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铝业百科

稀土在铝及铝合金中的作用

发布时间:2022-06-14 16:12:50浏览:1418次

稀土具有很高的化学活性、低电位和特殊电子层排布,几乎能与所有的元素作用。铝及铝合金中常用的稀土有La(镧)、Ce(铈)、Y(钇)和Sc(钪),常以变质剂、生核剂和脱气剂加入铝液中,起到净化熔体、改善组织、细化晶粒等作用。

01稀土的净化作用

由于在熔铸铝合金时,会带入大量气体和氧化夹杂(主要是氢、氧和氮),使铸件产生针孔、裂纹和夹杂等缺陷,降低铝合金的强度。稀土的净化作用主要表现为明显减少铝液中的氢含量,降低针孔率和孔隙度,减少夹杂物和有害元素等。主要是因为稀土与氢有较大的亲和力,能大量吸附和溶解氢,并形成稳定的化合物,不会聚集成气泡,使铝的含氢量和孔隙率明显降低;稀土与氮生成难熔化合物,在熔炼过程中大部分以渣的形式排除,从而达到净化铝液的目的。

实践证明,稀土具有降低铝及铝合金中氢、氧和硫含量的效果,在铝液中加入0.1%~0.3%的RE,有助于更好地清除有害杂质、细化杂质或改变其形貌,使之晶粒细化并分布均匀;另外,RE与低熔点有害杂质形成RES、REAs、REPb等二元化合物,而这些化合物具有熔点高、密度小、化学性质稳定的特点,可以上浮成渣、捞除,从而净化铝液;遗留的微细质点成为铝的异质晶核从而细化晶粒。

02稀土的变质作用

稀土变质作用主要表现在细化晶粒和枝晶,抑制粗片状T2相出现,消除原晶内分布的粗大块状相并形成球状相,使晶界处条状及碎块状化合物明显减少。通常情况下,稀土原子半径大于铝原子半径,性质比较活泼,熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷,使得新旧两相界面上的表面张力降低,提高了晶核的生长速度;同时还能在晶粒与熔融液之间形成表面活性膜,阻止生成的晶粒长大,细化合金组织。

加入稀土元素后α(Al)相晶粒开始变小,起到了一定的细化晶粒作用,原本粗大树枝状的α(Al)相变成了较小的玫瑰状或者杆状,当稀土含量为0.3%时α(Al) 相的晶粒最小,随着稀土量进一步增加晶粒又逐渐变大。实验证明稀土变质作用存在一定潜伏期,只有在高温下保持一定的时间,稀土才会发挥最大的变质作用。此外,铝与稀土形成的化合物在金属结晶时晶核数大量增加也使得合金组织得到细化。研究证明稀土对铝合金具有良好的变质效果。

03稀土的微合金化作用

稀土主要以3种形式存在于铝及铝合金中:固溶在基体α(Al)中;偏聚在相界、晶界和枝晶界;固溶在化合物中或以化合物形式存在。稀土在铝合金中的强化作用主要包括细晶强化、有限固溶强化和稀土化合物的第二相强化等。

稀土在铝及铝合金中的存在形式与其加入量有很大关系,一般当RE含量小于0.1%时,RE的作用主要以细晶强化和有限固溶强化为主;当RE含量为0.25%~0.30%时,RE与Al等形成大量球状或短棒状的金属间化合物,分布在晶粒内或晶界中,并出现大量位错及细晶粒球化组织和弥散稀土化合物,会产生第二相强化等微合金化效果。



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