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稀土铝合金

2017-06-06   

稀土铝合金   RE containing aluminium alloy   泛指含稀土金属的铝合金,主要指Al-RE系合金。工业Al-RE系合金主要是含有4.4%~5%稀土的铸造铝合金,如Al-RE-Cu-Si-Mn-Ni-Mg合金,含有多种过渡元素,成分、组织复杂。工作温度可达400℃,是广泛使用的热强性最好的铸造铝合金。室温力学性能低,铸造工艺性能良好,可用于砂型、金属型铸造,生产形状复杂的高温下长期工作的零件,如发动机附机壳体、阀门等。
1.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%)。稀土的脱硫能力也相当强,可以生成RES或RE2S3,生成物主要取决于稀土与硫的活度或溶解度。稀土元素在金属液中还可以与氧和硫同时发生反应生成RE2O2S型硫化物。稀土元素还能与P、Sn、As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,当它们的熔点高于金属冶炼温度时,能上浮一部分成渣,它们微小的质点则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。稀土对氢的的吸附力特别大,能大量吸附和溶解氢,稀土与氢的化合物熔点较高,并且弥散分布于铝液中,以化合物形成的氢不会聚集形成气泡,大大降低铝的含氢量和针孔率。
2.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。
3.合金化作用
稀土在铝合金中的强化作用主要有细晶强化、有限固溶强化和稀土化合物的第二相强化等。当稀土加入量不同时,稀土在铝合金中主要以三种形式存在:固熔在基体α(Al)中;偏聚在相界、晶界和枝晶界;固熔在化合物中或以化合物形式存在。当稀土含量较低时(低于0.1%),稀土主要以前两种形式分布。第一种形式起到了有限固溶强化的作用,第二种形式增加了变形阻力,促进位错增殖,使强度提高。加入稀土后合金的铸态组织中合金晶粒明显减少,二次枝晶间距有可能细化,稀土与Al、Mg、Si等元素形成的金属间化合物呈球状和短棒状分布在晶界或界内,组织中有大量位错分布。当稀土含量大于0.3%,后一种存在形式开始占主导地位。这时,稀土与合金中的其他元素开始形成许多含稀土元素的新相,同时使第二相的形状、尺寸发生变化,可能使得第二相从长条状等形状转变成短棒状粒子出现,粒子的尺寸也变得比较细小,且呈弥散分布。大部分含稀土元素的第二相都出现了粒子化、球化和细化的特征,这种变化在一定程度上都强化了铝合金。
稀土铝合金能大大提高合金的强度、硬度、韧性,还会使表面氧化膜结构发生变化,从而使产品表面光亮、美观,提高产品的耐腐蚀性能。目前我国在民用铝制品工业中已用来制造洗衣机内缸等。