探究AlTi中间合金中TiAl3化合物对5183合金粗大化合物的遗传影响

冯 伟，程振雷，尹华成，赵强国

（新疆众和股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830013）

1 引言

粗大金属化合物又硬又脆，虽然没有破坏金属的连续性，但严重破坏了组织的均匀性，因其多数是难溶相，铸锭均火后尺寸仍然很大，虽然加工变形后多数被破碎，但尺寸仍然较大，变形过程中在粗大化合物与基体的界面产生很大的应力集中，制品受力时很容易产生裂纹，严重降低了制品性能。当制品表面有粗大金属化合物时，又使腐蚀寿命大大降低。我公司目前生产高铁用5183焊丝所用的棒材，规格为直径182，存在粗大化合物的组织缺陷。本试验主要研究AlTi中间合金对5183合金中粗大化合物的影响。

2 试验材料与方法

2.1 试验设备

试验采用10吨保温电炉，Apur单转子在线除气装置，陶瓷过滤片式双级过滤箱，喂丝机，钢丝绳铸造竖井，直径182圆棒铸造工装。

2.2 试验原料

试验采用Al99.90%铝锭，AlMn10中间合金，不同含量的AlTi中间合金，AlCr5中间合金，99.95%镁锭。

2.3 试验方法

采用半连续热顶铸造，铸造铝合金圆铸锭，对圆铸锭横截面的心部、中部、边部取样，通过上海中研ZMP-2000磨抛机进行金相试样的制作，再利用OLYMPUS GX51光学显微镜观察圆铸锭横截面的试样。利用EVO50扫描电镜对圆铸锭横截面的试样进行能谱分析。

3 试验结果与分析

3.1 对不同含量AlTi中间合金的金相组织进行检测分析

主要观察Al3Ti化合物的形态大小、尺寸数量以及分布情况。如图1所示。

图1 不同含量AlTi中间合金中Al3Ti的形态

由AlTi5、AlTi3、AlTi2的200X的金相照片，可以看到AlTi5合金中Al3Ti的形态主要是块状，尺寸在20-50µm不等，有些区域分布较为分散，有些区域分布较为集中，而AlTi3合金中的Al3Ti的形态主要为针状和片状，且分布较为分散，AlTi2合金高倍组织中Al3Ti的形态为针状，由此可初步判断：Ti含量较高时，Al3Ti的形态主要为块状，Ti含量较低时，Al3Ti的形态主要为针状。

3.2 AlTi5中间合金对5183合金中粗大化合物的影响

对5183合金样片分别在心部，中部及边部取25＊25mm的样块，对样块进行粗磨、细磨、抛光、腐蚀等工序，后对其金相组织进行观察，如图2所示。

图2 5183合金M7044炉次高倍组织金相照片

由图2看出显微组织中存在棱角分明，不规则的粗大金属化合物，在基体内随机分布，有集聚状态，也有分散分布，形态为块状化合物以及杆状、树枝状化合物。同时铸锭边部并未发现明显的化合物，而中部及心部均存在尺寸不同的化合物，因此从边部到心部，化合物的数量逐渐增多，通过扫描电镜能谱分析成分以便进一步确定化合物为何种物质。检测结果如表1所示，图4为选定区域。

表1 扫描电镜能谱检测结果

图4 M7044炉次5183头部SEM图谱1000X照片

从表1和图3可以看出5183合金电镜图谱中化合物以Al-Ti-C-Mg为主，其中Ti元素含量8.97%～25.92%之间，Mg、C元素含量较低，基体元素以Al-Mg为主，Mg元素含量在0.65%～5.88%之间。由此判断化合物为Al-Ti难熔化合物。造成的原因可能是：①是中间合金中存在原始粗大组织在熔铸过程中没有完全溶解；②铸造过程中由于铸造生产工艺，铸造温度过低等原因造成粗大化合物的形成。

3.3 不同Ti含量的AlTi中间合金对5183合金中粗大化合物的影响

分别采用AlTi5、AlTi3、AlTi2中间合金制备5183合金，并对圆铸锭横截面的心部分别取样，进行金相组织的观察和分析。

由图4以看出，采用AlTi5中间合金制备的5183合金中，Al3Ti形成的化合物呈聚集状态，且尺寸在50µm以上；采用AlTi3中间合金制备的5183合金中，Al3Ti形成的化合物较为分散，尺寸在30～50µm左右；而采用AlTi2中间合金制备的5183合金中，Al3Ti形成的化合物数量明显减少，且尺寸在30µm以下。由此可以看出，降低AlTi中间合金的Ti含量在一定程度上能够减少5183合金中粗大化合物的数量同时减小其尺寸。

图4 不同AlTi中间合金制备5183合金的金相组织

4 结论

（1）通过对5183合金材料中粗大化合物的高倍组织分析得知，粗大化合物主要是由Ti、Cr的化合物组成，形态主要为有棱角的块状化合物，尺寸在30-100µm不等，分散或聚集。

（2）通过改变熔铸工艺条件，包括熔炼温度、搅拌反应时间、浇注温度以及冷却条件，采用Ti剂制备不同含量（2%、3%、5%）的AlTi中间合金中不同程度的存在条状或块状的TiAl3相，并且能够遗传至5183合金中。

（3）分别采用不同Ti含量的AlTi中间合金制备5183合金，结果随着Ti含量的降低，5183合金中粗大化合物的数量有所减少，同时化合物尺寸也有所减小。