铝钛硼晶粒细化机理汤皓元，陈越，杨钢，方树铭徐涛，张苏（昆明冶金研究院，昆明６５００３１）摘要从铝钛硼中间合金入手，分析了铝钛硼中主要的金属化合物是三铝化钛和二硼化钛，这两种金属化合物在铝及铝合金晶粒细化中起到主导作用。分析了目前晶粒细化剂细化机理主要观点，即硼化物理论、相图／包晶理论、包晶壳理论、超形核理论、二重形核理论等，同时阐述了铝钛硼晶粒细化机理的最新研究成果。关键词铝钛硼二硼化钛三铝化钛形核中图分类号：ＴＧ２９２文献标识码：ＡＡｌ－Ｔｉ－ＢＧｒａｉｎＲｅｆｉｎｅｍｅｎｔＭｅｃｈａｎｉｓｍＡｂｓＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｔａｒｔｓｆｒｏｍｔｈｅＡｌ－Ｔｉ－ＢｍａｓｔｅｒａｌＴｉＡｌ３ａｎｄＴｉＢ２．Ｂｏｔｈｍｅｔａｌｃｏｍｐｏｕｎｄｓｐｌａｙａｌｅａｄｉｎｇｒｏｌｅｉｎｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｏｉｎｔｓｏｆｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｒｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｎｃｌｕｄｉＡｌ－Ｔｉ－Ｂ，ＴｉＢ２，ＴｉＡＫｅｙｗｏ随着社会的发展，铝及铝合金的需求量不断攀升，并且铝的高端产品需求量也不断增加。铝及铝合金生产厂家迫切需要改善其加工工艺、提高成材率及节约原材料和能源，铝钛硼丝晶粒细化剂应运而生，广泛应用于铝及铝合金生产中。为了改善铝钛硼合金的晶粒细化性能，世界各国学者就其细化机理进行了大量的研究，普遍认为Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金的晶粒细化作用主要是合金中金属化合物在熔体冷却过程中的行为来实现的，合金中金属化合物的种类、形态、尺寸及分布对细化机理研究极为重要。由于从熔体的结晶过程直接获取数据相当困难，而且影响只有（００１）晶面面向熔体，因此熔解慢，完全熔解所用的时间也长。而块状三铝化钛是由三维生长等轴晶体，多面面向熔体，因此熔解快，完全熔解所用的时间也短，因此晶粒细化作用时间短。为了解决块状三铝化钛晶粒细化作用时间短的问题，一般将含这种形态的合金做成杆线状，在铝液流槽内动态（在线）加入，细化作用时间为３０～６０ｓ。花瓣状三铝化钛的熔解和细化效果介于片状与块状之间。而生产中使用的Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金，通常含有３种形态的三铝化钛，只是３种形态的三铝化钛所占的比例不同。当Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金进入熔体后，块状三铝化钛比花瓣状和片状三铝化钛熔解快，块状的三铝化钛迅速熔解而起形核作用。其他两种形态的三铝化钛因为形核能力稍低，其形核潜能受到块Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金中的金属化合物Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金中金属化合物可分为３类［１］：铝化物、硼化物及亚稳相颗粒。铝化物主要是三铝化钛，硼化物主要是二硼化铝、二硼化１硼化物硼化物主要有二硼化铝和二硼化钛，二硼化钛和二硼化１．２［２铝是六方晶体，颗粒的尺寸为０．０５～３μｍ。Ａｒｎｂｅｒｇ等研究发现，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金刚加入熔体时铝化物三铝化钛是体心正方晶胞［２］，颗粒的尺寸为３０～１００μｍ，在合金中有片状、花瓣状、块状３种形态［３］。３种形态的三铝化钛都有相同的晶体结构，都是从（１００）面开始长大，只因结晶条件的差异导致堆叠方式不同，进而导致形态不同。合金进入铝熔体后，不同形态的三铝化钛在铝熔１．１钛、二硼化铝外，还有（Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ相。然而经过３ｈ保温后只２有二硼化钛相存在，从而说明合金中只有二硼化钛相是稳定的硼化物。同时大部分学者也认为二硼化钛是起主要细化作用的硼化物，而二硼化铝颗粒被认为只在没有三铝化钛和二硼化钛相时才能成为核心。汤皓元：男，１９７９年生，硕士研究生，助理工程师，主要研究方向为铝及铝合金晶粒细化技术Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｅｋｏ８００４０材料导报２０１２年５月第２６卷专辑１９·１３４亚稳相亚稳相主要是ＴｉＡｌｘ、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ２。Ｇ６６５℃并且扩散区三铝化钛表面的Ｔｉ的浓度达到０．１５％时，三铝化钛表面发生包晶反应。由于此时铝熔体温度比铝的熔点高，而未发生包晶粒反应处的Ｔｉ浓度很低，三铝化钛表面的晶粒不易长大，从而细化晶１．３［４认为（Ａｌ，Ｔｉ）Ｂ２相可能是二硼化铝和...