微合金化对高强韧Al-Cu合金铸造性能和力学性能的影响

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1、制造技术研究2014年2月第1期微合金化对高强韧Al-Cu合金铸造性能和力学性能的影响何凯余国康肖旅李宝辉李中权（上海航天精密机械研究所，上海201600）摘要：以高强韧ZL205A合金为研究对象，以Al-La和Al-Ce中间合金方式加入稀土元素，研究不同稀土La、Ce含量对ZL205A合金铸造性能和力学性能的影响。研究结果表明，添加0.05%Ce后，流动性试样长度提高到806mm，比原始ZL205A增加276mm；当加入0.05%Ce+0.05%La时，热裂环宽由25mm降为17.5mm，枝晶间距由1

2、14μm减小到55μm，铸态ZL205A合金拉棒试样抗拉强度达到220MPa，延伸率9%，原始ZL205A合金抗拉强度和延伸率分别为202MPa和6%，分别提高8.9%和33%。关键词：稀土元素；ZL205A；铸造性能；力学性能InfluencesofCastingandMechanicalPropertiesinHighStrengthAl-CuAlloyModifiedbyRareEarthAlloyHeKaiYuGuoKangXiaoLvLiBaohuiLiZhongquan（ShanghaiSp

3、aceflightPrecisionMachineryInstitute,Shanghai201600）Abstract：HighstrengthZL205AmodifiedbyrareearthAl-LaandAl-Cealloywasinvestigated.Theresultsshowthat,afteradding0.05%Ce,liquiditysamplelengthisupto806mm,morethantheoriginalZL205A276mm.Whenadding0.05%Ce+0.

4、05%La,thermalcrackingringwidthisreducedto17.5mm,dendritearmspacingthe114μmreducedto55μm.ThecastalloyrodZL205Atensilestrengthreachesto220MPa,elongationrateof9%oftheoriginaltensilestrengthandelongationZL205Aalloyis202MPa,and6%,respectively,wereincreasedby8

5、.9%and33%.Keywords:rareearth；ZL205A；castingproperties；mechanicalproperties1引言冶金工业中十分有效的添加剂。有研究表明，在铝合金中添加稀土元素可以净化熔体、变质细化组织，改[6]随着航天航空事业的不断发展，对材料的质量变合金的凝固特性，力学性能也得到改善。和力学性能的要求也随之提高，而铸造Al-Cu合金本文以Al-Cu合金中常用的ZL205A合金为研究由于较高的比强度、较好的韧性而受到越来越广泛对象，研究不同微量元素La、Ce对Z

6、L205A铝合金[1～3]的应用。然而，铸造Al-Cu合金结晶温度宽，流铸造性能和力学性能的影响。[4]动性能差，铸造过程中形成热裂和缩松的倾向大，其中，热裂是限制Al-Cu合金推广应用的主要原因之2实验方法一。稀土元素由于具有低电位和特殊的电子层而使在200kg电阻坩埚炉中熔炼合金，配料所用金属其化学性质非常活泼，能与大多数元素发生反应，是原材料为铝锭、铝铜、铝锰、铝钛、铝钛硼、铝锆、作者简介：何凯（1989-），硕士，飞行器制造专业；研究方向：铝、镁合金材料研究及成形。收稿日期：2013-12-17

7、18制造技术研究航天制造技术铝钒中间合金及二号镉。稀土元素以中间合金方式加表2为不同RE添加量及测得的流动性试样长度。入，实验所选用的稀土Al-La与Al-Ce合金中间合金图3为不同RE添加量下获得的ZL205A合金螺旋形成分见表1。流动性试样实物图（浇注温度均为730℃）。图4为流动性试样长度尺寸图。可以看出，图3a中原始ZL205A表1稀土中间合金成分合金螺旋形试样长度较短，流动性较差；加入RE后，样号CeLaSiFeNiMg试样长度明显增加（从图3b开始），流动性明显改善。Al-Ce22.32--

8、----0.0450.340.00210.059添加0.05%Ce后，试样长度由未添加时的530mm增Al-La-----24.420.0770.110.0020<0.01加到806mm，试样长度明显增加，但继而添加不同含量的稀土La之后，试样长度出现了降低，试样长度测定合金流动性的常用方法是浇注单螺旋试样，分别为765mm、756mm、754mm，但相差不大。如图1为金属型单螺旋流动试样模具。采用热裂环法测此可见，添加微量RE可明显改善Z