探究AlTi中間合金中TiAl3化合物對5183合金粗大化合物的遺傳影響

馮 偉，程振雷，尹華成，趙強國

（新疆眾和股份有限公司，新疆烏魯木齊 830013）

1 引言

粗大金屬化合物又硬又脆，雖然沒有破壞金屬的連續(xù)性，但嚴重破壞了組織的均勻性，因其多數(shù)是難溶相，鑄錠均火后尺寸仍然很大，雖然加工變形后多數(shù)被破碎，但尺寸仍然較大，變形過程中在粗大化合物與基體的界面產(chǎn)生很大的應力集中，制品受力時很容易產(chǎn)生裂紋，嚴重降低了制品性能。當制品表面有粗大金屬化合物時，又使腐蝕壽命大大降低。我公司目前生產(chǎn)高鐵用5183焊絲所用的棒材，規(guī)格為直徑182，存在粗大化合物的組織缺陷。本試驗主要研究AlTi中間合金對5183合金中粗大化合物的影響。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗設備

試驗采用10噸保溫電爐，Apur單轉子在線除氣裝置，陶瓷過濾片式雙級過濾箱，喂絲機，鋼絲繩鑄造豎井，直徑182圓棒鑄造工裝。

2.2 試驗原料

試驗采用Al99.90%鋁錠，AlMn10中間合金，不同含量的AlTi中間合金，AlCr5中間合金，99.95%鎂錠。

2.3 試驗方法

采用半連續(xù)熱頂鑄造，鑄造鋁合金圓鑄錠，對圓鑄錠橫截面的心部、中部、邊部取樣，通過上海中研ZMP-2000磨拋機進行金相試樣的制作，再利用OLYMPUS GX51光學顯微鏡觀察圓鑄錠橫截面的試樣。利用EVO50掃描電鏡對圓鑄錠橫截面的試樣進行能譜分析。

3 試驗結果與分析

3.1 對不同含量AlTi中間合金的金相組織進行檢測分析

主要觀察Al3Ti化合物的形態(tài)大小、尺寸數(shù)量以及分布情況。如圖1所示。

圖1 不同含量AlTi中間合金中Al3Ti的形態(tài)

由AlTi5、AlTi3、AlTi2的200X的金相照片，可以看到AlTi5合金中Al3Ti的形態(tài)主要是塊狀，尺寸在20-50μm不等，有些區(qū)域分布較為分散，有些區(qū)域分布較為集中，而AlTi3合金中的Al3Ti的形態(tài)主要為針狀和片狀，且分布較為分散，AlTi2合金高倍組織中Al3Ti的形態(tài)為針狀，由此可初步判斷：Ti含量較高時，Al3Ti的形態(tài)主要為塊狀，Ti含量較低時，Al3Ti的形態(tài)主要為針狀。

3.2 AlTi5中間合金對5183合金中粗大化合物的影響

對5183合金樣片分別在心部，中部及邊部取25＊25mm的樣塊，對樣塊進行粗磨、細磨、拋光、腐蝕等工序，后對其金相組織進行觀察，如圖2所示。

圖2 5183合金M7044爐次高倍組織金相照片

由圖2看出顯微組織中存在棱角分明，不規(guī)則的粗大金屬化合物，在基體內隨機分布，有集聚狀態(tài)，也有分散分布，形態(tài)為塊狀化合物以及桿狀、樹枝狀化合物。同時鑄錠邊部并未發(fā)現(xiàn)明顯的化合物，而中部及心部均存在尺寸不同的化合物，因此從邊部到心部，化合物的數(shù)量逐漸增多，通過掃描電鏡能譜分析成分以便進一步確定化合物為何種物質。檢測結果如表1所示，圖4為選定區(qū)域。

表1 掃描電鏡能譜檢測結果

圖4 M7044爐次5183頭部SEM圖譜1000X照片

從表1和圖3可以看出5183合金電鏡圖譜中化合物以Al-Ti-C-Mg為主，其中Ti元素含量8.97%～25.92%之間，Mg、C元素含量較低，基體元素以Al-Mg為主，Mg元素含量在0.65%～5.88%之間。由此判斷化合物為Al-Ti難熔化合物。造成的原因可能是：①是中間合金中存在原始粗大組織在熔鑄過程中沒有完全溶解；②鑄造過程中由于鑄造生產(chǎn)工藝，鑄造溫度過低等原因造成粗大化合物的形成。

3.3 不同Ti含量的AlTi中間合金對5183合金中粗大化合物的影響

分別采用AlTi5、AlTi3、AlTi2中間合金制備5183合金，并對圓鑄錠橫截面的心部分別取樣，進行金相組織的觀察和分析。

由圖4以看出，采用AlTi5中間合金制備的5183合金中，Al3Ti形成的化合物呈聚集狀態(tài)，且尺寸在50μm以上；采用AlTi3中間合金制備的5183合金中，Al3Ti形成的化合物較為分散，尺寸在30～50μm左右；而采用AlTi2中間合金制備的5183合金中，Al3Ti形成的化合物數(shù)量明顯減少，且尺寸在30μm以下。由此可以看出，降低AlTi中間合金的Ti含量在一定程度上能夠減少5183合金中粗大化合物的數(shù)量同時減小其尺寸。

圖4 不同AlTi中間合金制備5183合金的金相組織

4 結論

（1）通過對5183合金材料中粗大化合物的高倍組織分析得知，粗大化合物主要是由Ti、Cr的化合物組成，形態(tài)主要為有棱角的塊狀化合物，尺寸在30-100μm不等，分散或聚集。

（2）通過改變熔鑄工藝條件，包括熔煉溫度、攪拌反應時間、澆注溫度以及冷卻條件，采用Ti劑制備不同含量（2%、3%、5%）的AlTi中間合金中不同程度的存在條狀或塊狀的TiAl3相，并且能夠遺傳至5183合金中。

（3）分別采用不同Ti含量的AlTi中間合金制備5183合金，結果隨著Ti含量的降低，5183合金中粗大化合物的數(shù)量有所減少，同時化合物尺寸也有所減小。