摘要
采用铸造工艺制备了A356.2(Sc,La)铝合金,测试分析了稀土元素Sc和La对铝合金中共晶硅的细化作用及对合金力学性能的影响。结果表明,单独添加稀土元素La对A356.2(La)铝合金中的共晶硅有一定的细化作用,但对力学性能的改善作用不大。而含有两种稀土元素0.38%Sc+0.14%La的A356.2(Sc,La)铝合金中的共晶硅细化作用较好和力学性能更高,其共晶硅细化到2.3 μm,抗拉强度和伸长率分别达到181.6 MPa和4.0%。稀土Sc和La对共晶硅的细化作用主要是弥散强化和细晶强化共同作用的结果,这两种强化与铝合金中析出的Al3Sc相和稀土La相有关。
在铝合金中加入稀土元素,不仅具有变质处理的作用,而且还能提高力学性
实验用材料为A356.2铝合金,稀土元素Sc和La分别以Al-2.01%Sc及Al-9.62%La中间合金的形式加入。将A356.2铝合金放入石墨坩埚电阻炉中,温度升到740℃,待A356.2铝合金完全熔化后,扒渣,放入Si并搅拌熔体,然后升温到790℃,加入Al-9.62%La中间合金,搅拌熔体1 min,保温15 min,降温到740℃,加入Al-1.98%Sc中间合金进行熔化,搅拌熔体,使合金成分均匀,降温到725℃,通入高纯氮气进行精炼,扒渣,静置后,浇入已经预热到310℃的铸铁模具中,取出试样,水淬,制备成A356.2(Sc、La)铝合金,其化学成分见
由铝合金XRD分析测试结果(

图1 铸造A356.2(Sc、La)铝合金的XRD图谱
Fig. 1 XRD pattern of A356.2 (Sc, La) aluminum alloy
由

(a) A356.2铝合金

(b) A356.2(La)铝合金

(c) A356.2(Sc、La) 铝合金
图2 铸造铝合金的显微组织 1 000×
Fig. 2 Microstructure of cast aluminum alloy
稀土元素Sc和La对铸造A356.2铝合金力学性能及共晶硅的影响见
由

图3 铸造A356.2(Sc、La)铝合金的SEM图像和能谱分析
Fig. 3 SEM microstructure and energy spectrum analysis results of cast A356.2 (Sc, La)
为了解稀土Sc和La在铝合金中的分布,对铸造A356.2(Sc、La)铝合金的凝固组织进行了Sc和La元素的面扫描分析,结果见

(a) La元素的面分布

(b) Sc元素的面分布
图4 铸造A356.2(Sc、La)铝合金中稀土元素的面分布图像
Fig. 4 Areal distribution of rare earth elements in A356.2 (Sc, La) aluminum alloy
(1) 添加两种稀土元素Sc和La的铸造A356.2(Sc、La)铝合金较单独添加一种稀土元素La的A356.2(La)铝合金有更好的共晶硅细化效果,能使共晶硅由原来平均尺寸为1 3.6 μm的粗大针片状向平均尺寸只有2.3 μm的细小颗粒状转变,共晶硅形貌得到明显改善。而单独添加一种稀土元素La只能将共晶硅细化到6.3 μm。
(2)含有两种稀土元素Sc和La的A356.2(Sc,La)铝合金的抗拉强度和伸长率明显高于含有一种稀土元素La的A356.2(La)铝合金,铝合金的抗拉强度由136.22 MPa提高到181.62 MPa,伸长率由1.8%增加到4.0%,从而大大提升了铝合金的力学性能。而含有一种稀土元素La的A356.2(La)铝合金的抗拉强度和伸长率分别为148.84 MPa和2.3%,增加幅度较小。
(3) 稀土Sc和La在铸造A356.2(Sc、La)铝合金中形成了Al3Sc相、AlSc相、Sc相、La相等,分散分布于基体中,起到了弥散强化的作用,同时这些相阻止了共晶硅的长大,使共晶硅细化,形成细晶强化,在弥散强化和细晶强化的双重作用下,合金的力学性能显著提高。
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