畢業(yè)論文稀土元素Ce對鋁銅合金組織性能影響的研究

1、18稀土元素ce對鋁銅合金組織性能影響的研究 第 頁 共 17 頁稀土元素ce對鋁銅合金組織性能影響的研究安徽農業(yè)大學經濟技術學院 11機制 合肥230036摘要高強度鑄造鋁合金具有良好的室溫和高溫強度,但它的晶粒細化程度一直是制約其發(fā)展的瓶頸。通過對合金的結晶條件、細化晶粒和抑制其再結晶行為進行測試,研究了微量合金元素(cu,si,ce,mg,mn)對鋁合金晶粒細化性能的影響。其結果表明，cu,si,ce,mg,mn合金元素能使鋁合金的晶粒細化程度提高;加入質量分數(shù)為2%的si會使合金的再輝現(xiàn)象非常嚴重,導致合金不可能有很高的強度而很快斷裂;與其他alcu4.5si合金相比,alcu4.5s

2、i3合金具有很強的補縮能力,斷裂應力值最高;la的加入能縮小二次枝晶間距,明顯提高合金的抗熱裂性能。關鍵詞:樹枝晶鑄造alcu合金 補縮 等軸晶 熱處理1、緒論隨著航空航天、新型高速列車、汽車、船舶制造業(yè)技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的金屬材料已經逐漸被工業(yè)生產淘汰，取之而來的是更為優(yōu)秀的新型合金材料。鎳合金、鈷合金、鈦合金、鋁合金、不銹鋼及其它特種金屬已經是航空航天的主導材料。這些優(yōu)秀的新型材料會在保證使用強度的前提下，減輕使用的重量以及成本，以提高運載能力和速度。密度小，強度高的合金當然會取代傳統(tǒng)的金屬材料，成為21世紀最受歡迎的材料。因為在地殼中鋁的含量為最高，所以成本比較低，強度也非常優(yōu)秀，所以

3、在工業(yè)生產制造中鋁合金成為工業(yè)中很受歡迎的發(fā)展對象。鋁合金優(yōu)點有：質量輕，延展性好，強度高，可回收再造率高，較環(huán)保的一種新型材料。很多國家和領域都在不斷地探索和發(fā)覺鋁合金更大的潛力，并不斷的優(yōu)化其物理和化學性能，使其具有人們所需要的使用力學效果外，還具有抗化學變化的儲存和延長其使用壽命效果。目前al-cu系鑄造鋁合金是一種具有優(yōu)秀鑄造性能的工程鋁合金材料世界各國都有類似的成分牌號。 表1-1 各國鑄造al-cu合金牌號及技術參數(shù)國家牌號抗拉強度/mpa延伸率/%中國zl2012201zl201a2702zl2022902zl2032902美國356.02073a356.02344a357.02

4、833德國almelec2703鋁合金密度小而強度高，因此在高端的航空領域應用廣泛。在各種鋁合金中，al-cu系合金鑄造性能優(yōu)良，比如可塑性好，氣密性好，延展性好等，但是在自然界中經過簡單的提取后其力學性能確實一般，因此要通過一些外界的干預，提高其力學性能，使其擁有較理想的強度和韌性，因此人們在不斷的探索更優(yōu)良的工藝及細化晶粒的催化劑。純度比較高的熔體、和理性的細化變質效果是鋁合金潛力發(fā)揮的重要條件。因此，人們探索發(fā)現(xiàn)各種工藝和催化劑旨在于此。鈰（ce）的密度低，在鋁合金和鋁材料中同時具有過渡金屬和稀土金屬這兩類金屬的作用，效果卻比這兩類金屬對鋁合金組織性能的影響大。含ce鋁合金強度高，熱穩(wěn)定

5、性好，有強烈的失效硬化效應，是發(fā)展高強度，耐高溫和抗腐蝕性結構鋁合金的一種微量添加元素。近些年來，含ce鋁合金收到金屬材料界的重視，從大量的理論基礎和實際工業(yè)生產中都做了不少研究，西方歐美國家在這方面起步要比我過早，我國目前還處于起步階段。1.1鈰（ce）的概述鈰（shì），原子序數(shù)58，原子量140.115，元素名來源于小行星谷神星的英文名。1803年德國化學家克拉普羅特、瑞典化學家貝采利烏斯分別發(fā)現(xiàn)了鈰的氧化物。鈰的天然穩(wěn)定同位素有4種：鈰136、138、140、142。鈰在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。為鐵灰色金屬，有延展性，熔點799°c，沸

6、點3426°c，密度6.657克/厘米³。鈰是除銪外稀土元素中最活潑的。鈰在室溫下很容易氧化;在冷水中緩慢分解，在熱水中反應加快;大多數(shù)鈰鹽及其溶液為橙紅色到橙黃色，具有反磁性和強氧化性。二氧化鈰用于拋光精密玻璃制品，也可做玻璃去色劑和用于生產有色玻璃，硝酸鈰用于制造白熾燈罩。1.1.1鈰的性質金屬鈰（ce）：鈰元素的原子序數(shù)58，鈰是一種銀灰色的活潑金屬，粉末在空氣中易自燃，易溶于酸。主要存在獨居石和氟碳鈰礦中，也存在于鈾、釷、钚的裂變產物中。常由氧化鈰用鎂粉還原，或由電解熔融的氯化鈰而制得。在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。鈰主要存在獨居石和氟碳鈰

7、礦中，也存在于鈾、釷、钚的裂變產物中。常由氧化鈰用鎂粉還原，或由電解熔融的氯化鈰而制得。鈰在室溫下很容易氧化，在空氣中很容易失去光澤，用刀刮即可在空氣中燃燒（純的鈰不易自燃，但稍氧化或與鐵生成合金時，極易自燃）。加熱時，在空氣中燃燒生成二氧化鈰。能與沸水作用產生氫氧化鈰，溶于酸，不溶于堿。鈰也能在鹵素中燃燒，如在氯氣中燃燒，產生三氯化鈰(cecl)：2 ce + 3 cl=(或點燃)= 2 cecl。受低溫和高壓時，出現(xiàn)一種反磁性體，比普通形式的鈰致密18%。用于制造打火石、陶瓷和合金等。鈰是除銪外稀土元素中最活潑的。鈰在冷水中緩慢反應，在熱水中反應加快。1.1.2鈰的用途用作合金添加劑，及用

8、于生產鈰鹽等，也用于醫(yī)藥、制革、玻璃、紡織等工業(yè)。鈰可作催化劑、電弧電極、特種玻璃等。鈰的合金耐高熱，可以用來制造噴氣推進器零件。1：鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現(xiàn)已被大量應用于汽車玻璃。不僅能防紫外線，還可降低車內度，從而節(jié)約空調用電。從1997年起，日本汽車玻璃全加入氧化鈰，1996年用于汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸，美國約1000多噸。2：目前正將鈰應用到汽車尾氣凈化催化劑中，可有效防止大量汽車廢氣排到空氣中美國在這方面的消費量占稀土總消費量的三分之一強。3：硫化鈰可以取代鉛、鎘等對環(huán)境和人類有害的金屬應用到顏料中，可對塑料著色，也可用于涂料、油墨和紙張等行業(yè)。目前領先的

9、是法國羅納普朗克公司。4：ce:lisaf激光系統(tǒng)是美國研制出來的固體激光器，通過監(jiān)測色氨酸濃度可用于探查生物武器，還可用于醫(yī)學。鈰應用領域非常廣泛，幾乎所有的稀土應用領域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。5：制造高輝度碳弧燈，摻入特種金屬里充當合金添加劑。氧化物用于光學器件和玻璃工業(yè)，鈰鹽用于攝影和紡織工業(yè)。鈰可作催化劑、電弧電極、特種玻璃等。鈰的合金耐高熱，可以用來制造噴氣推進器零件。硝酸鈰可用來制造煤氣燈上用的白熱紗罩。6：鈰 - 鈰鋁 鈰鋁就是我們平時說的ce鋁，ce鋁

10、是一種新型的鈰(ce)系純鋁復合涂層。主要包括鈰(ce)系純鋁涂層和環(huán)氧乙烯酯漆涂層，所述鈰(ce)系純鋁涂層是以鋁為原料，添加鈰(ce)元素的熱噴涂層，所述環(huán)氧乙烯酯漆涂層為鈰ce鋁熱噴涂層的封閉層和功能涂層。鈰(ce)系純鋁涂層添加元素鈰(ce)重量百分比0.05-0.50%(wt)，其它雜質鐵+銅+硅0.30%(wt)，余量為鋁，還可輔助添加元素鎂，系純鋁涂層的制作方法為：加工制作成線材或者粉末用熱噴涂技術在鋼鐵表面制作成ce鋁噴涂層。所述環(huán)氧乙烯酯漆涂層為以環(huán)氧乙烯酯樹脂為原料，添加炭化硅和鋁粉或鋁粉漿。環(huán)氧乙烯酯漆作為ce系鋁涂層的封閉層、中間層和表面層，也還可以其它油漆涂料代替其中

11、的某一層或者全部。一種鈰(ce)系純鋁復合涂層，主要包括：鈰(ce)系純鋁涂層和環(huán)氧乙烯酯漆涂層，其特征在于：所述鈰(ce)系純鋁涂層是以鋁為原料，添加鈰 (ce)元素的熱噴涂層，所述環(huán)氧乙烯酯漆涂層為鈰ce鋁熱噴涂層的封閉層和功能涂層。1.1.3鈰的資源制取及儲存鈰是地殼中最豐的稀土金屬。用鈣還原氧化亞鈰或電解氯化亞鈰可制得金屬鈰。70g三氯化鈰、18.5g鈣在惰性氣氛下徹底混合搖勻裝入鉭坩堝或用機動壓力機壓成圓柱體放在鉭坩堝中，坩堝配有打孔的鉭蓋子以便通氣，置于密閉mgo坩堝（d=0.0508m,h=0.1778m）中。然后放在石英管（d=0.11615m）中，管的一端熔封，另一端打磨后嵌

12、入55/50錐形接頭中。用石蠟將石英管密封在真空體系中（0.133pa）。充入ar（先通過熱的金屬鈾純化）到=101.325kpa，用6kw感應爐加熱到550600，使反應發(fā)生（鉭坩堝溫度突然上升為據(jù)）。5min后達到1000，維持13min使產生的稀土金屬完全結塊。冷卻到室溫，用水浸泡鉭坩堝以除掉cacl、ca，稀土金屬融塊保留在底部（1%3%ca）。儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類、鹵素、食用化學品分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區(qū)應備有泄漏應急處理設備。1.2鋁銅a

13、l-cu合金概述 2系列鋁銅合金以銅為主要合金元素的鋁合金，它包括al-cu-mg合金、al-cu-mg-fe-ni合金和al-cu-mn合金等，屬熱處理可強化合金。2系列合金特點是強度高，通常稱為硬鋁合金，其耐熱性能和加工性能良好，但耐蝕性不如大多數(shù)其他鋁合金好，在一定條件下會產生晶間腐蝕，因此板材往往需要包覆一層純鋁或6系列鋁合金，提高抗腐蝕性。其中al-cu-mg-fe-ni合金有極為復雜的化學組成和相構成，它在溫度下有高的強度，并具有良好的工藝性能，主要用于150250攝氏度以下工作的耐熱零件；al-cu-mn合金的室溫強度雖然低于al-cu-mg合金2a12和2a14，但在22525

14、0攝氏度或更高溫度下強度比二者高，并且合金的工藝性能良好，易于焊接，主要應用于耐熱可焊的結構件及鍛件。該系提供板材、型材、鍛件、線材、棒材、管材、箔材，應用廣泛，有航空航天結構件、焊條焊料、機械加工品、發(fā)動機活塞機輪等等。1.2.1鋁銅al-cu合金主要性能及作用 銅從大自然提取，其導熱導電耐腐蝕性能優(yōu)良和美麗的光澤，其可塑性特別好，和其他金屬合金化能提高其性能；鋁也具有導熱導電耐腐蝕，密度低塑形好的特點。進行合金化后其整體強度明顯提高，可代替笨重的金屬材料，易于運輸使用，對輕工業(yè)，高空工業(yè)發(fā)展都有著十分重要的位置。1.2.2單一合金元素對鋁銅合金的力學性能影響圖1-3 cu對al-cu合金強

15、度和伸長率的影響圖1-4 mg對al-cu合金強度和伸長率的影響圖1-5 mn對al-cu合金強度和伸長率的影響1.2.3常規(guī)鋁銅合金的熔煉工藝1. 選擇按照技術要求所采購來的合格鋁錠。2.根據(jù)具體配方對原料回料和合金進行配比。3.檢查和準備熔化器具。4.按照工序加料熔化。5.對融化好的熔液進行精煉除氣。6.根據(jù)要求進行變質和細化晶粒處理。7.調整溫度進行澆注。1.3課題研究內容和意義目前國際市場對鋁合金這種新的材料，都存有很大的期望，同時鋁合金對制造業(yè)也有很大推進作用。鋁合金本身的性能并不能滿足一些有高強度的，受力件或者結構件。所以為了提高鋁合金的力學性能，對鋁合金進行催化劑催化，使其晶粒細

16、化。現(xiàn)在國內對稀土元素研究比較重視，稀土元素中的鈰又是地殼含量最高的，現(xiàn)在的提取技術也比較成熟，能滿足生產中的使用量。鋁元素目前中國是世界存儲量最高的國家，所以滿足這兩個基本方面的情況下。對稀土元素對鋁合金力學性能的研究就更有意義了。基于這種優(yōu)良的條件下，相信經過國內外專家的研究一定會帶給目前國際市場一些優(yōu)秀的材料，提高各個工業(yè)發(fā)展的進度和高度。當前,招鋁合金的重點發(fā)展方向主要包括以下幾個方面: 1)al-mg合金系平衡相圖富鋁部分盡管溶解度曲線表明，鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，但是在 大部分工業(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于6，而硅含量也低，這類合金是不能熱處理強化的，但是可焊性

17、良好，抗蝕性也好，并有中等強度。鎂對鋁的強化是明顯的，每增加1鎂，抗拉強度大約升高瞻遠34mpa。如果加入1以下 的錳，可能補充強化作用。因此加錳后可降低鎂含量，同時可降低熱裂傾向，另外錳還可以使mg5al8化合物均勻沉淀，改善抗蝕性和焊接性能。  2）alsi合金系富鋁部分在共晶溫度577 時，硅在固溶體中的最大溶解度為1.65。盡管溶解度隨溫度降低而減少，這類合金一般是不能熱處理強化的。鋁硅合金具有極好的鑄造性能和抗蝕性。若鎂和硅同時加入鋁中形成鋁鎂硅系合金，強化相為mgsi。鎂和硅的質量比為1.73:1。設計al-mg-si系合金成分時，基體上按此比例配置鎂和硅 的含量。有的a

18、l-mg-si合金，為了提高強度，加入適量的銅，同時加入適量的鉻以抵消銅對抗蝕性的不利影響。 al-mg2si合金系合金平衡相圖富鋁部分mg2si 在鋁中的最大溶解度為1.85，且隨溫度的降低而減速小。變形鋁合金中，硅單獨加入鋁中只限于焊接材料，硅加入鋁中亦有一定的強化作用。   3）al-mn合金系平平衡相圖部分在共晶溫度658時，錳在 固溶體中的最大溶解度為1.82。合金強度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8時，延伸率達最大值。al-mn合金是非時效硬化合金， 即不可熱處理強化。錳能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶粒。再結晶晶粒的

19、細化 主要是通過mnal6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用。mnal6的另一作用是能溶解雜質鐵，形成（fe、mn）al6，減小鐵的有害影響。錳是鋁合金的重要元素，可以單獨加入形成al-mn二元合金，更多的是和其它合金元素一同加入，因此大多鋁合金中均含有錳。 4) al-cu合金富鋁部分548時，銅在鋁中的最大溶解度為 5.65,溫度降到302時，銅的溶解度為0.45。銅是重要的合金元素，有一定的固溶強化效果，此外時效析出的cual2有著明顯的時效強化效果。 鋁合金中銅含量通常在2.5 5，銅含量在46.8時強化效果最好，所以大部分硬鋁合金的含銅量處于這范圍。鋁銅合金以銅為主要

20、合金元素的鋁合金，它包括al-cu-mg合金、al-cu-mg-fe-ni合金和al-cu-mn合金等，屬熱處理可強化合金等。2.實驗2.1設計2.1.1合金成分設計成分設計思路按照正交實驗法。正交實驗法就是利用排列整齊的表正交表來對試驗進行整體設計、綜合比較、統(tǒng)計分析，實現(xiàn)通過少數(shù)的實驗次數(shù)找到較好的生產條件，以達到最高生產工藝效果。正交表能夠在因素變化范圍內均衡抽樣，使每次試驗都具有較強的代表性，由于正交表具備均衡分散的特點，保證了全面實驗的某些要求，這些試驗往往能夠較好或更好的達到實驗的目的。正交實驗設計包括兩部分內容:第一，是怎樣安排實驗;第二，是怎樣分析實驗結果。首先確定以下四種元素

21、含量對鋁的組織性能影響：分別是：si、cu、mg、mn以表格形式呈現(xiàn)si含量分別為0.5%、1.0%、1.5% 硅能增加鋁合金的流動性。cu含量分別為2.0%、3.0%、4.0% 銅能增加鋁合金的強硬度。mg含量分別為0.5%、1.0%、1.5% 鎂能增加鋁合金的耐腐蝕性。mn含量分別為0.5%、1.0%、1.5% 錳能抑制鋁合金的再結晶。元素simgcumn含量/%0.51.01.50.51.01.52.03.04.00.51.01.5si0.51.01.50.51.01.50.51.01.5mg0.51.01.50.51.01.50.51.01.5cu2.03.04.02.03.04.02

22、.03.04.0mn0.51.01.50.51.01.50.51.01.5成績677676568567編號12345678911112注：成績是金相圖結果優(yōu)良情況，為了方便用數(shù)字代替，十分制。經過理論分析可以得出以上理論性結論，那么就要進行下一步確切性實驗驗證對編號：2、3兩組數(shù)據(jù)進行實驗驗證。2.2 實驗前準備：1.配料計算。（按照總重10kg）2.模具制備。3.熔煉澆鑄工藝。4.熱處理工藝。5.顯微鏡下金相組織分析。2.2.1配料計算重量：配重方法公式按照公式：總重g、銅鎂錳硅分別用：abcd表示。鋁：n第二組計算：n=0.94g a=0.3g b=0.1g c=0.1g d=0.1g第三

23、組計算：n=0.915g a=0.4g b=0.15g c=0.15g d=0.15g 那么第2組各成分 鋁：9.4kg 銅：300g 鎂：100g 錳：100g 硅：100g第3組各成分 鋁：9.15kg 銅：400g 鎂：150g 錳：150g 硅：150g2.2.2模具制備：模具制備基本步驟：（注：該部分模具制備加工不屬于本研究范疇就不在詳細說明。）確定模具類型，這里我們做的是注射模，為重力澆鑄。確定模具類型的主要模具，這里保證其氣密性好，脫模簡單。根據(jù)產品的尺寸，加工余量，外形等因素來設計模具圖紙。（圖紙如下）根據(jù)圖紙來進行加工，模具。待模具加工出來后，進行澆鑄驗證，并進行調模、修模。

24、最終確定模具尺寸，進行工裝使用。模具圖紙及加工好的模具如下圖：2.2.3熔煉澆鑄工藝熔煉設備：坩堝電阻爐、熱電偶傳感器、測氫儀、除氣機輔助設備：澆勺、夾子、錘子、鑿子、涂料等熔煉澆鑄過程加入鋁合金：加入含有鋁錠，配方按照上面實驗的兩組配方。加入其他合金：在鋁合金融化完成后加入。進行除氣并攪拌：在熱電阻爐上方通入稀有氣體（氬氣）、并旋轉攪拌5到10分鐘，這一步很重要，要嚴格把控，并除氣完全。測氫：除氣完成的鋁液放在小坩堝容器內，放在封閉的真空測壓裝置內，壓強低于-0.08mp。扒渣：將電阻爐坩堝鋁液表面廢渣扒除干凈，保證鋁液純度。澆鑄：將試棒模具預熱到230攝氏度以上進行澆鑄。脫模：待鋁液完全結

25、晶后，將其輕敲脫落。 澆鑄完成。以下是澆鑄出來成型的產品：（摩擦磨損樣片取自同一爐鋁液） 抗拉伸試棒圖 摩擦磨損樣片圖2.2.4熱處理工藝 熱處理工藝分為退火、淬火、回火等形式。熱處理的目的是通過退其內部應力，消除其內部所帶來的影響同時，又能提高其強硬度，是產品性能進行進一步提升，從而產品總體質量提升，目前國內外普遍采用該種熱處理工藝流程。熱處理工藝流程：1.將廂式加熱電爐升溫到500攝氏度。2.將試棒和樣片放置其內部進行保溫處理，保溫6個小時。其流程為退火，目的為消除其內部殘余應力。3.時間到達后將其放入純凈的水中進行淬火5-10分鐘。該步驟目的是為了其表面冷卻硬化處理，提高其強硬度。4.時

26、間到達后再將其，放入已經設定好溫度188度的保溫爐進行回火6個小時。而后將其拿出進行自然冷卻。 熱處理爐 熱處理后試棒圖2.2.5顯微鏡下金相組織圖經過熱處理后的樣件，從其中鋸掉一部分進行金相組織的顯微鏡觀察其內部晶粒細化情況。觀察前需要對其進行平面拋光。需要四層砂紙打磨，打磨后需要在拋光機進行拋光，以免觀察不到或者劃痕太重，不利于觀察。下面就是兩組試驗后顯微鏡下的金相組織圖： 第二組（100×） 第三組（100×）總結：通過對其晶粒大小和排布方向的分析，實驗證明第三組效果更明顯，同樣放大倍數(shù)的前提下，晶粒細化的更為明顯，排布也更均勻，得出第三組的數(shù)據(jù)配方下更為優(yōu)秀。下面對

27、第三組數(shù)據(jù)再進行加入ce進行變質處理。3 微量合金變質機理3.1鈰在鋁合金中的微合金化作用機理 到目前為止，ce是人們發(fā)現(xiàn)的對鋁合金具有合金效果的且地殼含量最多的稀土元素，他對鋁合金晶粒的細化效果非常顯著，只要加入千分之幾的鈰就能對鋁合金的力學性能有顯著的提高，不僅細化晶粒還能抑制合金再結晶，顯著提高其強度，塑形，耐高溫，耐腐蝕性，以及其焊接性能，甚至能增強抗中子輻照損傷性能。變質處理是指通過在金屬及合金中加入少量或微量的變質劑來改變合金的結晶條件使其組織和性能發(fā)生變化的過程。研究證明，稀土在合金中具有良好的變質作用，主要表現(xiàn)在細化晶粒和枝晶。稀土元素的原子半徑大于鋁原子半徑，性質比較活潑，它

28、熔于鋁液中極易填補合金相的表面缺陷，使得新舊兩相界面張力降低，提高了晶核的生長速度，同時還在晶粒與合金液之間形成表面活性膜，阻止生成的晶粒長大，細化合金組織。添加稀土還可以減少柱狀晶及二次枝晶臂間距，改善晶粒形態(tài)，并在一定程度上控制材料晶粒度。實驗證明稀土變質作用存在一定潛伏期，只有在高溫下保持一定的時間，稀土才會發(fā)揮最大的變質作用。稀土在鋁合金中的存在形式主要有3種：固溶在基體(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。其存在形式與加入量有很大的關系，當稀土含量較低(低于0.1%)時，稀土主要以前兩種形式分布，通過有限固溶和增加變形阻力，促進位錯增殖實現(xiàn)強化；當稀

29、土含量大于0.3%時，主要以第三種存在形式存在，稀土與合金中的其他元素形成許多含稀土的新相，分布在晶粒內或晶界中，同時使第二相的形狀、尺寸發(fā)生變化(大部分含稀土的第二相都出現(xiàn)了粒子化、球化和細化的特征)，并出現(xiàn)大量位錯，在一定程度上強化了鋁合金。3.1.1al-ce合金的研究下面分別以鈰的含量在0.-0.5%之間進行實驗鈰的含量表如下：含量/元素鈰ce（%）00.10.20.30.40.5al91.591.591.591.591.591.5si1.51.51.51.51.51.5mg1.51.51.51.51.51.5cu4.04.04.04.04.04.0mn1.51.51.51.51.51

30、.5編號abcdef鈰對該種合金的組織性能影響實驗熔煉和澆鑄辦法如上，再次就不在重復使用。3.1.2鈰的最佳用量推斷：進過六組金相圖的分析當鈰的含量在0.4%的時候其細化晶粒的效果最好。 首先我們先認識什么是金相分析和金相組織：金相分析是金屬材料試驗研究的重要手段之一，采用定量金相學原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形態(tài)，從而確立合金的成分、組織和性能間的定量關系。將計算機應用于圖像處理，具有精度高、速度快等優(yōu)點，可大大的提高工作效率。計算機定量金相分析，正逐漸成為人們研究和分析各種材料，建立材料的顯微組織和各種性能間的定量關系，研究材料組織轉變動

31、力學等的有效工具。采用計算機圖片分析系統(tǒng)可以很方便的測出研究對象的面積百分數(shù)、平均尺寸、平均間距、長寬比等各種參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)來確定研究對象的三維空間形態(tài)、數(shù)量、大小及分布，并與材料的機械性能建立內在聯(lián)系，為更科學的評價材料、合理的使用材料提供更可靠的數(shù)據(jù)。金相組織是用金相方法觀察到的金屬及合金的內部組織?？梢苑譃椋?.宏觀組織2.顯微組織。金相即金相學，就是研究金屬和合金其內部結構的一門科學。不僅如此，它還研究當外部因素和內部狀態(tài)改變時，對金屬或合金內部結構的影響。所謂外部因素就是指溫度、加工變形、澆鑄情況等。其內部狀態(tài)就是指金屬或者合金的化學變化。金相組織反應金屬或合金的具體形態(tài)。所

32、以對鋁合金進行顯微鏡下的金相組織分析是科學的、可靠的，以下的金相分析是在控制其他因素的條件下，對鈰的含量進行單一變化的前提下所做的一系列磨面的二維金相組織分析，通過二維的金相組織來進行分析，推斷，結論。 a b c d e f 通過以上六組的實驗分別對其進行顯微鏡下金相組織的分析不難看出第a組在不加稀土元素鈰、其他因素同等條件下進行澆鑄，澆鑄出來的樣品進行拋光顯微觀察，很明顯的看到其金相組織很不理想，存在很明顯的組織裂痕以及其晶粒的不規(guī)則，分析推斷其力學性能存在缺陷；b組 在a組的條件下加入含量為0.1%的稀土元素ce，通過金相圖能看出其晶粒明顯有所改觀，出現(xiàn)少量的樹枝狀的結晶晶粒，推斷其力學

33、性能有所提高；c組 在進行a組條件的前提下往合金中加入0.2%的稀土元素ce，通過同等倍速的二維金相圖分析，其結晶組織中存在樹枝狀和等軸狀的結晶組織，其中等軸晶含量偏少；d組 也是在a組的條件下加入含量為0.3%的稀土元素ce，通過二維金相圖分析，不難看出其中的等軸晶含量明顯高于樹枝晶，所以其組織間隙更為緊密，所以推斷其力學性能進一步提高；同樣條件下在e組中加入0.4%的稀土元素ce，在同等放大倍速的顯微鏡下觀察其二維金相組織圖，很明顯的看到其中的樹枝晶基本消失，存在接觸間隙緊密的等軸晶，排布均勻，晶粒大小也相對平均等同。推斷其力學性能又進一步提高，但是在這種優(yōu)秀的條件下是否還會進一步提升呢。

34、下面在進行含量的增加，將ce的含量提高到0.5%，也就是f組實驗，同等條件下，觀察其二維金相組織，可以看到其中的等軸晶有所減少，出現(xiàn)前面幾組實驗中的樹枝晶，推斷其力學性能有所下降，不能打破e組所得出來的結論，所以最終總結，當稀土元素ce在含量為0.4%的條件下對鋁銅合金晶粒的細化效果最為明顯，其金相組織排布達到理想化。通過以上六組實驗的過程以及其金相組織的分析過程分析所得出來的結論是在稀土元素ce含量在0.4%的條件下最理想，但是缺乏外部抗拉強度、屈服強度和硬度的分析支持，因此這些力學性能參數(shù)分別在下折線圖表中表示出來，折線圖更能看出其力學性能變化的趨勢，因此就更有說服性，可靠性。如下圖：其以

35、上數(shù)據(jù)分析，其結果也是證明當鈰的含量在0.4%的狀態(tài)下其抗拉強度、硬度、屈服強度也表現(xiàn)良好，綜上所述鈰的含量在0.4%的狀態(tài)下對第三組配方鋁銅合金晶粒的優(yōu)化效果最佳。4 結論和展望4.1 結論1）稀土元素的加入對該鋁合金的微觀組織金相結構，晶粒大小，雜質元素的含量以及夾雜物的數(shù)量和分布，時效析出產物的類型和大小等，都產生了較大的影響，進而對合金的性能產生了很大的影響。2）當合金中 ce的含量為 0.4%時，稀土 ce主要富集在晶界處，并與雜質元素結合形成稀土化合物，凈化了晶界，消除了雜質元素的有害作用，且與合金中的合金元素相互作用形成了合金化合物，改變了合金中的金相組成，熱處理后呈彌散分布的稀

36、土相可以起到彌散強化作用。3）稀土ce的加入，可以改善鑄造鋁合金的熔煉質量、細化晶粒組織；當合金中 ce的含量為0.3%時，合金中會存在大量位錯對、位錯纏結亞結構，導致合金斷裂過程中裂紋萌生位置與擴展途徑發(fā)生改變，有利于合金的韌化。致謝經過一段時間的學習實驗，終于完成了稀土元素鈰對鋁銅合金組織性能影響的研究。在這里非常感謝周老師的殷勤指導和諄諄教誨，周老師在實驗的過程中給予了我很大的幫助，讓我能按時的完成實驗。同時也非常感謝同學的幫助，我們一起學習討論，在討論中不斷加深對畢業(yè)內容的了解，解決設計過程中遇到的難題，一起進步，按時完成畢業(yè)設計。參考文獻1. 韓寶軍,劉金明.稀土和cu對工業(yè)純鋁性能

37、的影響 .輕合金加工技術,2006,34(3):3840.2. 李慶春.鑄件形成理論基礎.北京:機械工業(yè)出版社,1982.3. 陳存中.有色金屬熔煉與鑄錠.北京:冶金工業(yè)出版社,1988.4. borland j c.fundamentals of solidification cracking in welds.part welding and metal fabrication,1979(3):991075. pappazm,drezetjm,gremandm.anewhot-cracking criterion. metallurrgi-cal and materials transactions a,1999,30a(2):4484556. pu lianggui, ji minggang.mechanical design, beijing: higher ed