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16
2025
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03
柱状晶（粗晶）、等轴晶、光亮晶、羽毛晶的形成与危害简介
驰能铝业前沿·柱状晶（粗晶）、等轴晶、光亮晶、羽毛晶的形成与危害简介
一、粗晶的产生
图1 粗晶与等轴晶的混合组织
1、3003(Al-Mn)及6063(Al-Mg-Si)在铸造凝固时容易产生粗大的柱状晶或光亮晶，特别是铁含量低的时候。
2、图1显示6063合金热顶铸造的圆柱锭因晶粒细化困难及细化不到位而产生部分细晶(等轴晶)及部分粗晶(柱状晶)的混合组织。
二、等轴晶
铸造凝固的晶粒组织发生完全理想细化的等轴晶如图2。
图2 等轴晶
1、铸锭浇铸时在线追补细化剂，如Al-Ti-B母合金，可使晶粒细化。
2、有效的细化除了细化剂添加量要适当外，细化剂在凝固当中的铝液内分布也要均匀。
3、有效细化剂中如TiB2或AITi3颗粒可使柱状晶消失变成等轴的细晶。
4、有效的细化剂是晶粒开始凝固的核，核在凝固过程中成长，最后变成一个树状晶。5、凝固后树状晶的界面视为晶界，每个晶粒基本上都是一个树状晶。
6、有效形核质点(晶粒的核)的多少决定晶粒的大小，有效形核质点愈多，凝固的晶粒愈细。
7、添加的细化剂不都是有效的，在铝钛硼(A1-Ti5-B)丝合金的金相分析中，用电子显微镜观察细化剂的大小及分布如图3、图4。
图3 铝钛硼丝细化剂中Al3Ti、TiB2粒子的显现
图4 铝钛硼丝细化剂中的TiB2粒子
8、图3A为Al3Ti化合物，大小10~30μm，均匀分布，图3B为TiB₂化合物，图中显示其并未均匀分布，以2~3μm成团方式聚集。
9、图4为进一步放大倍数观察图3B位置，存在TiB₂颗粒为团状聚集，为无效细化剂。添加这样的细化剂会造成细化失效，即类似图1显示等轴晶及柱状粗晶的混和低倍组织，是一种晶粒细化不成功的产品。
三、光亮晶的产生与危害
1、凝固的组织不均匀除了有等轴晶及柱状粗晶的混合组织外，常见的还有铸造过程中产生的光亮晶及树状晶的混合组织。此两种不同组织混合产生的产品经阳极表面处理后可明显地呈现出来，与上述柱状晶缺陷一样，若铸锭用来做加工，这是一种无法接受的缺陷，该铸锭组织如图5。
图5 光亮晶与等轴晶的混合组织
2、产品中的光亮晶在阳极处理后会产生亮点。经光学显微镜金相分析可见含树状晶及光亮晶的不同组织（图5）。
3、光亮晶从金相观察与塑性加工后的晶粒形状有点类似，但不存在溶质的凝固重分布，是一种纯铝的晶粒，与凝固过程内部的偏析层现象类似，因其与树状晶位置的成分不同，也没有办法以加工或热处理方法去除。
4、一般光亮晶的缺陷是因浇铸温度不当而产生，常常在铸造过程中出现，在铸锭低倍检验时被发现。
四、等轴晶、柱状晶、羽毛晶的混合组织
1、若合金溶质元素多，则凝固产生粗晶(柱状晶)的问题较少。
2、较纯的铝合金或Al99.70铝在铸造过程中很容易产生等轴晶及柱状晶、羽毛晶的混合组织（图6）。
3、当然，该类型组织也是上述细化失效或完全无细化的产物。
图6 等轴晶、柱状晶、羽毛晶的混合组织
本文来源：公众号@九俞
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