針對非熱處理強化型Al-Mn系耐蝕鋁合金強度難以改善，應用受局限等難題，山東大學劉相法教授研究團隊通過在該合金中添加TiCB晶種，采用普通重力鑄造和熱擠壓工藝制備了系列細晶及超細晶Al-Mn系鋁合金，研究了該晶種對Al-Mn系合金凝固組織、擠壓行為和力學性能的影響，并通過系統(tǒng)的表征及分析，揭示了TiCB晶種對Al-Mn系合金的細化及強化機理。相關成果以Microstructure evolution and enhancedmechanical properties in Al-Mn alloy reinforced by B-doped TiC particles為題發(fā)表在Materials &Design。

除了大變形等特種加工手段外，采用傳統(tǒng)的晶粒細化方法，鑄錠或鑄件的初晶晶粒平均尺寸一般大于100 mm。即使通過后續(xù)正常熱加工，晶粒也難以達到超細化（＜10 μm）水平。研究表明，TiCB晶種可顯著細化Al–Mn系 合 金 的α–Al晶粒。當TiCB晶種添加量為0.5%（質量分數(shù)）時，α–Al平均晶粒尺寸可由最初的410.1 μm細化 至40.2 μm，擠壓進一步細化至9.1 μm，在普通熱加工條件下，使鋁合金晶粒達到了超細化水平。TiCB晶種可抑制Al–Mn系合金熱擠壓過程中的動態(tài)再結晶過程，并保留大量的幾何必須位錯（GND）。當TiCB晶種添加量為1.5%（質量分數(shù)）時，Al–Mn系合金在25 ℃和350 ℃時的抗拉強度分別提高了25.6%和32.4%。

此研究提出了一種提升非熱處理強化型Al–Mn系合金力學性能的新思路，系統(tǒng)研究了TiCB晶種粒子對Al–Mn合金的組織調控行為，為研發(fā)高強非熱處理型鋁合金新材料提供了數(shù)據(jù)和理論支撐。

左圖為凝固組織中α–Al晶粒尺寸對比。