稀有元素Er对Al-Si-Fe-Co合金组织与性能的影响
发布时间：2021-08-12 05:35
利用OM,SEM/EDS、XRD、室温拉伸及磨损等试验研究了稀有元素Er对Al-Si-Fe-Co合金组织和性能的影响。研究表明,Er元素可有效细化Al-Si-Fe-Co合金的富铁第二相;当添加量为0.5%时（质量分数,下同）,α-Al晶粒细化,共晶硅细化效果最佳,其抗拉强度为160.8MPa,延伸率为1.89%,相比于未添加Er的合金分别提高了5.0%和19.6%。但是,当过量添加Er元素时,会析出针状Al3Er相,对块状富铁相的变质效果弱化,并使合金的强度和塑性降低。同时,随着Er含量增加,使得第二相组织的分布更为均匀,并导致合金的硬度上升,磨损率和摩擦系数出现下降。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(10)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Al-10Si-1.5Fe-2.25Co-XEr合金的金相组织
图3为试样拉伸后的断口形貌。添加0.1%Er的断口形貌(图3b)与原始合金的断口形貌(图3a)相比变化很小；当Er添加量为0.3%时，有细小韧窝分布于断口形貌中，韧窝中间掺夹着凸起的棱状断面，如图3c所示；当Er添加量达到0.5%时，断口中的韧窝状数量增多且较小，如图3d所示。可能是由于共晶硅的组织细化，但其合金中初生硅、富铁相等第二相并未得到很好细化，以至于其抗拉强度提高较小，而由共晶硅细化所导致的韧窝使得合金塑性提升，因此表现出合金添加Er后其塑性提升的幅度大于强度的提高幅度。另一方面，也说明高铁铝硅合金中富铁化合物相的形貌结构是决定合金拉伸性能的关键因素。当Er过量添加时，使拉伸断口中的亮色组织增多，如图3e所示，使抗拉强度有所下降。可能是合金中针状富Er相出现，对合金基体产生割裂作用，在拉伸应力作用下容易产生裂纹源，降低合金强度及塑性。2.2.2 摩擦磨损性能及分析
图5为不同Er含量合金的瞬时摩擦系数曲线。图5a为Al-Si-Fe-Co合金的瞬时摩擦系数的变化曲线，其值在0.65～0.70之间变化，摩擦过程中波动相对稳定。图5b为加入0.1%Er元素后合金的瞬时摩擦系数曲线，图中有几个明显的大波浪，整体波动比较大，在分隔的300 s左右的短时间内曲线波动存在一定的规律性，磨损也较为均匀。图5c为添加0.3%Er合金的摩擦系数，前750 s波动少，磨损稳定，后750 s随着材料的掉落，磨损的波动开始变大；Er含量达到0.5%时，随着共晶硅的细化，磨损过程也相对变得平稳，平均系数在0.76左右波动，如图5d所示。图5e为Er元素添加量达到0.7%的合金的摩擦系数，该合金材料在300 s到600 s这段时间内的磨损波动突然变大，之后趋于相对稳定。针状富Er相的出现导致材料的均匀性有所变化，因而出现较大的波动。总体来说，相比于未添加Er的原始合金的瞬时摩擦系数曲线(图5a)，添加Er后的合金共晶硅的细化并不能使合金材料的耐磨性能得到提高，反而有所降低，可见在高铁变质铝硅合金中添加Er元素并不能使该合金材料的耐磨性能得到明显的提高。图5 Al-10Si-1.5Fe-2.25Co-XEr合金的瞬时摩擦系数
【参考文献】：
期刊论文
[1]微量Er在高强Al-Zn-Mg-Cu合金中的存在形式及其“遗传效应”[J]. 黄元春,张传超,任贤魏,刘宇,陈斯卓,王艳玲. 稀有金属材料与工程. 2019(09)
[2]Er添加对Al-12Si铝硅合金组织和力学性能的影响[J]. 朱胜,邱六,王晓明,陈永星,王瑞. 热加工工艺. 2018(18)
[3]液态金属深过冷快速凝固过程中初生固相的重熔[J]. 李金富,周尧和. 金属学报. 2018(05)
[4]富铈混合稀土对再生铝硅合金组织和性能的影响[J]. 范超,龙思远,吴明放,杨怀德. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[5]稀土对铝合金变质处理的研究进展[J]. 闫洪,张敬奇,张苏. 材料导报. 2013(S2)
[6]Co对Al-20Si-2Cu-1Ni-0.5Mn合金微观组织和力学性能的影响[J]. 沙萌,吴树森,王行涛. 特种铸造及有色合金. 2012(01)
[7]铒微合金化铝合金的研究进展[J]. 聂祚仁,文胜平,黄晖,李伯龙,左铁镛. 中国有色金属学报. 2011(10)
本文编号：3337693
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(10)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Al-10Si-1.5Fe-2.25Co-XEr合金的金相组织
图3为试样拉伸后的断口形貌。添加0.1%Er的断口形貌(图3b)与原始合金的断口形貌(图3a)相比变化很小；当Er添加量为0.3%时，有细小韧窝分布于断口形貌中，韧窝中间掺夹着凸起的棱状断面，如图3c所示；当Er添加量达到0.5%时，断口中的韧窝状数量增多且较小，如图3d所示。可能是由于共晶硅的组织细化，但其合金中初生硅、富铁相等第二相并未得到很好细化，以至于其抗拉强度提高较小，而由共晶硅细化所导致的韧窝使得合金塑性提升，因此表现出合金添加Er后其塑性提升的幅度大于强度的提高幅度。另一方面，也说明高铁铝硅合金中富铁化合物相的形貌结构是决定合金拉伸性能的关键因素。当Er过量添加时，使拉伸断口中的亮色组织增多，如图3e所示，使抗拉强度有所下降。可能是合金中针状富Er相出现，对合金基体产生割裂作用，在拉伸应力作用下容易产生裂纹源，降低合金强度及塑性。2.2.2 摩擦磨损性能及分析
图5为不同Er含量合金的瞬时摩擦系数曲线。图5a为Al-Si-Fe-Co合金的瞬时摩擦系数的变化曲线，其值在0.65～0.70之间变化，摩擦过程中波动相对稳定。图5b为加入0.1%Er元素后合金的瞬时摩擦系数曲线，图中有几个明显的大波浪，整体波动比较大，在分隔的300 s左右的短时间内曲线波动存在一定的规律性，磨损也较为均匀。图5c为添加0.3%Er合金的摩擦系数，前750 s波动少，磨损稳定，后750 s随着材料的掉落，磨损的波动开始变大；Er含量达到0.5%时，随着共晶硅的细化，磨损过程也相对变得平稳，平均系数在0.76左右波动，如图5d所示。图5e为Er元素添加量达到0.7%的合金的摩擦系数，该合金材料在300 s到600 s这段时间内的磨损波动突然变大，之后趋于相对稳定。针状富Er相的出现导致材料的均匀性有所变化，因而出现较大的波动。总体来说，相比于未添加Er的原始合金的瞬时摩擦系数曲线(图5a)，添加Er后的合金共晶硅的细化并不能使合金材料的耐磨性能得到提高，反而有所降低，可见在高铁变质铝硅合金中添加Er元素并不能使该合金材料的耐磨性能得到明显的提高。图5 Al-10Si-1.5Fe-2.25Co-XEr合金的瞬时摩擦系数
【参考文献】：
期刊论文
[1]微量Er在高强Al-Zn-Mg-Cu合金中的存在形式及其“遗传效应”[J]. 黄元春,张传超,任贤魏,刘宇,陈斯卓,王艳玲. 稀有金属材料与工程. 2019(09)
[2]Er添加对Al-12Si铝硅合金组织和力学性能的影响[J]. 朱胜,邱六,王晓明,陈永星,王瑞. 热加工工艺. 2018(18)
[3]液态金属深过冷快速凝固过程中初生固相的重熔[J]. 李金富,周尧和. 金属学报. 2018(05)
[4]富铈混合稀土对再生铝硅合金组织和性能的影响[J]. 范超,龙思远,吴明放,杨怀德. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[5]稀土对铝合金变质处理的研究进展[J]. 闫洪,张敬奇,张苏. 材料导报. 2013(S2)
[6]Co对Al-20Si-2Cu-1Ni-0.5Mn合金微观组织和力学性能的影响[J]. 沙萌,吴树森,王行涛. 特种铸造及有色合金. 2012(01)
[7]铒微合金化铝合金的研究进展[J]. 聂祚仁,文胜平,黄晖,李伯龙,左铁镛. 中国有色金属学报. 2011(10)
本文编号：3337693
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