稀土掺杂对铝合金组织性能的影响
211274181_稀土Y对6061铝合金铸态组织及性能的影响
Si
Cu
Fe
0.916
0.605
0.327
0.703
0.921
0.596
0.301
0.688
0.908
0.588
0.322
0.713
0.892
0.621
0.315
0.718
L 前沿技术 eading-edge technology
Mn 0.156 0.148 0.152 0.159
Y 0 0.158 0.307 0.518
The Effect of Y on the As-Cast Microstructure and Properties of 6061 Aluminum Alloy
WU Shun-yi1，HU Zhen-guang1,2，GE Fu-biao1
（１． Ｎａｎｎｉｎｇ Ｇｕｌｔ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００００， Ｃｈｉｎａ．； ２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００６， Ｃｈｉｎａ） Abstract: Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ Ｙ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ａｓ－ｃａｓｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ６０６１ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ， Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｅｓｔｅｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｓ－ｃａｓｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｔｒａｃｅ Ｙ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ６０６１ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｒｅａｃｈｅｓ ａ ｓｍａｌｌ ｖａｌｕｅ （８６．７％） ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ０．３ ｗｔ．％ Ｙ μ ｍ） Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｉｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｏｒｍ ＡＩ３Ｙ ｐｈａｓｅ， ｆｏｒｍ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ， ａｎｄ ｓｏｍｅ ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｐｈａｓｅｓ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ． Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ６０６１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｂａｒｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｉｔ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ３６０ＭＰａ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｔ ｂｒｅａｋ ｉｓ １４％， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ３０．４３％ ａｎｄ ５％ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅ ｉｓ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｑｕａｓｉ ｃｌｅａｖａｇｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ． Keywords: ６０６１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ， Ｙ， Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
稀土元素对合金耐磨性能的影响
稀土元素对合金耐磨性能的影响在现代工业中，合金材料因其优异的性能而被广泛应用于各个领域。
而耐磨性能作为合金材料的一项重要指标，直接关系到其使用寿命和工作效率。
近年来，研究人员发现稀土元素在改善合金耐磨性能方面具有显著的作用。
稀土元素，包括镧系元素（镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）以及钪和钇，具有独特的电子结构和化学性质。
这些性质使得它们在合金化过程中能够发挥多种有益的作用，从而显著提升合金的耐磨性能。
首先，稀土元素能够细化合金的晶粒。
在合金的凝固过程中，稀土元素可以作为异质形核核心，促进晶粒的大量形核，从而使晶粒尺寸减小。
细小的晶粒可以增加晶界的数量，晶界能够阻碍位错的运动，从而提高合金的强度和硬度，进而增强耐磨性能。
例如，在钢铁合金中加入适量的稀土元素，如铈、镧等，可以使晶粒明显细化，从而使钢材在摩擦磨损过程中表现出更好的耐磨性。
其次，稀土元素能够净化合金的晶界。
合金中的杂质元素往往会在晶界处偏聚，降低晶界的结合强度，使得晶界在摩擦过程中容易成为裂纹的起源和扩展通道，从而降低合金的耐磨性能。
稀土元素具有很强的化学活性，能够与杂质元素发生反应，形成稳定的化合物，从而减少杂质在晶界的偏聚，提高晶界的结合强度。
这样一来，在摩擦磨损过程中，晶界能够更好地承受外力的作用，减少裂纹的产生和扩展，提高合金的耐磨性能。
再者，稀土元素可以改善合金的组织结构。
在一些合金体系中，如铝合金、钛合金等，加入稀土元素可以改变合金中相的形态、分布和数量。
例如，在铝合金中加入稀土元素钪，可以形成细小均匀分布的强化相，提高合金的强度和耐磨性能。
在钛合金中加入稀土元素铈，可以改善钛合金中α相和β相的比例和分布，从而提高钛合金的耐磨性能。
此外，稀土元素还能够在合金表面形成一层稳定的氧化膜。
这层氧化膜具有较高的硬度和化学稳定性，能够有效地抵御外界的摩擦和腐蚀，从而提高合金的耐磨性能。
例如，在镁合金中加入稀土元素钇，在高温环境下，合金表面会形成一层致密的氧化钇膜，显著提高镁合金的高温耐磨性能。
稀土元素对Al-Si-Cu-Mg系压铸铝合金组织和性能的影响
稀土元素对Al-Si-Cu-Mg系压铸铝合金组织和性能的影响摘要：通过单一测试方法将不同含量的CE，La和Sm添加到ADC12中。
通过拉伸试验数据和金相分析研究了稀土添加对ADC12组织和力学性能的影响。
结果表明，添加稀土元素可以改善ADC12的力学性能，改善并细化合金的力学性能和组织。
在单次试验中，当Ce，La和Sm的质量百分比分别为0.4％，0.4％和0.2％时，合金的机械性能最佳，抗拉强度、屈服强度比分别高10.9％，7.0％，16.1％和13.2%。
基体合金的伸长率比基体合金的伸长率高8.1％，Sm元素的含量为0.2％时，合金组织的细化效果最明显。
稀土元素对力学性能和组织细化的影响顺序为Sm大于Ce大于La。
关键词：压铸铝合金；稀土元素；微观组织；抗拉强度；延伸率与其他系列铝合金相比，铝硅系铸造合金具有良好的综合机械性能和较低的原材料成本，因此受到越来越多的关注。
广泛应用于汽车，航空，军工等领域。
ADC12铝合金是Al-Si系铸造合金之一，经过压铸后，由于其强度高，热膨胀系数小，高耐腐蚀性和良好的切屑性能，被用作生产汽车气缸、汽缸盖和发动机的理想材料。
然而，ADC12铝合金中存在许多块状，条状，长针状的Si相和大的枝晶α-Al相，这些因素阻碍了合金力学性能的提高。
因此，为了提高工业生产中铝合金的综合机械性能，经常对铝合金进行改性和精炼。
结果表明，稀土元素可与多种元素反应形成稳定的化合物，净化合金液，改善合金铸件的组织和缺陷，增强合金的力学性能。
因此，对于ADC12铝合金，通过一次实验将不同种类和含量的稀土元素添加到合金中，以分析稀土元素对压铸铝合金组织和性能的影响。
1 实验部分1.1 试样通过一次实验将不同数量的Ce，La和Sm添加到ADC12铝合金中。
以Al-La中间合金，Al-Ce中间合金和Al-Sm中间合金的形式添加稀土元素。
1. 2 仪器Sg2-5-12型坩埚电阻炉用于冶炼合金原料。
稀土掺杂对金属材料性能的影响
稀土掺杂对金属材料性能的影响稀土元素，这可真是些神奇的“小家伙”！在金属材料的世界里，它们一旦掺杂进去，就像是给这个世界施了魔法一样，带来了一系列让人惊叹的变化。
我还记得有一次去参观一家金属加工厂，那时候我对稀土掺杂还没什么概念。
我看到工人们在高温熔炉前忙碌着，金属溶液在炉子里翻滚，火花四溅。
当时我就很好奇，这些金属最后会变成什么样的材料，又会用在哪些地方。
稀土掺杂对金属材料的性能影响，那可真是多方面的。
首先，在强度方面，稀土元素的加入就像是给金属材料打了一针“强心剂”。
就拿铝合金来说吧，掺杂了稀土之后，它的抗拉强度能大幅提高。
原本可能轻轻一拉就变形的铝合金，现在变得坚韧无比，就像是一个瘦弱的人经过锻炼，变成了大力士。
在硬度上，稀土掺杂也功不可没。
比如说钢材，加入稀土后，它的表面硬度能显著提升。
这就好比给钢材穿上了一层坚固的铠甲，使其更耐磨、更耐用。
想象一下，一辆汽车的发动机零件，如果硬度不够，在高速运转下很快就会磨损报废。
但有了稀土的加持，这些零件就能长时间稳定工作，大大延长了汽车的使用寿命。
还有啊，稀土掺杂能改善金属材料的耐腐蚀性。
金属材料在各种环境中，很容易受到腐蚀，就像铁暴露在潮湿的空气中会生锈一样。
但当稀土参与进来，情况就大不一样了。
它仿佛给金属表面涂了一层“保护膜”，让金属能够抵御外界的侵蚀。
我曾经看到过一块长期暴露在海边的金属板，普通的金属板早就锈迹斑斑，而掺杂了稀土的那块，表面只是有一些轻微的氧化痕迹。
稀土掺杂对金属材料的高温性能也有很大的提升。
在一些高温工作环境下，比如航空发动机内部，金属材料需要承受极高的温度。
如果没有稀土的帮助，金属可能很快就会软化甚至熔化。
但有了稀土，金属材料就能在高温下依然保持良好的性能，稳定运行。
在改善金属材料的加工性能方面，稀土也发挥着重要作用。
它能让金属在加工过程中更加顺畅，减少缺陷的产生。
就好像在揉面团的时候，加入了一种特殊的“润滑剂”，让面团更容易塑形，做出来的面食也更加完美。
毕业论文-稀土元素Ce对铝铜合金组织性能影响的研究
毕业论文-稀土元素Ce对铝铜合金组织性能影响的研究1 稀土元素Ce对铝铜合金组织性能影响的研究第页共 17 页稀土元素Ce 对铝铜合金组织性能影响的研究安徽农业大学经济技术学院 11机制合肥230036 摘要高强度铸造铝合金具有良好的室温和高温强度,但它的晶粒细化程度一直是制约其发展的瓶颈。
通过对合金的结晶条件、细化晶粒和抑制其再结晶行为进行测试,研究了微量合金元素(Cu,Si,Ce,Mg,Mn)对铝合金晶粒细化性能的影响。
其结果表明，Cu,Si,Ce,Mg,Mn 合金元素能使铝合金的晶粒细化程度提高;加入质量分数为2%的Si会使合金的再辉现象非常严重,导致合金不可能有很高的强度而很快断裂;与其他AlCu4.5Si合金相比,AlCu4.5Si3合金具有很强的补缩能力,断裂应力值最高;La的加入能缩小二次枝晶间距,明显提高合金的抗热裂性能。
关键词:树枝晶铸造AlCu合金补缩等轴晶热处理1、绪论随着航空航天、新型高速列车、汽车、船舶制造业技术的飞速发展，传统的金属材料已经逐渐被工业生产淘汰，取之而来的是更为优秀的新型合金材料。
镍合金、钴合金、钛合金、铝合金、不锈钢及其它特种金属已经是航空航天的主导材料。
这些优秀的新型材料会在保证使用强度的前提下，减轻使用的重量以及成本，以提高运载能力和速度。
密度小，强度高的合金当然会取代传统的金属材料，成为21世纪最受欢迎的材料。
因为在地壳中铝的含量为最高，所以成本比较低，强度也非常优秀，所以在工业生产制造中铝合金成为工业中很受欢迎的发展对象。
铝合金优点有:质量轻，延展性好，强度高，可回收再造率高，较环保的一种新型材料。
很多国家和领域都在不断地探索和发觉铝合金更大的潜力，并不断的优化其物理和化学性能，使其具有人们所需要的使用力学效果外，还具有抗化学变化的储存和延长其使用寿命效果。
目前Al-Cu系铸造铝合金是一种具有优秀铸造性能的工程铝合金材料世界各国都有类似的成分牌号。
混合稀土变质对ZL101铝合金组织和性能的影响
混合稀土变质对ZL101铝合金组织和性能的影响张秀梅;史志铭;张瑞英【摘要】运用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等设备,研究了镧铈混合稀土对ZL101铝合金组织和性能的影响,同时考察固溶、时效对变质及未变质合金微观组织和性能的影响.结果表明:稀土变质可有效地促进初生相的粒状化,针状共晶硅由在晶界聚集变得分散,并且尺寸也有所减小,但对合金力学性能的提高程度不明显.经过固溶、时效处理后,α(Al)和共晶硅的形态明显改善,α(Al)由树枝状、花瓣状变为粒状、等轴状,共晶硅则几乎全部变为球状且呈弥散分布,合金的力学强度性能提高幅度比铸态试样的大,增加幅度平均为90N/mm2～110N/mm2.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2011(039)005【总页数】4页(P63-66)【关键词】ZL101铝合金;稀土变质;组织;力学性能【作者】张秀梅;史志铭;张瑞英【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古,呼和浩特,010051;内蒙古轻金属材料重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古,呼和浩特,010051;内蒙古轻金属材料重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古,呼和浩特,010051;内蒙古轻金属材料重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010051【正文语种】中文【中图分类】TG146.21ZL101铝合金在铸态下初生α(Al)枝晶比较粗大，且分布不均匀，共晶硅以针片状存在，降低了其力学性能，通常要进行变质处理或者细化处理，如加变质剂或细化剂、热处理以及高强度超声振动铸造等方法［1］。
稀土不仅有良好的变质长效性和重熔稳定性，不会对设备和环境造成污染，还能有效地细化晶粒，兼有较好的精炼净化作用，可显著提高铝合金的力学性能［2－5］。
关于稀土变质的研究很多，其中变质效果好的主要有La、Ce、Y、Eu及混合稀土的变质，其中起变质作用最强的元素是La，Ce次之，本试验采用混合稀土La、Ce作为变质剂，同时考察不同稀土添加量及热处理对ZL101铝合金组织和性能的影响。
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展一、稀土元素对铝合金的强化作用稀土元素在铝合金中的加入可以通过多种方式对其进行强化。
稀土元素可以形成固溶体强化，通过扩散控制晶粒生长和改善晶界结构来提高材料的强度和硬度。
稀土元素还可以形成沉淀物强化，通过在晶间扩散产生的沉淀物来提高材料的强度。
稀土元素还可以与铝合金中的其他元素形成间隙固溶体，提高合金的塑性和韧性。
二、稀土元素对铝合金的晶粒细化作用铝合金的晶粒尺寸对其力学性能有着重要影响，晶粒细化可以提高材料的强度和塑性。
稀土元素的加入可以有效地细化铝合金的晶粒，进而改善材料的力学性能。
这是因为稀土元素可以在晶界处形成固溶体，阻碍晶界的迁移，使得晶界的能量增加，从而抑制晶界的生长，实现晶粒细化。
三、稀土元素对铝合金的耐热性能影响稀土元素还可以显著地提高铝合金的耐热性能。
当合金处于高温环境下时，稀土元素可以形成不同形式的稳定相，阻碍材料的晶粒长大，从而提高了材料的耐热性能。
稀土元素的加入还能够减小合金的热膨胀系数，改善合金的热稳定性。
四、稀土元素对铝合金的抗腐蚀性能影响研究表明，稀土元素的加入可以提高铝合金的抗腐蚀性能。
这是因为稀土元素可以在合金中形成致密的氧化膜，阻止金属与外界介质的直接接触，从而减缓了合金的锈蚀速度。
稀土元素还可以提高合金表面的亲水性，使得合金更加耐蚀。
五、稀土元素对铝合金可加工性的影响稀土元素的加入对铝合金的可加工性也有一定的影响。
研究发现，适量的稀土元素加入可以使得铝合金的变形抗力降低，塑性增强，从而提高了合金的可加工性。
稀土元素的加入还可以改善合金的断裂韧性和疲劳寿命，使得合金更加适合复杂的加工工艺。
结论稀土元素在铝合金中的加入可以显著改善合金的力学性能，包括强化作用、晶粒细化作用、耐热性能提高、抗腐蚀性能提高以及可加工性的改善。
目前的研究还存在一些问题，如稀土元素的最佳添加量、添加顺序、添加方式等方面还需要进一步的研究。
未来需要加强对稀土对铝合金力学性能影响的研究，以实现更好地应用和推广。
稀土元素在铝合金中的作用和应用
在铝合金中加入微量稀土元素，可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性及可锻性，提高硬度、增加强度和韧性。
稀土元素的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广泛的新型材料，目前稀土铝合金的产量已近全国铝产量的1／4。
稀土元素在铝合金中的作用稀土元素非常活泼，极易与气体(如氢)、非金属(如硫)及金属作用，生成相应的稳定化合物。
稀土元素的原子半径大于常见的金属如铅、镁等，在这些金属中的固溶度极低，几乎不能形成固溶体。
一般认为，稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用；此外，它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，故它有一定的除氢、精炼、净化作用；同时，稀土元素化学活性极强，它可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，结果导致晶粒细化，有变质的作用。
以下就这3方面的作用详细介绍。
1.变质作用变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂，用以改变合金的结晶条件，使其组织和性能得到改善的过程。
变质剂又称晶粒细化剂或孕育剂。
稀土元素的原子半径为0.174 ～0.204mm，大于铝原子半径(0.143mm)。
稀土元素比较活泼，它熔于铝液中，极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得晶核生长的速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化。
此外，铝与稀土形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数的大量增加而使合金的组织细化。
研究表明：稀土对铝合金具有良好的变质效果。
例如，合金化的7005铝合金铸锭本身就呈十分细小的组织。
同时值得一提的是，稀土的变质作用具有长效及重熔稳定性的特点，比用钠(Na)、锶(Sr)等变质剂具有明显优点。
稀土的变质作用只受共晶硅变化的影响。
2.精炼、净化作用稀土元素的脱氧能力比强脱氧剂Al、Mg、Ti等强，微量稀土就能使［O］脱到＜lppm(即<10-4％)。
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稀土掺杂对铝合金组织性能的影响
摘要本文依据文献简要介绍了稀土的相关知识及其发展状况,
探讨了稀土在铝及铝合金中变质、净化、降低孔隙率和合金化作用,最后讨论了稀土发展中存在的问题以及其应用前景。
关键词稀土;铝合金;组织性能
中图分类号 tg13文献标识码 a 文章编号
1674-6708(2010)19-0062-02
0 引言
稀土元素是自然界中的一组具有特殊性质、特殊作用的金属元素,在铝合金中加入微量稀土元素,可以显著改善铝合金的组织与性能。
深入研究稀土在铝合金中的作用机制,进一步推进稀土在铝合金中的应用,从而提高铝合金的性能和产品附加值,对于我国的资
源综合利用,将资源优势转化为经济优势具有重要意义。
1 稀土元素及其应用意义
稀土的英文是rare earth,意即“稀少的土”。
根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义,稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57~71的15个镧系元素,再加上与其电子结构和化学性质相近的钪(21)和钇(39),共计17个元素共称为稀土元素(rare earth),简称稀土(re或r),为此有人称之为“稀土十七姐妹”。
对人们来说,稀土元素较为陌生,人类开始大量使用稀土只是近二三十年的事,特别是近10年,随着工业的发展,稀土应用范围逐渐扩大,需求数量不断增加。
稀土将在未来世界的经济发展中,显
示出十分重要的作用。
2 稀土对铝合金组织性能的影响
2.1 变质作用
变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂,用以改变合金的结晶条件,使其组织和性能得到改善的过程,变质剂又称
晶粒细化剂。
根据最新观点,铝合金变质处理大致可分三类:第一类是晶粒细化处理,主要用来细化α(al)晶粒;第二类是共晶体变质,主要用于铝硅共晶合金;第三类是改善杂质相组织或消除易熔杂质相,如改变粗大富铁相等。
2.1.1 晶粒细化作用
晶粒细化是提高材料强度和硬度的重要手段之一,是改善铝材质量的重要途径。
物质内部的空隙小了,它们之间的结合力就会增大,整体的硬度就大大增强。
细化晶粒提高金属的强度和硬度,就是利用这个道理。
金属的塑性变形主要是晶体内部的位错的滑移,晶粒的晶界区有阻止滑移变形的性能,细化晶粒可以减少晶粒内部的缺陷的相对量,并且增加晶界,使变形抗力增加,从而提高强度和硬度,同时塑性下降。
随着铝材的广泛应用,尤其是在高新技术领域的应用,对在后续
深加工工艺中的组织提出了严格的要求,而控制其组织和性能的关键之一是熔铸出细小均匀的铸态晶粒组织。
要获得这种组织,必须通过不同的手段细化晶粒,即结晶组织的微处理问题,包括液态时
加入各种细化剂或借助外来能量(如机械振动、电磁搅拌等)使α
-al基体细化。
在工业生产条件下,只有添加细化剂的处理是最简便而又有效的方法。
铝合金晶粒细化最有效,最实用的方法是添加含b、ti等元素的中间合金细化剂,除最常用的a1-ti-b中间合金外,目前稀土元素的晶粒细化作用逐渐引起人们的重视。
文献指出,al-ti-b中间合金中配入适量的re,可有效地抑制细化衰退现象,此外,稀土本身也能够细化晶粒,re与铝及铝中的fe、si等可形成高熔点的细小化合物,这些化合物能起到非自发形核的作用,使晶粒得到细化。
2.1.2 对共晶体变质作用
近年来,关于稀土对铝硅合金变质作用的研究和应用的报道不断增多,充分肯定了稀土元素对共晶硅的良好变质作用。
李道韫等采用a1-re中间合金对铝硅共晶合金进行变质处理,结果表明,微量可使铝硅共晶合金获得完全变质组织,re变质具有比钠盐变质更好的长效性及重熔性,变质后,高温保持4h,重熔两次时,变质作用基本不衰退。
2.1.3 改善富铁杂质相作用
文献指出,对含有较高铁的铝硅合金采用单一加猛的办法不能完全消除铁的危害,采用0.6%mn和0.4%~0.5%re联合处理的方法,可以将含铁1.10%~1.30%的zl16合金的力学性能提高到原合金不含铁时的水平,说明mn-re联合处理对消除铁的危害作用最有效。
2.2 净化及降低孔隙率作用
稀土的净化作用表现为明显减少铝液中的含氢量,降低铸件针孔
率和孔隙度,减少铝液中的夹杂物,降低铝液中的有害元素等。
2.2.1 稀土的除气作用
稀土与氢有较大的亲和力,能大量吸附和溶解氢,稀土与氢生成
的化合物熔点较高,不会聚集形成气泡,使铝的含氢量和针孔率明
显降低。
稀土与氮生成难溶化合物,在熔炼过程中,大部分以渣的形式排除。
2.2.2 稀土的除渣作用
稀土的脱硫能力也相当强,可以生成res、re2s3、re2o2s等硫化物。
稀土极易与硫、磷、锑、砷等低熔点金属元素化合,生成rep、resn、reas等化合物。
这些稀土化合物都具有熔点高、比重轻的特点,当它们的熔点高于金属冶炼温度时,会上浮一部分成渣,其微小的质点便成为铝结晶过程的异质晶核,而留在固态金属内的部分则能降低其危害性。
这些化合物沿枝晶向整个晶体内均匀分布,消除了枝晶组织。
研究表明:稀土处理后合金夹杂物的数量可明显降低,其尺寸也有所下降。
而且稀土加入量在0.25%左右时,夹杂量下降幅度最大。
2.2.3 稀土的除氧化夹杂作用
铝合金铸造件中主要的氧化夹杂是-al2o3,从热力学上讲,在标
准状态下,稀土元素均能将-al2o3中的al还原出来,使-al2o3夹杂物明显降低。
3 稀土在铝及铝合金应用中的缺陷
加入稀土元素时应该注意掌握其加入量,防止因其不均匀分布而
引起的大而脆的稀土金属化合物生成和因其与某些合金元素发生
冲突而降低合金的性能等现象。
稀土变质效果受冷却速度影响甚大,冷却速度快,变质效果好,当冷却速度低于临界变质速率时,则会出现变质不足的问题。
4 结论
稀土元素在铝及铝合金中具有很多积极作用,我国是稀土大国,
同时也是铝合金使用大国。
把稀土作用于铝合金晶粒细化过程中不仅能提高铝合金的性能,节约材料,还可以充分利用我国的稀土资源,提高经济效益。
相信不久的将来,随着我国国民经济的迅猛发展,稀土在铝合金中的应用研究进一步深入和技术水平的不断提高,稀土在铝合金中的使用会更加广泛。
参考文献
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