TCB晶种实现Al-Mn系铝合金的高效细化与强化

针对非热处理强化型Al-Mn系耐蚀铝合金强度难以改善，应用受局限等难题，山东大学刘相法教授研究团队通过在该合金中添加TiCB晶种，采用普通重力铸造和热挤压工艺制备了系列细晶及超细晶Al-Mn系铝合金，研究了该晶种对Al-Mn系合金凝固组织、挤压行为和力学性能的影响，并通过系统的表征及分析，揭示了TiCB晶种对Al-Mn系合金的细化及强化机理。相关成果以Microstructure evolution and enhancedmechanical properties in Al-Mn alloy reinforced by B-doped TiC particles为题发表在Materials &Design。

除了大变形等特种加工手段外，采用传统的晶粒细化方法，铸锭或铸件的初晶晶粒平均尺寸一般大于100 mm。即使通过后续正常热加工，晶粒也难以达到超细化（＜10 μm）水平。研究表明，TiCB晶种可显著细化Al–Mn系 合 金 的α–Al晶粒。当TiCB晶种添加量为0.5%（质量分数）时，α–Al平均晶粒尺寸可由最初的410.1 μm细化 至40.2 μm，挤压进一步细化至9.1 μm，在普通热加工条件下，使铝合金晶粒达到了超细化水平。TiCB晶种可抑制Al–Mn系合金热挤压过程中的动态再结晶过程，并保留大量的几何必须位错（GND）。当TiCB晶种添加量为1.5%（质量分数）时，Al–Mn系合金在25 ℃和350 ℃时的抗拉强度分别提高了25.6%和32.4%。

此研究提出了一种提升非热处理强化型Al–Mn系合金力学性能的新思路，系统研究了TiCB晶种粒子对Al–Mn合金的组织调控行为，为研发高强非热处理型铝合金新材料提供了数据和理论支撑。

左图为凝固组织中α–Al晶粒尺寸对比。