr铝合金的晶粒细化行为46
2.6 Al-Ti-B中间合金对铝合金的细化机理49
2.6.1 包晶理论49
2.6.2 碳化物-硼化物粒子理论50
2.6.3 复相生核理论50
2.6.4 晶体分离与增殖理论52
2.6.5 界面过渡区理论52
[BW(S(S,-2,)MD2][XCA6.TIF,JZ]铝合金组织细化用中间合金[BW)] [BW(D(S,,-2)MD2]目录[XCA6.TIF,JZ][BW)] 参考文献54
第3章 Al-Ti-C与Al-Ti-C-B中间合金及其细化性能57
3.1 Al-Ti-C中间合金的发展历程57
3.2 Al-Ti-C中间合金的铝熔体反应合成59
3.2.1 熔体反应法合成TiC的热力学分析59
3.2.2 合成方式对TiC组织形貌的影响61
3.2.3 TiC粒子的尺寸控制63
3.3 Al-Ti-C中间合金对纯铝的细化行为65
3.3.1 不同成分Al-Ti-C中间合金的细化效果对比65
3.3.2 Si、 Mg、 Zr元素对Al-Ti-C细化行为的影响66
3.3.3 Al-Ti-C中间合金细化α-Al的机理分析70
3.4 Al-Ti-C-B中间合金及其细化行为75
3.4.1 TiC的结构性质76
3.4.2 Al-Ti-C-B中间合金的微观组织结构77
3.4.3 B元素对TiC形貌的影响79
3.4.4 Al-Ti-C-B中间合金的晶粒细化行为82
参考文献85
第4章 Al-P系中间合金及其应用88
4.1 Al-Si合金磷细化处理概述88
4.1.1 Al-Si合金的组织特征88
4.1.2 Al-Si合金中初晶Si的磷细化处理89
4.1.3 影响磷细化效果的因素91
4.2 Al-P系中间合金相组成及其控制93
4.2.1 Al-P系中间合金物相组成93
4.2.2 Al-Si-P熔体中AlP团簇结构94
4.2.3 Al-Si-P合金相组成及其微观组织特征99
4.2.4 Al-Zr-P合金相组成及其微观组织特征100
4.2.5 Al-Cu-P合金相组成及其微观组织特征102
4.3 Al-P系中间合金磷化物生长机制研究104
4.3.1 Al-Si-P合金中AlP孪晶生长机制104
4.3.2 Al-Zr-P合金中ZrP生长行为研究113
4.4 Al-P中间合金对初晶Si相的细化机制118
4.4.1 Al-P中间合金对初晶Si相的连续生核机制118
4.4.2 TiB₂与AlP对初晶Si的复合粒子生核机制122
4.5 Al-P系中间合金在Al-Si合金细化中的应用130
4.5.1 Al-Si-P中间合金微观组织与细化行为的关系131
4.5.2 Al-Si-P中间合金对A390合金细化工艺参数优化136
4.5.3 Al-Si-Cu-P中间合金对A390合金的细化处理142
4.5.4 Al-Zr-P中间合金在Al-Si合金细化中的应用144
4.5.5 AlP对铝合金中富铁相的诱导作用148
4.6 Al-P中间合金对Mg₂Si相的细化处理153
4.6.1 Al-Mg₂Si合金中初晶Mg₂Si的细化处理153
4.6.2 Mg-Al-Si合金中初晶Mg₂Si的细化处理157
参考文献163
第5章 Si-P系中间合金及其应用171
5.1 Si-P系中间合金的相组成与组织形貌171
5.1.1 Si-P二元中间合金的相组成与组织形貌171
5.1.2 Si-Cu-P中间合金的相组成与组织形貌171
5.1.3 Si-Mn-P中间合金的相组成与组织形成规律173
5.1.4 Si-Zr-Mn-P中间合金的相组成与组织形貌178
5.2 Si-Mn-P中间合金对过共晶Al-Si合金的细化处理180
5.2.1 Si-Mn-P中间合金细化Al-24Si添加工艺180
5.2.2 Si-Mn-P中间合金对Al-24Si细化参数的确定181
5.2.3 Si-Mn-P中间合金细化Al-24Si的机理分析185
5.3 Si-P中间合金对超高硅Al-Si合金的细化处理187
5.3.1 临界细化工艺参数的确定 190
5.3.2 超高硅Al-Si合金细化的热力学与动力学分析 193
5.4 硅相生核界面性质的第一性原理研究196
5.4.1 AlP/Si界面的研究 197
5.4.2 Si原子在AlP表面吸附行为的第一性原理研究201
参考文献210

熔炼工作合金时所需炉料主要包括纯组元、回炉料、中间合金及辅助材料。

中间合金, 英文名称“master alloy”, 亦称母合金, 是指预先制备好的、由两种或多种元素在特定条件下制成的对工作合金具有改性作用的合金炉料。改性作用是指中间合金含有的元素或金属间化合物对工作合金的组织、性质和性能起到的改善作用。

在工作合金熔炼过程中, 中间合金便于加入, 可最大限度地降低或消除单一元素加入时的诸多弊端, 从而获得化学成分准确、组织均匀和性能改善的高质量合金制品或半成品。通常中间合金中的第二或第三组元是一些高熔点、难溶解、易氧化或对人体有危害的元素, 如Mo、 Fe、 Sr和Be等。传统意义上, 使用中间合金的目的是便于加入上述4类元素, 以获得成分准确的工作合金, 同时又简化工作合金的熔炼工艺。

随着熔炼技术水平的不断提高, 中间合金的用途日益广泛, 功效日渐显著, 意义越发重要, 特别是它对工作合金的改性作用, 能达到“四两拨千斤”的功效。一些高性能材料往往通过使用中间合金来实现对其控制, 使之成为提高材料质量的重要手段。由于从终端制品无法考察在熔炼中间环节所采用的中间合金, 因而其技术保密性很强。

作为改性用途的中间合金, 其结构和组织状态非常关键, 即使中间合金的化学成分相同, 其功效也会截然不同, 因此具有很强的遗传效应。另外, 中间合金有其时效性, 应用不当会导致“中毒”或带来副作用, 因此使用方法也很重要。

本书的撰写基于著者十几年来对中间合金的研究工作, 系统介绍了微细化铝合金用中间合金的制备方法、组织特点、应用原理与晶粒细化机制。全书共分5章, 第1章概述了铝合金的应用现状与发展趋势, 论述了铝合金晶粒细化的意义、原理与方法; 第2章介绍了Al-Ti-B中间合金的制备、组织结构、细化行为和细化机理; 第3章介绍了Al-Ti-C和Al-Ti-C-B中间合金及其对纯铝及铝合金的细化行为; 第4章介绍了Al-P系中间合金及其在Al-Si、 Al-Mg₂Si、 Mg-Al-Si合金中的应用; 第5章介绍了Si-P系中间合金及其应用。

本书由刘相法教授和边秀房教授共同规划、修改和定稿。具体分工为第1章、第2章和第3章由刘相法撰写, 李鹏廷、丁海民和聂金凤参与了本部分撰写工作; 第4章由左敏撰写, 武玉英、李冲、李大奎和侯静参与了本部分撰写工作; 第5章由吴亚平撰写, 戴洪尚参与了本部分撰写工作。高聪娟和田文婕做了部分图表处理工作。全书由武玉英博士校对。

本书可作为特种合金材料制备、液态金属加工和凝固组织控制等相关专业在校师生、研究人员及铝加工行业专业技术人员的参考书。

特别感谢Yücel Birol博士为本书提供了多幅Al-Ti-B中间合金照片。本书中许多研究成果是由著者课题组多位成员完成的, 感谢课题组各位老师和研究生的辛勤工作, 以及国家自然科学基金项目(50625101、 51071097)和国家重点基础研究发展计划项目(2012CB825702)的资助。

由于作者水平有限, 加之相关研究工作仍在进行中, 书中难免有不足之处, 敬请读者批评指正。

著者

2012年6月于济南

当今有色金属已成为决定一个国家经济、科学技术、国防建设等发展的重要物质基础, 是提升国家综合实力和保障国家安全的关键性战略资源。作为有色金属生产第一大国, 我国在有色金属研究领域, 特别是在复杂低品位有色金属资源的开发与利用上取得了长足进展。

我国有色金属工业近30年来发展迅速, 产量连年来居世界首位, 有色金属科技在国民经济建设和现代化国防建设中发挥着越来越重要的作用。与此同时, 有色金属资源短缺与国民经济发展需求之间的矛盾也日益突出, 对国外资源的依赖程度逐年增加, 严重影响我国国民经济的健康发展。

随着经济的发展, 已探明的优质矿产资源接近枯竭, 不仅使我国面临有色金属材料总量供应严重短缺的危机, 而且因为“难探、难采、难选、难冶”的复杂低品位矿石资源或二次资源逐步成为主体原料后, 对传统的地质、采矿、选矿、冶金、材料、加工、环境等科学技术提出了巨大挑战。资源的低质化将会使我国有色金属工业及相关产业面临生存竞争的危机。我国有色金属工业的发展迫切需要适应我国资源特点的新理论、新技术。系统完整、水平领先和相互融合的有色金属科技图书的出版, 对于提高我国有色金属工业的自主创新能力, 促进高效、低耗、无污染、综合利用有色金属资源的新理论与新技术的应用, 确保我国有色金属产业的可持续发展, 具有重大的推动作用。

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中南大学出版社长期倾力服务有色金属的图书出版, 在《有色金属理论与技术前沿丛书》的策划与出版过程中做了大量极富成效的工作, 大力推动了我国有色金属行业优秀科技著作的出版, 对高等院校、研究院所及大中型企业的有色金属学科人才培养具有直接而重大的促进作用。