Al-5Ti-1B細化劑添加量對5052鋁合金板錠晶粒度的影響研究

紀劍峰 王歡 劉兆全

（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊 830013）

前言

5052鋁合金具有中高強度、良好的抗疲勞性能和焊接性能、耐海洋大氣腐蝕性好以及優良的低溫穩定性等優點，廣泛應用于飛機、車輛、船舶、集裝箱等產品中[1-2]。優良使用性能實現的基礎是優秀的顯微組織，而細化劑的添加對5052鋁合金的晶粒度有顯著影響，從而對塑性、抵抗拉應力及裂紋傾向等產生影響[3]。因此本文針對目前發展成熟的Al-5Ti-1B細化劑，研究其添加量對5052鋁合金板錠晶粒度的影響，從而為5052鋁合金鑄態組織的優化提供試驗依據[4]。

1 試驗

1.1 試驗方法

本試驗采用主要成分（質量分數）為Al-2.5Mg-0.2Cr 的5052 合金。工業重熔鋁錠（99.70%純鋁）在熔煉爐內加熱到740℃并熔化保溫20min 后，再將各種合金材料按照預先設計好的比例投入熔煉爐內，并在730-740℃進行精煉、扒渣等一系列工藝流程。當爐內溫度穩定到740℃后進行鑄造，鑄造過程在流槽內分別按照0.06%、0.14%、0.22%、0.30%、0.38%、0.46%添加Al-5Ti-1B 細化劑，得到規格為長5000mm×寬1080mm×厚520mm 的鑄錠，在板錠橫切面心部切取樣品進行晶粒度對比檢驗。

1.2 檢驗方法

晶粒度的測量按照GB/T 3246.1《變形鋁及鋁合金制品顯微組織檢驗方法》的規定進行檢驗。在板錠上切取的樣品經過磨制、拋光處理后，用HF：HCl：HNO3：H2O=1：3：5：190 比例的液體進行腐蝕顯示出晶界，統一拍攝50X 放大倍數的金相照片（圖1），然后用專業的晶粒度測量軟件測試出平均晶粒直徑作為評價指標。

2 試驗結果與分析

不同Al-5Ti-1B細化劑添加量下5052板錠金相照片如圖2 所示。可以看出Al-5Ti-1B 細化劑添加量對5052板錠晶粒影響顯著。A1-5Ti-1B細化劑含量較低時5250 板錠組織為尺寸較大的菊花狀等軸晶，A1-5Ti-1B 細化劑含量較高時5052 板錠組織為尺寸細小的球狀等軸晶。

為了進一步量化分析細化劑對晶粒度的影響，對不同細化劑含量下的平均晶粒直徑進行了統計，如圖3所示。可以看出，隨著Al-5Ti-1B細化劑添加量的增加，5052板錠晶粒平均直徑不斷降低，晶粒尺寸不斷得到細化。Al-5Ti-1B 細化劑中對鋁合金晶粒細化起關鍵作用的是TiB2相和TiAl3相。細化劑加入鋁熔體中后TiAl3相發生熔解，而TiB2相穩定存在；在凝固過程中Ti元素在TiB2周圍富集并形成TiAl3薄層作為形核核心而細化鑄錠組織[5]。可見，Al-5Ti-1B 細化劑添加量的增加，使得鋁合金液中的形核核心數量增加，從而在冷卻鑄造過程中有利于形成更為細化的組織。

圖3 不同Al-5Ti-1B細化劑添加量下5052板錠的平均晶粒尺寸

根據試驗結果統計，Al-5Ti-1B 細化劑在0.06%至0.46%范圍內不斷提高，5052 板錠晶粒級別指數可由2.0 級以下不斷提升至4.0 級以上；在此范圍內Al-5Ti-1B 含量每提高0.01%，平均晶粒直徑可降低約2%。因此，在實際應用中，可結合設計目標、客戶要求以及生產成本等各方面因素確定適宜的細化劑添加量，從而在控制成本的前提下將晶粒度尺寸細化至要求范圍內。

3 結論

按照0.06%、0.14%、0.22%、0.30%、0.38%、0.46%的添加量在5052 鋁合金板錠生產過程中添加Al-5Ti-1B 細化劑，檢驗細化劑對板錠橫切面心部晶粒度的影響，得出以下結論：

1）A1-5Ti-1B細化劑含量較低時5052板錠組織為尺寸較大的菊花狀等軸晶，含量較高時為細小的球狀等軸晶。

2）隨著Al-5Ti-1B 細化劑添加量的增加，5052板錠平均晶粒直徑不斷降低。

3）在0.06%至0.46%范圍內不斷提高Al-5Ti-1B細化劑添加量，5052板錠晶粒級別指數可由2.0級以下不斷提升至4.0級以上。

4）在0.06%至0.46%范圍內Al-5Ti-1B含量每提高0.01%，平均晶粒直徑降低約2%。