稀土La变质Al-12.35Si合金的组织及性能
发布时间：2021-08-07 14:05
通过添加Al-La中间合金的方式对含多种合金元素的Al-12.35Si合金进行稀土La变质处理,研究La含量（0.1%～0.8%）对其微观组织及力学性能的影响。结果表明,适量La可以减小长针状共晶Si尺寸,细化第二相组织,减小初生α-Al二次枝晶臂间距。过量La可引起过变质,致使合金组织粗化。当La含量为0.2%时,Al-Si合金凝固组织变质效果最为理想且其力学性能最佳,抗拉强度从168MPa提高至188MPa,伸长率从0.44%提高到0.53%;随着La含量继续增加,合金强度及塑性下降。
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
拉伸试样
图2为Al-10La中间合金物相及微观组织分析。从图2a可以看出，Al-10La中间合金中存在Al、Al4La两种相。根据Al-La二元合金相图可知，Al-La在642℃左右会发生共晶反应[10]。从图2b和图2c可以看出，在Al-La合金基体上有呈羽毛状均匀分布的纤维状组织。经EDS能谱分析可知，该组织中Al、La的摩尔比接近4∶1，可确定其为Al4La相，这与XRD分析结果一致。超声搅拌可确保Al-La中间合金的组织均匀。此外，根据ICP-AES测试的结果，Al-La中间合金中La的实际含量为9.09%。可见，在制备Al-La中间合金时会损失少量La。因此，以中间合金的形式加入可确保La的添加量更为准确。
为了进一步探究La对共晶Si的变质机理，对1号试样和3号试样进行了深腐蚀处理，见图4。在一般铸造条件下，当不加入稀土元素时，Si相长大呈小平面生长特征，表现出很强的各向异性长大倾向，沿<112>方向迅速长大成片状或针状Si晶体，呈单一方向生长，见图4a。从图4b可以看出，当加入La后，共晶Si的生长方向不断发生改变，且生长分枝数量不断增加。La在Al相和Si相中的分散系数非常小，固溶度很低，因此La会在Al相和Si相的界面处有一定的富集，阻碍共晶Si的生长，迫使共晶Si的生长形态发生变化。另外，在共晶Si表面处存在着许多原子堆积组成的固有台阶，与共晶Si存在着一定的孪晶位置关系。当加入La变质时，此时La原子从固有台阶侧面进入到孪晶凹槽处，从而降低了Si原子扩散至原子台阶与孪晶凹槽的速度，导致共晶Si生长受到抑制，分枝不断增加，最后使共晶Si生长成为高度集中、扭曲的结构，从而达到了共晶Si变质的目的。过量的La对Al-Si合金变质反而不利，这可能是由于La加入量较多时，La富集速度较快，使Si相固液界面前沿的相成分较早达到多元共晶成分，形成Al-Si-La相化合物，使成分过冷减小甚至消失，从而弱化变质作用[11]。图4 深腐蚀后试样的显微组织
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土La、Nd对A356铝合金组织与性能的影响[J]. 王红侠,李新星,汤亮. 特种铸造及有色合金. 2019(12)
[2]汽车轻量化研究进展[J]. 林荣会,宋晓飞. 青岛理工大学学报. 2018(06)
[3]Sc和Y复合作用对A356合金组织和性能的影响[J]. 何兵,覃铭,黄蓓,杨途才. 特种铸造及有色合金. 2017(12)
[4]稀土对Al-2.5Mg合金组织和性能的影响[J]. 潘琰峰. 铸造. 2017(08)
[5]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 郭玉琴,朱新峰,杨艳,熊倪. 锻压技术. 2015(03)
[6]高性能高硅铝基合金研究展望[J]. 安建军,严彪,程光. 金属功能材料. 2009(04)
[7]稀土在Al-Si活塞合金中的作用及其机理[J]. 孔凡校,李华基,德雪红. 冶金丛刊. 2007(04)
[8]高硅铝合金中初晶硅形态控制研究进展[J]. 葛良琦,颜银标,蒋良,杨军. 材料导报. 2007(03)
[9]硅含量对高硅铝合金材料组织及性能的影响[J]. 杨伏良,甘卫平,陈招科. 材料导报. 2005(02)
硕士论文
[1]活塞用Cu、Ni增强型铝合金力学性能、组织与磨损性能[D]. 谢长钊.湖南科技大学 2017
[2]活塞用Al-Si-Cu-Mg-Ni合金凝固析出Si相和富Ni相的调控[D]. 郭松松.西安工业大学 2017
[3]共晶Al-Si合金的硅相形貌控制及其对合金断裂韧性、疲劳裂纹扩展行为的影响[D]. 张伟.郑州大学 2007
[4]稀土La、Ce对ZL101A合金组织及性能的影响[D]. 文涛.河南理工大学 2007
本文编号：3327931
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
拉伸试样
图2为Al-10La中间合金物相及微观组织分析。从图2a可以看出，Al-10La中间合金中存在Al、Al4La两种相。根据Al-La二元合金相图可知，Al-La在642℃左右会发生共晶反应[10]。从图2b和图2c可以看出，在Al-La合金基体上有呈羽毛状均匀分布的纤维状组织。经EDS能谱分析可知，该组织中Al、La的摩尔比接近4∶1，可确定其为Al4La相，这与XRD分析结果一致。超声搅拌可确保Al-La中间合金的组织均匀。此外，根据ICP-AES测试的结果，Al-La中间合金中La的实际含量为9.09%。可见，在制备Al-La中间合金时会损失少量La。因此，以中间合金的形式加入可确保La的添加量更为准确。
为了进一步探究La对共晶Si的变质机理，对1号试样和3号试样进行了深腐蚀处理，见图4。在一般铸造条件下，当不加入稀土元素时，Si相长大呈小平面生长特征，表现出很强的各向异性长大倾向，沿<112>方向迅速长大成片状或针状Si晶体，呈单一方向生长，见图4a。从图4b可以看出，当加入La后，共晶Si的生长方向不断发生改变，且生长分枝数量不断增加。La在Al相和Si相中的分散系数非常小，固溶度很低，因此La会在Al相和Si相的界面处有一定的富集，阻碍共晶Si的生长，迫使共晶Si的生长形态发生变化。另外，在共晶Si表面处存在着许多原子堆积组成的固有台阶，与共晶Si存在着一定的孪晶位置关系。当加入La变质时，此时La原子从固有台阶侧面进入到孪晶凹槽处，从而降低了Si原子扩散至原子台阶与孪晶凹槽的速度，导致共晶Si生长受到抑制，分枝不断增加，最后使共晶Si生长成为高度集中、扭曲的结构，从而达到了共晶Si变质的目的。过量的La对Al-Si合金变质反而不利，这可能是由于La加入量较多时，La富集速度较快，使Si相固液界面前沿的相成分较早达到多元共晶成分，形成Al-Si-La相化合物，使成分过冷减小甚至消失，从而弱化变质作用[11]。图4 深腐蚀后试样的显微组织
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土La、Nd对A356铝合金组织与性能的影响[J]. 王红侠,李新星,汤亮. 特种铸造及有色合金. 2019(12)
[2]汽车轻量化研究进展[J]. 林荣会,宋晓飞. 青岛理工大学学报. 2018(06)
[3]Sc和Y复合作用对A356合金组织和性能的影响[J]. 何兵,覃铭,黄蓓,杨途才. 特种铸造及有色合金. 2017(12)
[4]稀土对Al-2.5Mg合金组织和性能的影响[J]. 潘琰峰. 铸造. 2017(08)
[5]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 郭玉琴,朱新峰,杨艳,熊倪. 锻压技术. 2015(03)
[6]高性能高硅铝基合金研究展望[J]. 安建军,严彪,程光. 金属功能材料. 2009(04)
[7]稀土在Al-Si活塞合金中的作用及其机理[J]. 孔凡校,李华基,德雪红. 冶金丛刊. 2007(04)
[8]高硅铝合金中初晶硅形态控制研究进展[J]. 葛良琦,颜银标,蒋良,杨军. 材料导报. 2007(03)
[9]硅含量对高硅铝合金材料组织及性能的影响[J]. 杨伏良,甘卫平,陈招科. 材料导报. 2005(02)
硕士论文
[1]活塞用Cu、Ni增强型铝合金力学性能、组织与磨损性能[D]. 谢长钊.湖南科技大学 2017
[2]活塞用Al-Si-Cu-Mg-Ni合金凝固析出Si相和富Ni相的调控[D]. 郭松松.西安工业大学 2017
[3]共晶Al-Si合金的硅相形貌控制及其对合金断裂韧性、疲劳裂纹扩展行为的影响[D]. 张伟.郑州大学 2007
[4]稀土La、Ce对ZL101A合金组织及性能的影响[D]. 文涛.河南理工大学 2007
本文编号：3327931
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