KBI環(huán)模試驗法

一、試驗工具和材料

工具包括環(huán)模和二氧化硅絕熱性底座,見(jiàn)圖6。其相應規格尺寸示于圖7;陶瓷纖維錐形勺;石墨攪拌棒(直徑約5mm) ;能保持 760℃ 溫度的爐子;測溫熱電偶;記錄秒表和夾鉗等。

材料為 Al99.7 和腐蝕溶液: 60%HCl、30%HNO₃、5%HF、5%H₂O(塑料槽)。

圖6　KBI晶粒細化試驗成套工具

1———帶金屬保護環(huán)的陶瓷纖維底座;

2———環(huán)形鑄模;

3———勺柄;

4———陶瓷纖維錐形勺

圖7　試驗用工具的典型尺寸

二、試驗方法

從事鋁熔體處理和化學(xué)腐蝕處理的人員必須有安全保護措施;接觸熔體的試驗工具必須清潔、干燥;鋼環(huán)模須涂石墨,置于二氧化硅泡沫底座上。

⑴取參考試樣

用預熱的取樣勺,從試驗用爐中取 730℃ Al99.7 熔體倒入陶瓷纖維保溫容器中攪拌 30s ,停 30s ( 1min 接觸時(shí)間), 將部分熔體倒入環(huán)模內取1min 試樣,然后再攪拌 30s 停 30s 取 2min 試樣。冷卻后將兩個(gè)試樣進(jìn)行腐蝕處理, 檢驗晶粒尺寸。如果尺寸過(guò)大,表明鋁和試驗方法合格,試樣可用作晶粒細化性能比較用。

⑵取晶粒細化試樣

向 Al99.7 熔體中加入晶粒細化劑(通常為 0.005%或 0.01%Ti ), 按上述相同方法取 1min 、2min 或其他時(shí)間間隔試樣。試樣凝固期間,側面受鋼環(huán)激冷首先結晶,其次是底部,再后是中心部。二氧化硅泡沫具有非常好的絕熱 性。這一試驗生成的鑄餅試樣底部平坦光滑面,是 DC 鑄造鋁鑄錠晶粒凝固組織的模擬。

⑶晶粒尺寸檢驗

將試樣在塑料槽酸溶液中浸蝕,約20s后取出,清水洗凈進(jìn)行檢查。浸蝕時(shí)間可根據情況增減。蝕洗后的試樣,可與參考試樣比較,也可用ASTM  E 112-81 晶粒尺寸直線(xiàn)截距法測定。

三、試驗方法的應用

KBI 試驗法可用于晶粒細化劑制造廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制,也可用于鋁加工廠(chǎng)鑄造過(guò)程晶粒細化效果的檢驗或控制。

在鑄造廠(chǎng),首先用來(lái)確定晶粒細化劑的加入量和定期檢驗鑄造產(chǎn)品的組織。為了確定晶粒細化劑的加入量,從生產(chǎn)用的爐中或流槽中取樣,檢查晶粒尺寸,決定增減加入量達滿(mǎn)意晶粒尺寸。

對于高成分合金,晶粒尺寸可能很細小,視覺(jué)很難確定,可用低倍率雙目顯微鏡檢查。

為了粗略估價(jià)晶粒細化效果,也可檢查試樣不平坦的頂部。此時(shí)使用一種輔助浸蝕溶液:15 份 HCl、10份 HF 和90份去離子水,浸 3 ～ 5s后水洗,直至獲得希望的狀態(tài)。對于含銅合金, 此種處理后還要用 50% HNO₃ 溶液浸蝕并水洗除去殘余的銅膜。