Question

变质处理常用的变质剂都有哪些？

Answer 1

变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。变质处理是工业生产中广泛使用的方法。
变质处理是在金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部形核或改变晶体成长过程的一种方法。生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。
一、形核变质剂：
形核变质剂的作用机理是在铝熔体中加入能够产生非自发晶核的物质，使其在凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的目的。
1、对形核变质剂的要求
要求加入的变质剂或其与铝反应生成的化合物具有以下特点：晶格结构和晶格常数与被变质熔体相适应；稳定；熔点高；在铝熔体中分散度高，能均匀分布在熔体中；不污染铝合金熔体。
2、形核变质剂的种类
变形铝合金一般选含Ti、Zr、B、C等元素的化合物作为晶粒细化剂。
3、变质剂的加入方式
（1）以化合物形式加入，如K2TiF6、KBF4、K2ZrF6、TiCl4、BCl3等。经过化学反应，被置换出来的Ti、Zr、B等，重新化合而形成非自发晶核。这些方法虽然简单，但效果不理想。反应中生成的浮渣影响熔体质量，同时再次生成的TiCl3、KB2、ZrAl3等质点易聚集，影响细化效果。
（2）以中间合金形式加人。目前工业用细化剂大多以中间合金形式加入，如Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-B-RE等。
4、影响细化效果的因素
（1）细化剂的种类。细化剂不同，细化效果也不同。
（2）细化剂的用量。一般来说，细化剂加入越多，细化效果越好。但细化剂加入过多易使熔体中金属间化合物增多并聚集，影响熔体质量。因此在满足晶粒度的前提下，杂质元素加入得越少越好。
（3）细化剂质量。细化质点的尺寸、形状和分布是影响细化效果的重要因素。质点尺寸小，比表面积小（以点状、球状最佳），在熔体中弥散分布，则细化效果好。以TiAl3为例，块状TiAI3，比针状TiAI3细化效果好，这是因为块状TiAI3有三个面面向熔体，形核率高。
（4）细化剂添加时机。TiAI3质点在加入熔体中10min时效果最好，40min后细化效果减退。TiB2质点的聚集倾向随时间的延长而加大。TiC质点随时间延长易分解。因此，细化剂最好铸造前在线加入。
（5）细化剂加入时熔体温度。随着温度的提高，TiAI3逐渐溶解，细化效果降低。
二、吸附变质剂
吸附变质剂的特点是熔点低，能显著降低合金的液相线温度，原子半径大，在合金中固溶量小，在晶体生长时富集在相界面上，阻碍晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分枝形成细的缩颈而易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。其缺点是由于存在于枝晶和晶界间，常引起热脆。吸附性变质剂常有以下几种。
1、含钠变质剂
钠是变质共晶硅最有效的变质剂，生产中可以钠盐或纯金属（但以纯金属形式加入时可能分布不均，生产中很少采用）形式加入。钠混合盐组成为NaF、NaCI、Na3AIF。等，变质过程中只有NaF起作用，其反应如下：
6NaF+Al→Na3AIF6+3Na
加入混合盐的目的，一方面是降低混合物的熔点（Na熔点为992℃），提高变质速度和效果；另一方面对熔体中钠进行熔剂化保护，防止钠的烧损。熔体中钠质量分数一般控制在0.01%~0.01400，考虑到实际生产条件下不是所有的NaF都参与反应，因此计算时钠的质量分数可适当提高，但一般不应超过0.02%。
使用钠盐变质时，存在以下缺点：钠含量不易控制，量少易出现变质不足，量多可能出现过变质（恶化合金性能，夹渣倾向大，严重时恶化铸锭组织）；钠变质有效时间短，要加保护性措施（如合金化保护、熔剂保护等）；变质后炉内残余钠对随后生产合金的影响很大，造成熔体黏度大，增加合金的裂纹和拉裂倾向，尤其对高镁合金的钠脆影响更大；NaF有毒，影响操作者健康。
2、含锶（Sr）变质剂
含锶变质剂有铝盐和中间合金两种。锶盐的变质效果受熔体温度和铸造时间影响大，应用很少。目前国内应用较多的是Al-Sr中间合金。与钠盐变质剂相比，锶变质剂无毒，具有长效性，它不仅细化初晶硅，还有细化共晶硅团的作用，对炉子污染小。但使用含锶变质剂时，锶烧损大，要加含锶盐类熔剂保护，同时合金加入锶后吸气倾向增加，易造成最终制品气孔缺陷。
锶的加入量受下面各因素影响很大：熔剂化保护程度好，锶烧损小，锶的加入量少；铸件规格小，锶的加入量少；铸造时间短，锶烧损小，加入量少；冷却速度大，锶的加入量少。生产中锶的加入量应由试验确定。