下载文档原格式
合金元素对铸造铝合金力学性能的影响摘要：简述了合金元素含量不同时对铸造铝合金力学性能的变化情况，其中介绍了稀土对铸造铝合金力学性能的影响，分析了不同含量的稀土使得铸造铝合金力学性能的变化情况，同时也介绍了Si、Cu、Mg、钪、Ce等元素的加入对铸造铝合金力学性能的影响。
研究发现某些合金元素可以提高铸造铝合金的力学性能，而某些合金元素则降低铸造铝合金的力学性能。
通过研究可以得到提高铸造铝合金力学性能的合金元素的最佳加入量。
关键词：铸造铝合金、力学性能、变质处理铝是当今世界上产量增长最快的金属。
1990年,世界铝合金铸件的产量已达4101341吨,其中产量最多的国家是日本和美国,分别占世界总产量的25.67%和24.33%。
铸造铝合金主要用于车辆制造工业和飞机工业。
铝硅系铸造铝合金具有抗拉伸、抗疲劳、耐腐蚀等优良性能及较高的比强度与韧性,除具备铸造铝合金的所有性能外, 由于Si粒子的强化作用, 其具有更高的强度和硬度，该类合金的主要牌号为A356和A357两种[1],并且铝硅系铸造铝合金铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小等特点[2],经过变质和热处理后,具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能[3],广泛运用于汽车、轨道交通等领域[4]。
铸造铝合金的作用越来越重要，研究铸造铝合金的文献也越来越多，其中关于合金元素对铸造铝合金力学性能影响的文献并不多，有的也仅是一种或二三种元素对铸造铝合金力学性能的影响，因此，本文从多种合金元素对铸造铝合金的力学性能的影响进行综述。
1 稀土对铸造铝合金力学性能的影响稀土对铸造铝合金力学性能的影响，主要通过观察稀土不同含量时铸造铝合金抗拉强度和延伸率的变化情况，其中张德恩[5]等研究了稀土元素Ce含量不同的情况下，新型铸造铝合金力学性能的变化情况如图1所示。
图1 不同稀土含量时合金的力学性能从图1中可以看出，随着合金中稀土含量的增加, 合金的抗拉强度和延伸率都得到不同程度的提高。
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展
近年来，随着稀土材料的广泛应用，研究稀土对铝合金力学性能的影响已成为一个热点领域。
本文将对相关研究进展进行综述。
首先，稀土对铝合金强度的影响。
稀土元素可以通过增强晶界强度和改善晶体结构等方式来提高铝合金的强度。
研究表明，添加稀土元素后，铝合金的抗拉、屈服和硬度等力学性能均有所提升。
其中，镧系稀土元素的强化效果最为显著，其次是铈系和钐系稀土元素。
此外，添加稀土元素还有助于提高铝合金的抗疲劳性能和耐蚀性能。
其次，稀土对铝合金塑性的影响。
添加稀土元素后，铝合金的塑性有所下降。
这是因为稀土元素会影响材料的晶体结构，使其难以发生滑移。
同时，稀土元素还能够在晶界形成胶囊结构，抑制晶粒生长，因此也会对材料的塑性产生一定影响。
不过，通过优化稀土添加量、热处理条件等方法，可以在一定程度上改善铝合金的塑性，从而使其在力学性能和塑性之间达到平衡。
总之，稀土元素对铝合金力学性能的影响是多方面的，既有其强化作用，又有其对塑性和热稳定性的影响。
因此，在铝合金的设计和加工过程中，需要综合考虑稀土元素的添加量、热处理工艺等因素，以达到最优化的力学性能和塑性平衡。
未来，还需要进一步深入研究稀土元素与铝合金的相互作用机理，为铝合金的应用和开发提供更可靠的科学依据。
稀土元素Gd对Al-Si-Mg铸造合金微观组织和力学性能的影响刘文祎;徐聪;刘茂文;肖文龙;马朝利【摘要】为了系统地研究稀土Gd对铸造Al-Si-Mg(A357)合金组织和性能的影响,采用OM,SEM,EPMA,XRD,DSC,T EM及拉伸实验等方法对不同Gd含量A357合金进行研究.结果表明:Gd的添加可以细化A357合金的晶粒并减小二次枝晶间距.此外,Gd可以有效地细化合金中的共晶硅,但是对片状共晶硅的形貌影响不大.晶粒和共晶硅的细化及二次枝晶间距的减小使添加Gd后的A357合金的力学性能有了显著的提高.其中,A357-0.5Gd(质量分数/％)合金热处理态抗拉强度为355M Pa,相对于未添加Gd元素的A357合金提高了37M Pa.当Gd质量分数为1.0％时,尽管组织得到进一步细化,但是大量粗大Al2 Si2 Gd第二相的形成导致了合金力学性能的下降.同时对Gd的细化机制进行探究,结合T EM分析结果可以推断,Gd变质处理后共晶硅上的孪晶密度并不足以引起共晶硅形貌的转变,使得Gd变质效果较弱.而Gd对共晶硅的细化作用可能与Gd增加成分过冷以及形成纳米相阻碍共晶硅生长有关.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)006【总页数】7页(P129-135)【关键词】铝硅合金;稀土Gd;细化;显微组织;力学性能【作者】刘文祎;徐聪;刘茂文;肖文龙;马朝利【作者单位】北京航空航天大学材料科学与工程学院空天先进材料与服役教育部重点实验室,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院空天先进材料与服役教育部重点实验室,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院空天先进材料与服役教育部重点实验室,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院空天先进材料与服役教育部重点实验室,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院空天先进材料与服役教育部重点实验室,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TG146.2铸造铝硅合金由于具有优良的铸造性能，较高的比强度与韧性以及良好的抗疲劳性能和耐蚀性能，被广泛应用于航空、航天和军事等领域。
稀土La对铸造Al-Si合金组织与性能的影响
谷立东;王乐耘;应韬;杨剑英;李德江
【期刊名称】《铸造技术》
【年(卷),期】2024(45)5
【摘要】研究了不同含量的稀土La对铸造铝硅二元合金的显微组织与性能的影响。
结果表明,少量La的加入可使共晶硅组织聚集情况改善,对基体割裂减弱,当La含量为0.15%(质量分数)时,可使铝基体具有细化的近非枝晶组织,同时微观上共晶硅的
尺寸显著减小。
随着La含量的增加,铝硅合金的屈服强度与伸长率呈现先增加后稳定的趋势,电导率递增。
共晶硅的细化有利于降低Si对电子散射的阻挡,从而使合金电导率提升。
综合来看,当选用0.15%的La加入时,铸造铝硅合金具有综合最优的
显微组织、力学性能和导电性能。
【总页数】4页(P475-478)
【作者】谷立东;王乐耘;应韬;杨剑英;李德江
【作者单位】上海交通大学材料科学与工程学院;上海交通大学包头材料研究院【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.稀土La(镧)对Al-Si共晶合金性能的影响
2.稀土La对Al-Si合金复合材料凝固组织与溶质偏析的影响
3.高压流变挤压铸造对过共晶Al-Si合金组织和力学性能的影
响4.挤压铸造中比压对未变质过共晶Al-Si合金组织性能的影响5.机械振动对Al-Si合金铸造组织与性能影响
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
稀土和磷复合变质对过共晶铝—硅合金硅晶体形貌与力学性能的影响X孟繁琴X X(佳木斯大学工学院 佳木斯 154007) 摘 要 采用扫描电镜、X射线衍射、材料性能检测等实验手段对复合变质处理后的过共晶铝硅合金显微组织、形貌和力学性能进行了分析。
结果表明:磷和稀土复合变质后,使粗大块状、条状的初晶硅的尺寸明显缩小且棱角钝化;较大针状的共晶硅变为颗粒状,使显微组织明显细化,从而导致过共晶铝硅合金的力学性能显著提高。
关键词 过共晶铝—硅合金 变质 力学性能 显微组织 过共晶铝硅合金具有线膨胀系数小、尺寸稳定性高、耐磨、耐蚀性能好、铸造性能好、铸件成本低等一系列优良性能,引起了人们极大的研究兴趣。
由于该合金中,存在粗大的初晶硅和针状的共晶硅而成为难以加工的硬而脆的合金材料,因而在工业上未能得到广泛的应用。
近些年来,国内外对于含硅量小于16%的铝硅合金有过不少研究,也取得了良好的效果;但对于含硅量高于20%的铝硅合金研究的并不多,有必要进行这方面的研究,进一步挖掘材料的性能潜力从而扩大材料的使用范围。
首要问题是变质细化初晶硅,再变质共晶硅并配合合金化,才有提高性能的意义〔1～4〕。
磷对初晶硅的变质是有效的元素,稀土有同时细化共晶硅和A相以及脱氧去气的作用。
1 试验条件与方法试验用原材料有:2号铝、3号工业用结晶硅、电解铜、2号纯镁、2号纯锰、混合稀土等。
熔化设备用坩埚电阻炉,用远红外线数字式测温仪表控温。
采用金属型浇注,试样尺寸为512×180mm,数字式表面温度计控制金属型温度(130℃～150℃)。
用C2Cl6精炼,精炼温度为760℃～780℃。
稀土以中间合金形式加入,赤磷与辅助熔剂直接加入。
用6吨万能材料试验机测定R b、D。
采用D/max-rB型旋转阳极X射线衍射仪进行物相鉴定;用S -570型扫描电子显微镜进行金相组织和拉伸断口形貌分析。
试验材料化学成分:21～23%Si,0.8～1.5%Cu,0.3～1%M g,0.4～1%Mn,其余为Al。
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展【摘要】本文综述了稀土对铝合金力学性能的影响研究进展。
稀土元素对铝合金的拉伸性能有着显著影响，可以提高其强度和延展性。
稀土元素还可以提高铝合金的硬度和耐磨性，使其在特定环境下具有更好的工程性能。
稀土元素对铝合金的断裂韧性和成形加工性能也有一定影响，使其更适用于不同的工程应用。
稀土元素还可以对铝合金的微观组织和晶粒细化产生影响，进一步改善材料的性能。
通过深入研究稀土元素对铝合金力学性能的影响，可以更好地指导合金的设计和应用，推动铝合金材料的发展和应用。
.【关键词】关键词：稀土，铝合金，力学性能，拉伸性能，硬度，耐磨性，断裂韧性，成形加工性能，微观组织，晶粒细化，研究进展。
1. 引言1.1 稀土对铝合金力学性能影响的研究进展稀土元素是一类在铝合金中被广泛应用的合金元素，其具有显著的改善合金性能的作用。
稀土元素的添加可以有效地提高铝合金的力学性能，包括拉伸性能、硬度和耐磨性、断裂韧性、成形加工性能以及微观组织和晶粒细化等方面。
随着对稀土元素在铝合金中影响机理的深入研究，人们对其作用机制有了更加清晰的认识。
在铝合金中，稀土元素的添加对拉伸性能的影响是显著的。
稀土元素能够提高铝合金的屈服强度和抗拉强度，同时延长合金的断裂延伸长度，从而改善合金的拉伸性能。
稀土元素还可以显著提高铝合金的硬度和耐磨性，使合金具有更好的耐磨性能，适用于高强度和耐磨性要求的工程领域。
稀土元素对铝合金的力学性能有着显著的影响。
通过对稀土元素在铝合金中的作用机制进行深入研究，可以进一步优化合金的性能，拓展合金在工程领域的应用。
2. 正文2.1 稀土元素对铝合金拉伸性能的影响稀土元素的加入可以显著提高铝合金的拉伸强度和延展性。
实验研究表明，适量添加稀土元素后，铝合金的屈服强度和抗拉强度均有所提高，同时延展性也有所增加。
这是因为稀土元素可以改善铝合金的晶界强度和晶粒结构，从而提高材料的塑性变形能力。
稀土元素对铝合金的拉伸性能有着显著的影响，能够提高材料的强度、延展性、疲劳性能和抗氧化性能，同时改善材料的晶粒细化效果，进一步提高铝合金的力学性能和耐久性。
河南科技!""#$%上!$挖掘新材料和新技术的潜力。
随着科技的发展、建筑技术的进步及新型建筑材料的不断出现，设计师们有了更广阔的设计天地。
它们不仅能够为设计师在艺术形象上的突破和创新提供了更为坚实的物质基础，同时也为人类充分利用自然环境、节约能源、保护生态环境提供了可能。
&$充分利用太阳能等可再生资源。
太阳能、风能等都是取之不尽、用之不竭的能源，有着可再生，无污染的优点。
因此，太阳和风将对未来的建筑设计产生很大的影响，尤其是在建筑的外观和通风系统的设计方面。
它使人们对建筑的外立面和建筑的自然通风产生了新的理解：视觉的联系、引进日光照明、自然通风、保温隔热、遮阳、合理运用太阳能、合理运用风能。
’$注重自然通风。
空调制冷技术的诞生是建筑技术史上的一项重大进步，但空调技术也有其负面影响，对空调的过分依赖和不加限制地滥用是造成当今环境和能源问题的重要原因。
因此，自然通风是当今生态设计普遍采用的一项比较成熟和廉价的技术措施。
自然通风可以在不消耗能源的情况下达到对室内温度的调节，这有利于减少能源消耗、降低污染。
($用自然要素改善环境的小气候。
人是自然生态系统的有机组成部分，自然的要素与人有一种内在的和谐感。
自然环境是人类自下而上环境必不可少的组成部分。
因此，建筑设计中自然要素的引用成为顺理成章的事情。
#$主动技术干预。
在被动方法无法满足需要的时候，便需要主动技术的干预。
如利用能量转化的原理，使用太阳能收集器和光电转化器利用地热资源；提高原生能源的利用率；减少废物的产生量等。
再如，采用自然通风系统的生态建筑，当利用自然风压无法实现自然通风的时候，可以采用热压，热压与风压相结合、机械辅助等手段实现建筑的自然通风。
四、结论在建筑设计中实现智能化的整体设计概念，还需要我们付出巨大的努力。
生态化建筑设计会越来越重要，因而建筑设计新的发展趋势将主要集中在通过高质量的设备、材料、构造和构件之间的全面协调，建筑形式与新技术、新材料之间的平衡，以及人工环境和自然环境之间的协调，尽可能地减少原生能源和灰色能源的使用，尽可能多地利用可再生资源，尽可能地让人们接近自然。
（二 〇 一 四 年 十 二 月本科科研训练论文 题 目：稀土对铝合金S i 相的影响 学生姓名： 学 院：材料科学与工程 系 别：材料与冶金工程 专 业：金属材料工程 班 级：金属11-2班 指导教师：摘要铝合金具有密度小、强度高、加工性能好等优点，被广泛应用于汽车工业、航天航空、船舶运输领域。
稀土作为一种功能优异、储量丰富的铝硅合金变质剂，已有大量研究。
在常规铝合金的组织中，存在针状的共晶硅和粗大的形状复杂的初晶硅，恶化了合金的性能。
在工业上采用变质处理来改变硅相的形貌，使其以有利的形状，较小的尺寸均匀分布在基体中。
采用SR、RE等稀土元素来变质共晶硅。
稀土对对铝合金的影响是多方面的，能对共晶硅相起变质作用，显著提高合金的力学性能。
随着合金中稀土含量的增加，稀土元素在合金中的存在形式发生变化。
稀土元素能够与合金中的多种元素形成化合物，当含量过量时会有一些富稀土元素的粗大块状多元相和纯稀土质点出现。
微量稀土能够影响合金的时效过程，稀土的加入能提高合金峰时效硬度，减小铝合金的时效速度，推迟合金时效硬化峰的到来，延缓合金的过时效软化。
关键词：铝合金；稀土；硅相；微观组织AbstractAl alloys,which boasts lower density,high specific strength,and well process ability and casting performances,is widely used in transportation and aviation industry.In this sense,many researches have been focused on the Rare Earth modification mechanism since it is considered an ideal modification additive for Al alloys.But in the normal microstructures of casting Al alloys,usually consist of coarse primary silicon and needlelike or lamellar eutectic silicon which greatly aggravated the mechanical properties of these alloys.Generally,Sr、RE、Sb elements have been used to modify the morphology and size of eutectic silicon.The effect of rare earth addition on Al alloy shows different ways.Not only it is effective to refine the primary Si phase，but also has the modifying effect on eutectic silicon.With the increase of RE in Al alloy,the existent form Of RE appears to change and form intermetallic compounds with the some elements in the alloy。
But when rare earth metal is used in an excess amount,there will be some blocky shapes of multiple-phases which are rich of RE and simple RE particles appear.The addition of RE improves the peak aging—hardness and slows down the velocity of hardness-aging Of Al alloy,at the same time postpones the occurrence of hardness peaks of aging treatment and the softening of over-aging.KEY WORDS :Al alloy;rare earth;microstructure.目录摘要 (2)Abstract (3)目录 (4)第一章绪论 (1)第二章铝合金及稀土概况 (2)2.1铝合金概况 (2)2.1.1铝合金的物理性能 (2)2.1.2铝合金的力学性能 (2)2.1.3铝合金的耐磨性能 (3)2.2稀土概况 (3)2.2.1稀土的化学性质和冶金性能 (3)2.2.2稀土的物理性质 (4)2.2.3 稀土的应用 (4)2.3稀土在铝合金的应用 (6)2.3.1变质作用 (6)2.3.1净化作用 (6)2.3.2细化晶粒作用 (6)第三章稀土对铝合金硅相的影响 (7)3.1稀土对Si相影响 (7)3.1.1 稀土对初晶硅的变质作用 (7)3.1.2 稀土对共晶硅的变质作用 (7)3.2具体稀土元素对铝合金中Si相的影响 (8)3.2.1 Ce对Si相的影响 (8)3.2.2 Nd对Si相的影响 (9)3.2.3 La对Si相的影响 (9)3.2.4 Y对Si相的影响 (10)3.2.5 La、Y共同对Si相的影响 (10)3.2.6 Er对Si相的影响 (10)第四章稀土影响Si相原因 (12)结论 (14)参考文献 (15)辞谢 (17)第一章绪论随着铝合金的应用越来越广泛，人们对铝合金提出了更高的要求，探索高性能铝合金材料是科技工作者追求的目标。
在过共晶铝硅合金中，初晶硅、共晶硅和共晶铝相是其主要组织。
初晶硅的形貌及颗粒大小直接关系到合金材料使用的力学性能，当初晶硅的颗粒粗大且棱角锋利时，会降低其使用性能，因此改善硅相的形状和颗粒尺寸非常关键。
在工业生产中，常采用稀土元素对铝及铝合金进行变质处理，变质处理对提高铝合金的性能、延长使用寿命具有积极作用。
本文阐述了稀土元素对铝合金的硅相起到什么影响，以及其产生的机理。
第二章铝合金及稀土概况2.1铝合金概况铝硅多元合金活塞广泛用于汽车、摩托车、汽油机、柴油机、船舶、空压机、冷冻压缩机、舷外机、工程机械、农机、军工等领域。
活塞是传递能量和介质的重要部件，其性能的好坏直接影响到发动机或整体的性能。
对活塞的要求应满足下列条件：密度和热胀系数小，尺寸稳定性好，抗咬合性和耐磨性能好，具有满足使用要求的力学性能等。
用铝硅多元合金作为发动机活塞材料，从成分选择上经历了由亚共晶、共晶到过共晶的发展过程。
目前国内外广泛应用的铝硅合金是亚共晶及共晶合金，常成为中小型内燃机活塞的首选材料，而过共晶Al-Si合金处于开发段[1]。
目前国内高负荷汽、柴油机用活塞多数采用共晶铝硅合金铸造，这种合金具有较好的力学性能、铸造性能和切削性能。
但在应用中存在的问题是高温强度和耐磨性较差，尺寸稳定性较差。
在此情况下，为防止拉缸、抱缸，被迫放大配缸间隙，因而会带来窜油、窜气，油耗、噪音的增加。
过共晶铝硅合金具有优异的低膨胀性能，高耐磨性和耐蚀性，较小的密度和良好的导热性，是制造发动机活塞较理想的材料。
这类合金的主要缺点是脆性大，切削加工性差[2]。
要改善过共晶铝硅合金的切削加工性能，必须同时对共晶Si、初晶Si进行变质处理，细化、球化初晶Si、共晶Si，才能使其得以广泛应用。
2.1.1铝合金的物理性能以A390过共晶铝硅合金为例，过共晶铝硅合金的导热系数较高，约为灰铸铁的2至3倍;热膨胀系数略高于灰铸铁，而密度比灰铸铁低的多。
2.1.2铝合金的力学性能以过共晶铝硅合金为例，经过合适的变质处理，合金能获得满意的机械性能。
随着温度的升高，合金的强度降低而塑性提高。
在成分选择合适并经过变质处理的条件下，过共晶铝硅合金的高温强度可以超过共晶合金。
国内也对过共晶铝硅合金和共晶合金的物理性能进行了对比试验，和共晶合金相比，过共晶合金具有较高的弹性模量和较好的体积稳定性。
2.1.3铝合金的耐磨性能以过共晶铝硅合金为例，其具有很好的耐磨性，研究发现通过细化变质处理或粉末冶金等方法还可以使合金的耐磨性得到改善。
定量评价合金的耐磨性是很困难的，因为耐磨性除与自身成分有关外，还与磨损条件有很大关系。
研究Al-(15-45)%Si粉末锻造合金的耐磨性发现，随硅含量的增加，合金的磨损量减少，耐磨性提高，Al-45%Si相对于Al-15%Si磨损量下降50%以上。
同时也研究了在Al-15%Si中添加2%Cu和1%Mg对耐磨性的影响。
结果表明：合金中添加Cu、Mg对改善耐磨性的作用并不明显，研究认为提高合金耐磨性的主要因素是合金中硬质Si相。
有科学家研究了三种滑行速度下合金的磨损情况，结果表明：在速度为2.0m/s时合金的磨损量最大，而在0.5m/s，3.5m/s滑行速度下合金的磨损量相对较小，这说明该合金在一定的合适的滑行速度下才能获得较高的耐磨性。
有科学家研究了不同耐磨材料和表面处理对合金耐磨性的影响。
结果表明：不同耐磨材料对同一种Al-Si合金的耐磨性有很大影响，Al-Si合金与钢相互摩擦表现出较高的耐磨性，而Al-Si合金与Al-Si合金摩擦则表现出相对较低的耐磨性。
若对合金表面进行Ni-P喷镀处理，其耐磨性可提高5-8倍，若相互摩擦材料都进行表面处理，其耐磨性提高10倍以上。
2.2稀土概况稀土元素是典型的金属元素。
其中镧系元素4f亚层的轨道电子，由于被外层的5s和5p层电子有效地屏蔽，不能参与成键，因此导致它们具有两个非常突出的特点，即化学性质非常相似(给彼此的分离造成了困难)及物理性质差别明显，给应用开发创造了多方面的机遇。
2.2.1稀土的化学性质和冶金性能经湿法冶金与化学提纯获得的稀土氯化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物和其他卤化物及稀土氧化物，因外层电子排布(构型)的相似。
其氧化态基本上为正三价。
但内层4f电子的数目对价态也有一定影响，铈、镨、铽可氧化成四价，形成相应的稳定氧化物CeO2、Pr6O11、Tb4O7，钐、铕、镱可还原成二价，形成SmS等反常价态化合物。
稀土金属是化学活性极强的元素，对氢、碳、氮、氧、硫、磷和卤素具有极强的亲和力。
轻稀土金属于室温在空气中易于氧化，重稀土与钪和钇在室温形成氧化保护层，因此一般将稀土金属保存在煤油中，或置于真空及充以氩气的密封容器中。
稀土金属是原子半径较大的电正性元素，除各稀土元素彼此间及稀土与锆、钍和镁、锌、镉、汞等二价金属形成多种固溶体外，稀土金属与其他金属元素形成的二元R-M系金属间化合物(R与M分别为稀土金属与非稀土金属)就在3000种以上。
