镧镨铈混合稀土金属在Al_Si合金中的作用

镧镨铈混合稀土金属在A l-Si合金中的作用
赵　平1,陈云贵2,唐定骧2,涂铭旌2
(1.四川工业学院材料系,四川　成都　610039;2.四川大学,四川　成都　610065)
摘　要:本文研究了一种新型的镧镨铈混合稀土对铝硅合金中共晶硅的变质作用和铁相的作用。

研究证明,镧镨铈混合稀土对A l-Si合金中共晶硅有着比富铈混合稀土更强的变质能力,其残余量在0.17%和0.24%之间即可使硅含量接近12%的铝硅二元合金得到良好变质;镧镨铈混合稀土有促进A l-Si合金中针状铁相析出的作用,为保证铝硅合金中不出现针状铁相,镧镨铈混合稀土的加入量以不超过0.45%为好。

关键词:镧镨铈混合稀土;共晶硅;变质;铁相
中图分类号:T B333 文献标识码:A 文章编号:1004-0277(2002)02-0020-03
长期以来,铸造行业中对铝硅合金的变质都是使用富铈混合稀土金属或富铈混合稀土合金[1～3]。

富镧的镧镨铈混合稀土是近年来提取铈、钕以后出现的新型混合稀土,其中La的含量高达78～90%, Pr含量达到10～15%,而Ce含量则降低到5～10%,Nd含量不大于1%。

这种稀土在铝硅合金中的应用及其研究,还没有见到过报导。

本文的目的在于就这种镧镨铈混合稀土(简称LPC)对共晶型Al-Si合金中的共晶硅和铁相的作用进行研究,旨在找出LPC在铝硅合金中既能保证变质效果又能避免针状铁相出现的适当的加入量。

1　实验
铝硅合金的熔炼在电阻坩埚炉中进行。

稀土变质温度均为750℃,保温40分钟。

浇注试样的铸型均采用铸件厚度为13mm的Y型金属型。

金属型预热温度均为250℃。

拉伸试棒均采用机械加工得到,拉伸段直径为 8。

拉伸试验均在岛津AG-T A10电子拉伸试验机上进行。

配制硅含量接近12%的铝硅二元合金,分别用0.15%、0.25%、0.35%、0.45%、0.55%和0.65%的富铈混合稀土金属(其组成为:Ce52.5%, La30.4%,Nd11.4%,Pr4.5%)和LPC金属(其组成为:La81.74%,Pr10.82%,Ce6.12%,Nd0.80%)变质,实验结果如表1所示。

图1中GCe表示用富铈混合稀土金属变质,GLa表示用LPC金属变质。

图1为根据表1中数据绘制的稀土残留量和试样抗拉强度的关系图,用以比较两种稀土的变质能力。

表1　实验结果
Table1　Data of the experiment
试　样稀土添加量/%稀土残留量/% b/M Pa
Ce10.15136
Ce20.250.18138
Ce30.350.25141
Ce40.450.33176
Ce50.550.39184
Ce60.650.45186
La10.15140
La20.250.17138
La30.350.24169
La40.450.29178
La50.550.35190
La60.650.41196
第23卷第2期2002年4月
稀 土
Chinese Rar e Eart hs
Vo l.23,N o.2
A pril2002
收稿日期:2000-12-28
基金项目:四川省计委资助项目
作者简介:赵　平(1954-),男,四川宜宾人,副教授,主要研究方向为铝硅合金结构与制备工艺,ZrHx制备工艺及稀土在钢铁和有色合金中的应用等。

图1　两种稀土在共晶型铝硅合金中的变质作用比较Fig .1　Modif ication ef f ects of two RE -alloys in
eutectic Al -Si alloy
配制较高含铁量的亚共晶型铝硅合金(其分析成份为7.8%Si 及0.68%Fe )分别用0.35%、0.45%、0.55%和0.65%的LPC 金属变质,浇注试样后,制取金相试样,观察基体中铁相状况。

在ZL109合金中增加铁量至0.72%(分析值),锰量增至0.55%(分析值),使M n /Fe 为0.76。

分别用0.25%、0.35%、0.45%、0.55%和0.65%的富铈混合稀土金属和LPC 金属变质。

同样在浇注试样后,制取金相试样观察基体中铁相状况。

2　实验结果与分析
从表1和图1可以看到,在GCe 组试样中,当稀土残留量从0.25%升高到0.33%时,抗拉强度值有一突变即从141M Pa 提高到176M Pa 。

在GLa 组中,当稀土残留量从0.17%升高到0.24%时,抗拉强度值从138M Pa 提高到169MPa 。

由于变质的作用,铝硅合金的抗拉强度值出现较大的提高,因此可以认为,用富铈混合稀土金属变质,其变质效果出现在0.24%和0.33%之间;用LPC 金属变质,其变质效果出现在0.17%和0.24%之间。

显然LPC 的变质能力比富铈混合稀土的变质能力强。

文献[4]将Ce 的原子半径(0.183nm )和La 的原子半径(0.187nm)相比较后,认为La 的变质能力强于Ce 的变质能力的原因就在于前者的原子半径比后者大。

从本文的实验结果也可以认为,用以镧为主的LPC 对铝硅合金进行变质处理,获得变质效果的残留量比用富铈混合稀土所需残留量少。

观察较高含铁量的亚共晶型铝硅合金中加入LPC 金属后得到的金相组织,
可以看到,从稀土加
入量增加到0.45%以后,基体中出现明显的针状铁相,如图2所示。

图2　亚共晶型铝硅合金中的针状铁相
(L PC 加入量:0.45%)
Fig .2　Needle phase in hypoeutetic Al -Si alloy
(additive of LPC :0.45%)
在提高了铁量和锰量的ZL 109合金中,LPC 加入量为0.25%与0.35%时,基体中的块状多元化合物仍然保持块状,如图3所示。

LPC 加入量增加到0.45%时,这种化合物的形状开始变化,但还没有形成针状,如图4所示。

在LPC 加入量为0.55%时,针状相已经出现,如图5所示。

在LPC 加入量为0.65%时,针状相则非常明显。

由能谱分析结果可知,图2和图5中的针状相,均由MnFeAl 以及少量Si 和少量La 组成。

图3　Z L 109中的块状铁相(LP C 加入量:0.35%)Fig .3　Block phase in alloy ZL 109(additive
of LPC :0.35%)
第2期 赵　平等:镧镨铈混合稀土金属在A l-Si 合金中的作用
图4　ZL109中的变形的块状铁相(L P C加入量:
0.45%)
Fig.4　Def ormed block phase in alloy ZL109
(additive of LPC:0.45%)
实验结果说明,LPC有促进铝硅合金中针状铁相析出的作用。

为保证不析出针状铁相,LPC在含铁量较高的铝硅合金中的加入量不宜超过0.45%。

3　结论
1.镧镨铈混合稀土金属对Al-Si合金中共晶硅有较强的变质能力。

2.镧镨铈混合稀土金属有促进Al-Si合金中针状铁相析出的作用,
为保证铝硅合金中不出现针
图5　Z L109中的针状铁相(LP C加入量:0.55%)
Fig.5　Needle phase in alloy ZL109(additive
of LPC:0.55%)
状铁相,镧镨铈混合稀土金属的加入量以不超过0.45%为好。

参考文献:
[1]　李隆盛.铸造合金及熔炼[M].北京:机械工业出版
社,1989.11.
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上的应用[J].特种铸造及有色合金,1992,(6):21. [3]　魏伯康,林汉同,刘俊明,等.稀土在过共晶A l-Si合金中
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特种铸造及有色合金,1995,(5):19.
Role of a New Rare Earth Mixture in Al-Si Alloy
ZH AO P ing1,CH EN Yun-gui2,T AN G Ding-x iang2,TU Ming-j ing2
(1.S ichuan Univ ersity of S cience and Tec hnology,Cheng du610039,China;
2.S ichuan Univ ersity,Chengd u610065,China)
Abstract:Effects of a new kind of r are ear th met al w ith78～90%L a,10～15%P r,5～10%Ce and Nd≤1%, called as L PC,o n the eutectic silico n in a A l-Si a lloy and on t he mor pholog y of t he ir on phase in the allo y ha ve been inv estig ated.T he r esults indicated that the new r ar e earth met al w as better in effect of modification than the Ce enr iched ra re eart h mixt ur e and the g oo d mo dificatio n effect could be o bt ained in an A l-Si binar y allo y w ith about12%Si w hen the residue of the new rar e earth mix tur e w as bet ween0.17～0.24%.T he result s also sho wed that the new r are ear th metal co uld pro mot e the needle-like iro n phase gener ated;and w hen the new r ar e ear th metal addit ion w as no t mo re than0.45%the needle-like ir on phase co uld not g ener ate in t he a lloy.
Key words:rar e ear th mix ture o f L a-P r-Ce;eutectic silicon;mo dification,iro n phase
22稀 土 第23卷。