外场作用下Al-Ti-C-Sr合金中Al-Ti-Sr相的凝固相变及细化变质机理

铝硅合金广泛应用于航空航天和汽车等工业中，细化与变质已成为提高该类合金性能的必需技术，是冶金与材料领域高度重视的课题。Al-Ti-C-Sr合金是一种新型的双效细化变质剂，具有优异的细化和变质效果，新发现的Al-Ti-Sr相会对其细化变质效果产生重要影响，外场对该相的凝固相变特性具有重要作用，而对这些科学问题的研究几乎处于空白。.为此，本项目采用XPS、HRTEM、DSC、DTA、TEM和场发射SEM等手段，研究该合金中Al-Ti-Sr相的微观结构和凝固相变机理，特别是在电磁搅拌外场作用下Al-Ti-Sr相形成的热力学条件、形核与长大机理，以及Al-Ti-Sr相的细化变质机理，制备出具有优异细化变质效果的Al-Ti-C-Sr合金，为开发新型的高效铝硅合金双效细化变质剂提供理论依据，同时会大大丰富金属凝固相变、冶金物理化学等学科知识，具有重要的科学意义与应用价值。

亚共晶铝硅合金因具有强度高、比重低、铸造性能优良、耐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天和汽车制造等领域。然而，未经细化和变质的亚共晶铝硅合金，粗大α-Al晶粒降低了合金的强度和塑性，针片状共晶硅严重割裂铝基体。因此，研究亚共晶铝硅合金的晶粒细化和共晶硅变质具有重要意义。制备了Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂，研究了细化剂的相组成、形貌以及分布；采用扫描电镜和透射电镜分析了Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂中Al-Ti-Sr三元相的形貌特征、晶体结构和晶格参数，探讨了Al-Ti-Sr三元相的形成机理；研究了挤压工艺对Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂显微组织和细化性能的影响；研究了静态条件及电磁搅拌下浇铸参数对Al-3Ti-0.2C-5Sr细化变质剂各相形态分布的影响。结果表明：.1、Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂由α-Al、TiAl3相、TiC相、Al4Sr相、Al-Ti-Sr相组成。添加细化剂后铝硅合金的宏观晶粒明显细化，晶粒尺寸由未细化时的1195μm减小到438μm，共晶硅由粗大的针片状转变为细小的纤维状和粒状。.2、Al-Ti-Sr三元相有两种形貌，为同一种Al-Ti-Sr相。Al-Ti-Sr三元相的晶体结构为面心立方，晶格参数为a=1.52nm。Al-Ti-Sr三元相通过包晶反应形成。.3、Al-3Ti-0.2C-5Sr经挤压后，其组织中TiAl3和Al4Sr相的尺寸减小，TiC相在基体中的分布更均匀，Al-Ti-Sr三元相的尺寸减小且数量增多。挤压态Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂具有更好的晶粒细化效果。.4、浇铸温度对Al-3Ti-0.2C-5Sr细化变质剂中TiAl3相的形貌影响较大。Al-3Ti-0.2C-5Sr中间合金中各相的析出顺序为TiAl3相、Al-Ti-Sr相、Al4Sr相。.5、电磁搅拌后Al-3Ti-0.2C-5Sr细化变质剂中TiAl3相消失，大块状或板条状Al-Ti-Sr相转化为小块状，块状Al4Sr相转化为细针状，TiC颗粒分布均匀；最优搅拌方案为800 ℃以7Hz频率搅拌10 min。.6、搅拌前后Al-3Ti-0.2C-5Sr可将Al-7Si中间合金分别细化至260 μm和172 μm；搅拌后Al-3Ti-0.2C-5Sr细化响应时间缩短，搅拌后Al-3Ti-0.2C-5Sr添加量较未搅拌节省约30%。