Al-5Ti-1B细化剂添加量对5052铝合金板锭晶粒度的影响研究

纪剑峰 王欢 刘兆全

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐 830013）

前言

5052铝合金具有中高强度、良好的抗疲劳性能和焊接性能、耐海洋大气腐蚀性好以及优良的低温稳定性等优点，广泛应用于飞机、车辆、船舶、集装箱等产品中[1-2]。优良使用性能实现的基础是优秀的显微组织，而细化剂的添加对5052铝合金的晶粒度有显著影响，从而对塑性、抵抗拉应力及裂纹倾向等产生影响[3]。因此本文针对目前发展成熟的Al-5Ti-1B细化剂，研究其添加量对5052铝合金板锭晶粒度的影响，从而为5052铝合金铸态组织的优化提供试验依据[4]。

1 试验

1.1 试验方法

本试验采用主要成分（质量分数）为Al-2.5Mg-0.2Cr 的5052 合金。工业重熔铝锭（99.70%纯铝）在熔炼炉内加热到740℃并熔化保温20min 后，再将各种合金材料按照预先设计好的比例投入熔炼炉内，并在730-740℃进行精炼、扒渣等一系列工艺流程。当炉内温度稳定到740℃后进行铸造，铸造过程在流槽内分别按照0.06%、0.14%、0.22%、0.30%、0.38%、0.46%添加Al-5Ti-1B 细化剂，得到规格为长5000mm×宽1080mm×厚520mm 的铸锭，在板锭横切面心部切取样品进行晶粒度对比检验。

1.2 检验方法

晶粒度的测量按照GB/T 3246.1《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法》的规定进行检验。在板锭上切取的样品经过磨制、抛光处理后，用HF：HCl：HNO3：H2O=1：3：5：190 比例的液体进行腐蚀显示出晶界，统一拍摄50X 放大倍数的金相照片（图1），然后用专业的晶粒度测量软件测试出平均晶粒直径作为评价指标。

2 试验结果与分析

不同Al-5Ti-1B细化剂添加量下5052板锭金相照片如图2 所示。可以看出Al-5Ti-1B 细化剂添加量对5052板锭晶粒影响显著。A1-5Ti-1B细化剂含量较低时5250 板锭组织为尺寸较大的菊花状等轴晶，A1-5Ti-1B 细化剂含量较高时5052 板锭组织为尺寸细小的球状等轴晶。

为了进一步量化分析细化剂对晶粒度的影响，对不同细化剂含量下的平均晶粒直径进行了统计，如图3所示。可以看出，随着Al-5Ti-1B细化剂添加量的增加，5052板锭晶粒平均直径不断降低，晶粒尺寸不断得到细化。Al-5Ti-1B 细化剂中对铝合金晶粒细化起关键作用的是TiB2相和TiAl3相。细化剂加入铝熔体中后TiAl3相发生熔解，而TiB2相稳定存在；在凝固过程中Ti元素在TiB2周围富集并形成TiAl3薄层作为形核核心而细化铸锭组织[5]。可见，Al-5Ti-1B 细化剂添加量的增加，使得铝合金液中的形核核心数量增加，从而在冷却铸造过程中有利于形成更为细化的组织。

图3 不同Al-5Ti-1B细化剂添加量下5052板锭的平均晶粒尺寸

根据试验结果统计，Al-5Ti-1B 细化剂在0.06%至0.46%范围内不断提高，5052 板锭晶粒级别指数可由2.0 级以下不断提升至4.0 级以上；在此范围内Al-5Ti-1B 含量每提高0.01%，平均晶粒直径可降低约2%。因此，在实际应用中，可结合设计目标、客户要求以及生产成本等各方面因素确定适宜的细化剂添加量，从而在控制成本的前提下将晶粒度尺寸细化至要求范围内。

3 结论

按照0.06%、0.14%、0.22%、0.30%、0.38%、0.46%的添加量在5052 铝合金板锭生产过程中添加Al-5Ti-1B 细化剂，检验细化剂对板锭横切面心部晶粒度的影响，得出以下结论：

1）A1-5Ti-1B细化剂含量较低时5052板锭组织为尺寸较大的菊花状等轴晶，含量较高时为细小的球状等轴晶。

2）随着Al-5Ti-1B 细化剂添加量的增加，5052板锭平均晶粒直径不断降低。

3）在0.06%至0.46%范围内不断提高Al-5Ti-1B细化剂添加量，5052板锭晶粒级别指数可由2.0级以下不断提升至4.0级以上。

4）在0.06%至0.46%范围内Al-5Ti-1B含量每提高0.01%，平均晶粒直径降低约2%。