稀土钇、钪及时效工艺对a357合金组织与性能的影响

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1、稀土钇、钪及时效工艺对A357合金组织与性能的影响第1章绪论1.1引言材料是国民经济和社会发展的重要物质基础，同时它有着至关重要的作用，是科技发展的支柱[1]。在大多数金属材料中，铝合金用量仅次于铁基合金。在实际应用中，亚共晶铝硅合金是应用最广泛的铝合金。合金中，往往添加Si元素进行优化，由于Si元素添加到铝合金熔体中，它是可以提高熔体流动性，有助于提高其铸造性能；并且能够固溶强化，可提升合金系的抗拉强度[2]。图1.1为铝硅合金的相图，亚共晶铝硅合金组织由初生相α(Al)和共晶组织组成，共晶温度为577oC，共晶组织含硅量为

2、12.5%[3]。由于亚共晶Al-Si合金拥有优良性能，所以其在航天和汽车等等领域应用广泛[4-5]。随着工业发展和环保要求的提高，对铝合金铸件的质量要求越来越高，开展亚共晶铝硅合金组织性能优化的研究，具有重要的工程应用意义。........1.2亚共晶铝硅合金的研究现状提高材料强度方法一般包括加工硬化、固溶强化、弥散强化和细晶强化[6]对于亚共晶铝硅合金而言，材料界主要通过优化合金成分、细化和变质处理、精炼处理、热处理等方法来提高其强度。合金的成分决定其组织，组织决定其性能。通过添加各种的微量元素可以改变其组织，以此来改变合金的力学性能

3、。常用添加元素包括铜、镁、铍、锰和稀土等。添加Cu元素形成Al-Cu固溶体，从而其抗拉的强度会得到明显的提升。Cu元素对抗拉强度的影响明显，随着Cu含量的增加，其抗拉强度增加，塑性下降；因为铜相与α（Al）基体之间的电位差值比较大，所以一旦有Cu元素的加入，势必会导致抗蚀性能差，密度较大[7]。添加Mg元素后，主要是保持优良铸造性能的同时，其铸态组织经过热处理后会析出强化相Mg2Si，其力学性能得到提升[8]。对于A356合金和A357两种Al-Si-Mg合金，每增加0.01%的Mg，合金强度改变的幅度不一样，A356能够增加

4、6.89MPa，然而A357合金，其强度只会增加50%左右[9]。最新研究表明，Mg在Al-Si合金中不仅能增加抗拉强度而且还可抑制杂质Fe的有害作用[10,11]。铁在Al-Si合金中容易形成βSi（Al9Fe2Si2）化合物，这种物质对基体影响很大，因为他的硬度很大，容易对基体产生割接作用，而且它呈粗大片状，它会破坏合金表面的氧化膜，如果冷速越小，其组织越粗大，更容易破坏其氧化膜，会大幅度降低合金的耐蚀性。铝合金中常含有微量P，如果其含量达到一定量时，会使组织粗大，有研究表明当其含量高于10ppm时，P在α（Al

5、）、βSi中的分配系数极小，容易聚集在βSi表面，使Si不能以台阶方式性能小角度分枝长大，Si只能通过大角度分枝长大，从而使组织粗大[12]。........第2章实验方法2.1合金成分实验采用纯铝（99.9%）、纯镁（99.9%）、纯铜（99.9%）以及制备好的Al-3%Be、Al-15%Mn和Al-12Si中间合金为原材料配置A357合金，成分如表2.1。....2.2熔体处理剂实验所用的熔体处理剂：Al-5Ti-B、Al-10Sr、Al-10Y和Al-2Sc中间合金，精炼剂选择C2Cl6。.......2.3试样

6、的制备1）熔炼前准备工作实验采用SX2-4-10意丰电阻炉、石墨坩埚等对合金进行熔炼，熔炼过程中谨慎操作，避免向合金液中带入Fe杂质元素。所使用的金属模具均用砂纸打磨铁锈，擦除干净铁屑，避免合金掺入铁元素。另外，实验使用的石墨钟罩、撇渣勺和金属模具都要均匀用石墨涂料涂刷，然后放入电阻炉中预热后再使用。2）合金试样的制备将纯铝锭和Al-12Si中间合金放入坩埚，再将坩埚放入SX2-4-10意丰电阻炉，将温度设置在700oC。在电阻炉中加热至全部溶化，用硅碳棒进行搅拌至其溶化均匀；将温度降至690oC时加入Mg时，加入镁块时，用铝箔纸进行包裹

7、，将其放入钟罩内，用钟罩将其压入熔体中，防止其烧损。待熔体温度升至720oC时，加入Cu、Al-3%Be、Al-15%Mn中间合金，然后，当熔体温度达到730oC时，加入相应质量分数的细化变质剂，用硅碳棒进行搅拌直至熔化。待合金液温度达到740oC时，加入C2Cl6对合金液进行精炼处理除气除杂。3）浇铸精炼处理后将合金液静置10min后进行扒渣，将坩埚用火钳钳出来，用热电偶测量温度，待温度降至730oC时，用木条将熔体表面氧化膜划开，迅速将熔体浇入预热到220oC的金属模具中，随模冷却，保温15min后开模。使用金属模具分为两种，铸型型腔

8、为Φ10mm100mm和Φ20mm100mm，浇注试样如图2.1所示。.......第3章稀土钪和钇对A357合金组织和性能的影响.........143.1Y和Sc对A357