熔体处理对提高高性能铝材冶金质量和力学性能的作用研究

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本文针对国产铝材冶金质量普遍较国外差、直接影响到铝材塑性成型等性能的现状。选择具有广阔应用前景的高性能铝材(如易拉罐用铝材)作为主要的研究对象,采用OM、SEM、EDAX、DTA、XRD及力学性能等先进的分析测试手段,在前期压力罐用铝材国产化及其用料低品化等系列研究成功的基础上,较系统深入地探讨了高效净化、晶粒细化和变质处理等铝熔体处理技术及其对提高铝材冶金质量的作用和规律,以及铝熔体的净化处理、细化处理和变质处理之间的内在联系,进一步阐明了高效净化在铝熔体处理中的重要作用;最后,在实际生产中检验了熔体综合处理技术的效果。主要研究结果如下: 1、排杂熔剂组成对其净化效果具有决定性的影响。熔剂组成直接影响了其物理化学性质(如熔点、润湿角和表面张力等),从而影响了排杂净化的热力学和动力学条件,因此在熔剂组成的设计上,必须以其排杂净化热力学和动力学特点作为依据; 2、适于易拉罐用铝材和电工用铝材的高效排杂净化熔剂分别是YJ—1和DJ—1熔剂,分别采用这两种熔剂并结合合适的处理工艺,均可显著降低铝材中夹杂物含量和气体率,除杂率分别可达91.3%和83.6%、气孔降低率分别可达94.2%和91.2%,使得铝材中主要冶金缺陷明显减少,从而直接影响到铝材的断裂方式,提高了铝材的性能; 3、适于易拉罐用铝材的中间合金为进口Al—5Ti—1B,在最佳处理工艺条件下,晶粒平均尺寸与未细化相比减少了6.14倍;国产A1—5Ti—1B中间合金是电工用铝材较合适的细化剂,在合适处理工艺条件下,晶粒平均尺寸比未细化减小了一半;两种细化剂的细化作用均具有长效性; 4、变质添加剂M3处理易拉罐用铝材后,富Fe第二相由粗大长针状或骨骼状变成细小圆球状、且均匀分布,显著提高了铝材的力学性能,尤其是伸长率的提高幅度可达67.7%; 5、获得了高效排杂熔剂净化为基础的铝熔体综合处理技术,进一步提高了铝材的冶金质量和力学性能,尤其是塑性,如伸长率的提高幅度可达112.8%;将该技术应用于易拉罐用铝材大炉熔炼试生产中,与常规熔体处理相比,在不同状态(如铸态、均匀化态、冷轧态、热轧态、中间退火态)下的力学性能均得到明显提高;此外,高效排杂净化熔剂DJ—1在电工圆铝杆实际生产中也具有优异的净化效果,在强度超过120MPa的前提下,塑性(伸长率)仍提高了36.6%,伸长率由7.5%提高到12.2%,完全满足生产技术福州大学硕士学位论文 摘 要指标的要求; 6、以排杂为主的净化思路是可行的,排杂是净化处理的关键;在高效净化后进行变质处理和中间合金细化处理,能充分发挥变质和细化处理各自的作用,因此挣化是细化和变质处理的基础,是铝熔体处理中的关键技术;也进一步表明了本课题组前期在压力罐用铝材国产化等系列研究中所提出的这一铝熔体处理原则具有普遍的指导意义。
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