稀土元素ce對鋁銅合金組織性能影響的研究

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1、17稀土元素Ce對鋁銅合金組織性能影響的研究第頁共17頁稀土元素Ce對鋁銅合金組織性能影響的研究安徽農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟技術(shù)學院11機制合肥摘　要　高強度鑄造鋁合金具有良好的室溫和高溫強度,但它的晶粒細化程度一直是制約其發(fā)展的瓶頸。通過對合金的結(jié)晶條件、細化晶粒和抑制其再結(jié)晶行為進行測試,研究了微量合金元素(Cu,Si,Ce,Mg,Mn)對鋁合金晶粒細化性能的影響。其結(jié)果表明，Cu,Si,Ce,Mg,Mn合金元素能使鋁合金的晶粒細化程度提高;加入質(zhì)量分數(shù)為2%的Si會使合金的再輝現(xiàn)象非常嚴重,導致合金不可能有很高的強度而很快斷裂;與其他AlCu4.5Si合金相比,AlCu4.5S

2、i3合金具有很強的補縮能力,斷裂應(yīng)力值最高;La的加入能縮小二次枝晶間距,明顯提高合金的抗熱裂性能。關(guān)鍵詞:樹枝晶　鑄造AlCu合金補縮等軸晶熱處理1、緒論隨著航空航天、新型高速列車、汽車、船舶制造業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的金屬材料已經(jīng)逐漸被工業(yè)生產(chǎn)淘汰，取之而來的是更為優(yōu)秀的新型合金材料。鎳合金、鈷合金、鈦合金、鋁合金、不銹鋼及其它特種金屬已經(jīng)是航空航天的主導材料。這些優(yōu)秀的新型材料會在保證使用強度的前提下，減輕使用的重量以及成本，以提高運載能力和速度。密度小，強度高的合金當然會取代傳統(tǒng)的金屬材料，成為21世紀最受歡迎的材料。因為在地殼中鋁的含量為最高，所以成本比較低，強

3、度也非常優(yōu)秀，所以在工業(yè)生產(chǎn)制造中鋁合金成為工業(yè)中很受歡迎的發(fā)展對象。鋁合金優(yōu)點有：質(zhì)量輕，延展性好，強度高，可回收再造率高，較環(huán)保的一種新型材料。很多國家和領(lǐng)域都在不斷地探索和發(fā)覺鋁合金更大的潛力，并不斷的優(yōu)化其物理和化學性能，使其具有人們所需要的使用力學效果外，還具有抗化學變化的儲存和延長其使用壽命效果。目前Al-Cu系鑄造鋁合金是一種具有優(yōu)秀鑄造性能的工程鋁合金材料世界各國都有類似的成分牌號。表1-1各國鑄造Al-Cu合金牌號及技術(shù)參數(shù)17稀土元素Ce對鋁銅合金組織性能影響的研究第頁共17頁國家牌號抗拉強度/MPa延伸率/%中國ZL2012201ZL201A2702

4、ZL2022902ZL2032902美國356.02073A356.02344A357.02833德國Almelec2703鋁合金密度小而強度高，因此在高端的航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在各種鋁合金中，Al-Cu系合金鑄造性能優(yōu)良，比如可塑性好，氣密性好，延展性好等，但是在自然界中經(jīng)過簡單的提取后其力學性能確實一般，因此要通過一些外界的干預(yù)，提高其力學性能，使其擁有較理想的強度和韌性，因此人們在不斷的探索更優(yōu)良的工藝及細化晶粒的催化劑。純度比較高的熔體、和理性的細化變質(zhì)效果是鋁合金潛力發(fā)揮的重要條件。因此，人們探索發(fā)現(xiàn)各種工藝和催化劑旨在于此。鈰（Ce）的密度低，在鋁合金和鋁材料中

5、同時具有過渡金屬和稀土金屬這兩類金屬的作用，效果卻比這兩類金屬對鋁合金組織性能的影響大。含Ce鋁合金強度高，熱穩(wěn)定性好，有強烈的失效硬化效應(yīng)，是發(fā)展高強度，耐高溫和抗腐蝕性結(jié)構(gòu)鋁合金的一種微量添加元素。近些年來，含Ce鋁合金收到金屬材料界的重視，從大量的理論基礎(chǔ)和實際工業(yè)生產(chǎn)中都做了不少研究，西方歐美國家在這方面起步要比我過早，我國目前還處于起步階段。1.1鈰（Ce）的概述鈰（shì），原子序數(shù)58，原子量140.115，元素名來源于小行星谷神星的英文名。1803年德國化學家克拉普羅特、瑞典化學家貝采利烏斯分別發(fā)現(xiàn)了鈰的氧化物。鈰的天然穩(wěn)定同位素有4種：鈰136、138、

6、140、142。鈰在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。為鐵灰色金屬，有延展性，熔點799°C，沸點3426°C，密度6.657克/厘米317稀土元素Ce對鋁銅合金組織性能影響的研究第頁共17頁。鈰是除銪外稀土元素中最活潑的。鈰在室溫下很容易氧化;在冷水中緩慢分解，在熱水中反應(yīng)加快;大多數(shù)鈰鹽及其溶液為橙紅色到橙黃色，具有反磁性和強氧化性。二氧化鈰用于拋光精密玻璃制品，也可做玻璃去色劑和用于生產(chǎn)有色玻璃，硝酸鈰用于制造白熾燈罩。1.1.1鈰的性質(zhì)金屬鈰（Ce）：鈰元素的原子序數(shù)58，鈰是一種銀灰色的活潑金屬，粉末在空氣中易自燃，易溶于酸。主要存在獨居石和

7、氟碳鈰礦中，也存在于鈾、釷、钚的裂變產(chǎn)物中。常由氧化鈰用鎂粉還原，或由電解熔融的氯化鈰而制得。在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。鈰主要存在獨居石和氟碳鈰礦中，也存在于鈾、釷、钚的裂變產(chǎn)物中。常由氧化鈰用鎂粉還原，或由電解熔融的氯化鈰而制得。鈰在室溫下很容易氧化，在空氣中很容易失去光澤，用刀刮即可在空氣中燃燒（純的鈰不易自燃，但稍氧化或與鐵生成合金時，極易自燃）。加熱時，在空氣中燃燒生成二氧化鈰。能與沸水作用產(chǎn)生氫氧化鈰，溶于酸，不溶于堿。鈰也能在鹵素中燃燒，如在氯氣中燃燒，產(chǎn)生三氯化鈰(CeCl)：2Ce