Ce对Zn_Al合金组织性能的影响
论文 铜对Al-Zn-Mg系合金性能的影响
铜对Al-Zn-Mg系合金性能的影响摘要: 本实验为探究Cu对Al-Zn-Mg系合金性能的影响,选取了合金的塑性,硬度和强度作为实验比较的性能指标。
一前言：Cu是 Al-Zn-Mg 系合金最重要的添加元素,它不仅显著地提高抗应力腐蚀性能,而且能改善组织,提高合金强度。
本文着重研究了Al-Zn-Mg 系合金中铜含量对力学性能的影响。
二理论依据：合金中的铜大部分溶入η(MgZn2) 和T (Al2Mg3Zn3) 相内，少量溶入α(A1)内。
合金中添加Cu元素，除Cu本身的固溶强化作用外，也改变了合金沉淀相的形态结构，使时效组织更为弥散均匀，既提高了强度，也改善了塑性。
此外,Bryant认为 Al-Zn-Mg 合金中加铜后减少了合金中Zn和Mg的溶解度, 因而含铜合金过饱和程度会更大,比起无铜合金, 在淬火时效中更易分解, 铜的作用还改善了沉淀物的分布, 有利于提高强度。
三试验方法1 实验设备熔化炉, 石墨坩埚, 铸铁模, 均匀化炉, Ø300热轧机, 退火炉, Ø460冷轧机, 剪板机, 冲压机, 淬火炉, 时效炉, LV20硬度计, 游标卡尺, 500kg拉伸机。
2 实验过程1）合金配料:共设置了四组试样,成分如下:Al-Zn-Mg-Cu质量百分数Al-Zn-Mg-Cu配料成份（考虑Mg损失，每份共600克）2) 熔铸:1 将铝条放入石墨坩埚中，然后放入熔化炉里熔化,熔化后加覆盖剂:kcl或NaCl,再依次加入Cu，Zn，Mg进行熔化。
2 加入六氯乙烷除气，静置升温。
3 铸锭在铸铁模中以710~730℃浇注,其中1~4号样品浇注温度分别为：731℃，735℃，717℃，725℃。
4 冷却后将1~4号样品分别打印号：“6311，6312，6313，6314”。
3）热处理：在均匀化炉中以520℃均匀化10h，然后空冷。
4）热轧：以420℃保温1h，在Ø300热轧机上热轧至4 ~ 5 mm,再在退火炉中以420℃保温半个小时.随后炉冷。
《Al和Mo微合金化对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织和性能的影响》范文
《Al和Mo微合金化对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织和性能的影响》篇一摘要：本文通过实验研究Al和Mo微合金化对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织和性能的影响。
实验结果显示，适量的Al和Mo元素的添加能够有效改善合金的力学性能和耐腐蚀性，通过优化合金成分可进一步提高合金的抗蠕变性和硬度等关键指标。
一、引言近年来，随着环保理念的推广和应用需求的变化，镁合金由于其轻质和高性能的特质受到广泛关注。
而为了满足更为苛刻的应用条件，镁合金中往往加入各种微量元素来提高其综合性能。
本研究着眼于在Mg-Zn-Y-Mn合金中加入Al和Mo微合金化元素，以探讨其对合金微观组织和性能的影响。
二、实验方法本实验通过熔炼法制备了不同Al和Mo含量的Mg-Zn-Y-Mn 合金样品，并对样品的微观组织进行了观察和分析。
通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪等手段，对合金的显微组织、相组成和晶粒尺寸进行了详细研究。
同时，通过拉伸试验、硬度测试和耐腐蚀性测试等手段评估了合金的力学性能。
三、实验结果（一）微观组织观察通过SEM观察发现，加入Al和Mo后的Mg-Zn-Y-Mn合金中，晶粒尺寸明显减小，晶界更加清晰。
随着Al和Mo含量的增加，合金中出现了新的相结构，这些新相的生成有助于提高合金的力学性能。
（二）力学性能分析实验结果显示，适量的Al和Mo添加能够显著提高Mg-Zn-Y-Mn合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
当Al和Mo含量达到一定比例时，合金的硬度也得到显著提升。
此外，经过优化成分的合金具有更好的抗蠕变性。
（三）耐腐蚀性分析电化学测试结果表明，加入Al和Mo后的Mg-Zn-Y-Mn合金在盐水中的耐腐蚀性得到了明显增强。
这主要归因于合金表面形成的保护性氧化膜，有效阻止了腐蚀介质的进一步侵蚀。
四、讨论Al和Mo的加入对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织产生了显著影响。
Al元素通过与Mg形成新的强化相，提高了合金的硬度；而Mo元素则有助于改善晶界强度，增强晶粒间的结合力。
《稀土元素对Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金组织和力学性能的影响》范文
《稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响》篇一一、引言稀土元素因其独特的电子结构和化学性质，在金属材料中具有显著的改善作用。
Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金作为一种常见的铝合金，其性能可通过添加稀土元素进行优化。
本文将研究稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金的组织和力学性能的影响，旨在为稀土元素的合金化应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金作为基体，分别添加不同含量的稀土元素（如铈、镧等）进行合金化处理。
2. 实验方法（1）合金制备：按照设计比例将稀土元素与Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金混合，进行熔炼、浇注、凝固等工艺，制备出不同稀土含量的合金试样。
（2）组织观察：利用金相显微镜、扫描电镜等设备观察合金的微观组织结构。
（3）力学性能测试：对合金进行拉伸、压缩、硬度等力学性能测试。
三、稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织的影响1. 稀土元素的加入明显改善了合金的微观组织结构。
在金相显微镜下，可以观察到添加稀土元素后，合金的晶粒尺寸变小，晶界更加清晰，且晶内第二相的分布更加均匀。
2. 扫描电镜观察发现，稀土元素的加入有助于细化合金中的第二相粒子，提高其分布的均匀性。
这些第二相粒子对合金的力学性能具有重要影响。
四、稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金力学性能的影响1. 拉伸性能：添加适量稀土元素的Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金，其抗拉强度和延伸率均有显著提高。
这主要归因于稀土元素的加入细化了晶粒，改善了第二相的分布和数量。
2. 压缩性能：稀土元素的加入使合金的压缩强度得到提升。
在高压下，稀土元素可以与基体形成稳定的固溶体，从而提高合金的抗压性能。
3. 硬度：随着稀土元素含量的增加，合金的硬度呈现出先增加后稳定的趋势。
Al_Zn_Mg_Cu系合金组织对性能的影响
收稿日期:2007-11-03 第一作者简介:李念奎(1963-),男,黑龙江望奎人,教授级高级工程师。
Al 2Zn 2Mg 2Cu 系合金组织对性能的影响李念奎,崔建忠(东北大学EPM 重点实验室,辽宁沈阳110004)摘要:全面地介绍和评述国内外关于Al 2Zn 2Mg 2Cu 系铝合金组织对性能影响的研究情况。
Al 2Zn 2Mg 2Cu 系合金的组织主要由基体析出相(MPt )、晶间析出相(G BP )、晶界无析出带(PFZ )、抑制再结晶化合物(过渡族元素化合物)和杂质相,以及晶粒和亚结构组成。
它们对合金的常温力学性能、断裂韧性和抗应力腐蚀开裂性能的影响极大,几乎决定着合金的所有宏观性能。
因此,控制了合金组织,就控制了性能,而控制这些组织的主要途径是调控化学成分、加工工艺和热处理。
关键词:铝合金;超高强;组织;常温力学性能;断裂韧性;抗应力腐蚀开裂性能中图分类号:TG 146121 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2008)01-0005-06E ffect of Al 2Z n 2Mg 2Cu series alloy structures on the propertiesLI Nian 2kui ,CUI Jian 2zhong(K ey Laboratory of E lectrom agnetic Processing of Materials ,N ortheastern U niversity ,Shenyang 110004,China)Abstract :The domestic and abroad status of researching the effect of Al 2Zn 2Mg 2Cu series alloy structure on the properties are com 2prehensively introduced and reviewed.The structures of Al 2Zn 2Mg 2Cu series alloy mainly consist of MPt ,G BP ,PFZ ,the transit group elements com pounds that hinder re 2crystallization (the com pounds are of the elements of the transit groups )and im purity phase ,as well as grain and substructure.They make great effects on the room tem perature mechanical properties ,the fracture toughness ,and anti 2stress corrosion cracking properties of the alloys ,alm ost determining all the macro 2properties of the alloys.As a result ,after con 2trolling alloy structures ,we can control alloy properties.The main methods of controlling alloy structures are regulating chemical con 2stituents ,processing technology and heat treatment.K ey w ords :aluminum alloy ;ultra high strength ;structure ;room tem perature mechanical properties ;fracture toughness ;anti 2stress corrosion cracking property 作为航空材料的Al 2Zn 2Mg 2Cu 系合金最主要的性能是常温力学性能、断裂韧性和抗应力腐蚀开裂性能。
铈对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响
铈对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响吴安如;夏长清;董丽君【期刊名称】《金属热处理》【年(卷),期】2006(31)11【摘要】在AZ31合金中添加0、0.2%、0.5%和1%(质量分数)的铈(Ce)制备了4种合金,研究不同Ce含量和合金变形状态对力学性能和显微组织的影响。
试验表明,添加Ce元素后,形成的Al4Ce对合金有强化作用,但其铸态组织仍然粗大,经过轧制及退火后,合金的组织得到改善。
力学性能测试结果表明,轧制态合金强度随Ce含量的增加而上升,伸长率亦有所提高,300℃退火1h后,强度比轧制态有所降低,伸长率提高较大。
含0.5%铈的3号合金综合力学性能最好,屈服强度为168MPa,抗拉强度达到255MPa,伸长率为22%。
【总页数】4页(P46-49)【关键词】AZ31合金;铈;轧制;退火;组织与性能【作者】吴安如;夏长清;董丽君【作者单位】湖南工程学院机械工程系;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG146.22【相关文献】1.石墨烯微片添加对AZ31镁合金纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊接头显微组织及力学性能的影响 [J], 张涛;沈骏;吕路强;汪春民;桑嘉新;吴冬2.激光冲击强化对AZ31和AZ80-T6镁合金显微组织及力学性能的影响 [J], 张青来;邵伟;张冰昕;吴铁丹;王荣3.稀土铈对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响 [J], 王少武;夏长清;吴安如4.石墨烯微片添加对AZ31镁合金纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊接头显微组织及力学性能的影响 [J], 张涛;沈骏;吕路强;汪春民;桑嘉新;吴冬;;;;;;5.稀土La对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响 [J], 董方;郭升乐;沈国慧;崔志峰;刘月因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
稀土元素Ce、Dy、Nd对Mg-Zn-Y基准晶合金显微组织的影响
稀土元素Ce、Dy、Nd对Mg-Zn-Y基准晶合金显微组织的影响王志峰;赵维民;崔妍;范生磊【摘要】Mg-Zn-Y-RE (RE =Ce,Dy,Nd) quasicrystal alloys have been fabricated under cooling conditions of cast iron die. Effects of different RE elements on Mg-Zn-Y-based quasicrystal microstucture have been researched, resulting in that petal-like quasicrystals and lamellar eutectic were main phases. EDS analysis indicated that it was not easy for Nd to form quarternary quasicrystals while it was very easy for Dy to form quarternary quasicrystals The further study showed that the quarternary quasicrystal morphology was decided by the spherical critical radius, The contents of RE for forming spherical quarternary quasicrytals were 1.0 for Ce, 0.2 for Dy and 0.5 for Nd, respectively. Moreover, the critical stable radius Rr of Mg-Zn-Y-RE quasicrystals was about 5.5-6.0μm under cooling process of this paper.%本文在铸铁模具冷却条件下制备了Mg-zn-Y-RE(RE=Ce,Dy,Nd)准晶合金,并对不同稀土元素对Mg-Zn-Y基准晶合金显微组织的影响进行了研究.结果表明:花瓣状的准晶和层片状的共晶是合金凝固相的主要组成物;EDS分析表明在三种稀土中,Dy更易形成四元准晶,而Nd不易形成四元准晶.进一步的研究表明:四元稀土准晶的形态受球形临界半径的影响,Ce,Dv,Nd三种稀土元素形成球形四元准晶的添加量分别为1.0、0.2、0.5;此外,本文冷却条件下形成四元Mg-Zn-Y-RE准晶的临界半径约为5.5～6.0μm.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】3页(P1-3)【关键词】准晶合晶;镁合金;稀土;显微组织【作者】王志峰;赵维民;崔妍;范生磊【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院,天津,300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津,300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津,300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津,300130【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+2自从首个准晶样品在快速凝固的铝锰合金中被制备出来[1]，数以千计的各国科研工作者便投身于此领域的科学研究。
稀土元素Ce、Nd对AZ91镁合金显微组织、显微硬度及起燃温度的影响
稀土元素Ce、Nd对AZ91镁合金显微组织、显微硬度及起燃温度的影响王志峰;丁俭;李永艳;赵维民【摘要】主要研究了稀土元素Ce和Nd对AZ91镁合金显微组织、显微硬度以及起燃温度的影响,结果表明:随着Nd、Ce添加量的增多,合金中层片状共晶相减少,块状析出相增多,这主要是由于稀土元素优先抢夺了合金中用于形成β相的铝元素而形成“Al-稀土”化合物造成的.AZ91合金的起燃温度和显微硬度并不随某一种或复合稀土元素含量的增加而单调变化,合金显微硬度与燃点间的关系也并非高低相对应,AZ91-3.0%Ce-1%Nd合金在两数据上达到了最佳的匹配,有较好的应用前景.%The effect of rare earth elements Ce and Nd on microstructure, microhardness and ignition point of AZ91 Magnesium alloy has been studied. The results showed that the lamellar eutectic phases reduced while massive precipitated phases increased with the increasing additions of Ce and Nd. This phenomenon can be attributed to the change of the combined elements with aluminum. The Al -rare earth compounds preempted parts of (3-phases. The values of microhardness and ignition point of AZ91 alloy do not monotonically change with the additions of one or two rare earth elements. Moreover, it is not consistent between the alteration trends of microhardness and ignition point of AZ91 alloy. AZ91-3.0%Ce-1%Nd which is the optimal composition in the two kinds of evaluating data has prosperous application future.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P8-11)【关键词】镁合金;起燃温度;显微硬度;稀土【作者】王志峰;丁俭;李永艳;赵维民【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+2镁合金是目前应用中最轻的金属结构材料[1]，在我国国民经济的各个领域正发挥着越来越重要的作用。
RE对ZnAl4合金组织和力学性能的影响
RE对ZnAl4合金组织和力学性能的影响古文全;吴泽宏;于云峰;耿家锐【摘要】在ZnAl4合金中添加RE元素对其进行变质处理,通过金相组织和力学性能分析,研究了RE对该合金的显微组织和力学性能的影响.结果表明,基体中加入适量的稀土后,优化了组织结构,细化了晶粒,使合金的强度、硬度提10％以上,延伸率也有一定的提高.【期刊名称】《有色金属加工》【年(卷),期】2012(041)002【总页数】3页(P6-8)【关键词】ZnAl4;铝锌合金;稀土【作者】古文全;吴泽宏;于云峰;耿家锐【作者单位】贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002;贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002;贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002;贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002【正文语种】中文【中图分类】TG146铸造锌铝合金具有优良的力学性能和机加工性能，耐磨损，低能耗，无污染，在工程上获得了广泛的应用［1］。
但该合金也存在不足之处，是所有有色合金中对杂质元素要求最高的一种，即便是采用高纯锌来生产锌合金，还是易产生比重偏析，性能不稳定，自然时效后力学性能低等。
本研究针对以上情况，选择在不含铜的传统ZnAl4合金中添加稀土元素，采用变质处理，合理化学成分，改变微观组织结构，抑制杂质元素有害影响，来获得晶粒细化、组织致密、力学性能大幅改善的ZnAl4合金。
1 试验的条件及合金熔配1.1 试验条件本试验所采用材料为:0#锌锭、Al－00、1#工业纯镁、混合稀土(含Ce＞70%)、1#铅锭、光谱纯铁。
试验所用熔炼设备为SG53自动控温坩埚电阻炉。
为避免锌铝合金在通常熔炼温度下与铁发生反应，本试验采用石墨坩埚，所用工具亦应涂刷耐火涂料，新坩锅在使用前应缓慢升温至700℃培烧。
拉伸试样采用金属型模具直接铸成，一组二根，硬度试样为Φ16×10mm，金相试样取至抗拉试样切头。
1.2 合金的熔配测温装置为EU－2型测温仪表镍铬－镍硅热电偶。
合金元素对Al-Zn-Si-Mg系合金组织和性能的影响
２ ０ １ ３年 ４月
・
铸 造
设
备
与 工
艺
Ａ ｐ ｒ ． ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ２
Ｆ Ｏ Ｕ Ｎ Ｄ Ｒ Ｙ Ｅ Ｑ Ｕ Ｉ Ｐ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
试 验 研究 ・
合金 元素对 Ａ １ … Ｚ ｎ Ｓ ｉ Ｍｇ系合金组织和性能的影 响
氏硬度提 高 ８ ． ７ ５ ％。 随着含 ｓ ｉ 量的增加 ， 合金组织 中的共 晶硅逐渐增 多， 合金硬度提 高 了６ ． ３ ３ ％。 当Ｍ ｇ 元素含量
由０ ． １ ％增加到 ０ ． ３ ％时 ， 合金微 观组织变化不显著 ， 但是 ， 合金硬度提 高了 ３ ． ７ ５ ％。 关键词 ： Ａ ｌ － Ｚ ｎ — ｓ ｉ — Ｍ ｇ合金 ； 合金 元素 ； 显微组织 ； 布 氏硬度
Ａ ｌ — ｚ ｎ — Ｓ ｉ — Ｍ ｇ 系合金具有 良好 的铸造性能 ， 缩 孔 和热烈倾 向较小 ， 并且 ， 该合金具有较好的焊接 性能和切削加工性能。 其成分 （ 质量分数 ， ％） 为： ｚ ｎ
大， 需证 模具 正 常工作 而不变 形 。然 而 ， 目前 国 内外 ， 对铝
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｍａ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｚ ｎ， Ｓ ｉ ａ ｎ ｄ Ｍｇ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｂ ｒ ｉ ｎ ｅ ｌ ｌ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ａｌ － Ｚ ｎ — ｓ ｉ —Ｍｇ Ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ｏ ｆ
ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍ ｏ ｌ ｄ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｗ ａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ０ ｃ（ Ａ １ ） ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｍｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗ ａ ｓ ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ａ Ｈ ｏ ｙ Ｂ ｒ ｉ ｎ ｅ ｌ ｌ
《稀土元素对Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金组织和力学性能的影响》
《稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响》一、引言稀土元素因其独特的电子结构和化学性质，在金属材料中具有显著的影响。
Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金是一种常用的铝合金材料，具有良好的加工性能和机械性能。
稀土元素的添加可能进一步优化这种合金的组织和力学性能。
本文将研究稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响。
二、实验方法1. 材料准备本实验采用Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金为基础材料，并添加不同含量的稀土元素（如铈、镧等）。
2. 合金制备合金的制备过程包括熔炼、铸造和热处理等步骤。
在熔炼过程中，稀土元素以一定比例加入到合金中。
3. 测试方法采用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察合金的微观组织；通过拉伸试验、硬度测试等手段测定合金的力学性能。
三、稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织的影响1. 显微组织观察实验结果显示，稀土元素的添加明显改变了Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金的显微组织。
在显微组织中，我们可以观察到细小的稀土化合物相的形成，这些化合物相对合金的组织有明显的细化作用。
此外，稀土元素的加入还能有效地改善合金的晶界结构，使晶界更加清晰。
2. 化合物相分析通过X射线衍射和电子探针等手段，我们发现稀土元素与合金中的其他元素反应生成了新的化合物相。
这些化合物相的存在可以有效地提高合金的硬度和强度。
四、稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金力学性能的影响1. 硬度测试实验结果表明，稀土元素的添加显著提高了Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金的硬度。
这主要归因于稀土化合物相的形成和合金组织的细化。
2. 拉伸性能测试拉伸试验显示，稀土元素的加入显著提高了合金的抗拉强度和延伸率。
这表明稀土元素能够有效地改善合金的塑性和韧性。
此外，我们还发现稀土元素的添加可以降低合金的断裂韧性，从而提高其抗断裂能力。
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Ce对Zn-Al合金组织性能的影响①刘金水 谢贤清 蒋 冰 舒 震 肖汉宁(湖南大学机械与汽车工程学院,长沙410082)摘 要 研究了Ce对Z n-Al合金(ZA27、ZA43)的力学性能、淬火时效特性及耐磨性的影响。
结果表明,Ce能明显细化合金的铸态组织,提高其强度和塑性。
当ZA27和Z A43中含Ce量分别为0.10%和0.15%时,获得最佳的力学性能。
提出了Ce细化Z n-Al合金的机理,加Ce后成分过冷效应所引起的枝晶熔断脱落对细化α相起主要作用。
关键词 ZA合金 耐磨性 淬火时效 枝晶 成分过冷中图法分类号 T G292 作为新型的铸造合金,Zn-Al合金不但具有优良的铸造性能,较高的强度,而且具有廉价丰富的原材料和简便的熔铸工艺[1-3]。
为了扩大其使用范围,它的塑性,刚度和耐磨性有待进一步提高。
ZA27合金中加入稀土金属Ce 可使其铸态组织细化,强度和韧性得到改善。
但Ce对ZA43合金组织性能及时效特性的影响还少有文献报道。
本文探讨了ZA27和ZA43中的最佳Ce含量,以及合金中Ce的存在形式以及它对合金微观结构和凝固过程的影响。
1 试验方法电阻炉内熔制Zn-Al合金,一定温度下,分别加入A1-50%Cu和Al-11.5%Ce的中间合金,然后充分搅拌,滤渣,在600℃时浇注金属型试样,试验合金在350℃经48h固溶处理,于0℃水中淬火后,再进行等温时效。
试验用的合金成分如表1所示。
磨损试验在M HK-500型环形试验机上进行,试验用环由GCr15钢制成,试块尺寸为10m m×10mm×20mm,硬度为H RC58-62。
抗拉试验在万能试验机上进行。
使用M M-6型金相显微镜进行金相分析及显微硬度测量。
在JSM-T200扫描电镜及RAX-10X射线衍射仪上进行微区成分分析和结构分析。
表1 合金的成分Table1 Chemical composition of alloysAll oy Al Cu M g Fe Sn PbZA2726.5～27.52.0～2.50.015～0.0210.0210.00180.0016 ZA4342.0～44.02.5～3.00.015～0.020.0250.00140.0017 (数据均为质量分数,剩余为锌含量。
)2 实验结果及讨论2.1 力学性能和组织表2为Ce对合金常温力学性能的影响。
随合金中Ce含量的增加,合金的强度和塑性显著提高。
ZA27中Ce含量为0.1%时,其强度和韧性均达到最大值,抗拉强度提高55 M Pa,延伸率提高4.1%。
ZA43中Ce含量0.15%时,其强度和韧性达到最大值,抗拉强度提高75MPa,延伸率提高0.7%。
当Ce含量在ZA27和ZA43中分别超过0.1%和0.15%时,许多含Ce复合化合物聚集在晶粒外沿,引起强度和韧性下降。
对ZA27和ZA43合金变质前后进行的金相分析表明,高铝锌合金的铸态组织为富Al的第8卷增刊1 Vol.8 Suppl.1 中国有色金属学报The C hinese Jo urnal of Nonferrous Metals 1998年9月Sep.1998①收稿日期:1998-02-01;修回日期:1998-03-23 刘金水,36岁,副教授,博士研究生表2 Ce 对ZA 27和ZA43合金力学性能的影响Table 2 Variation of mechanical properties w ith the contents of Ce in ZA27and ZA43The content of Ce /%ZA27UTS/M Pa E L /%HBZA43U TS /M Pa EL/%HB 04201.51032621.5950.054383.11092851.7980.104705.51123221.91020.154353.61073472.21050.204252.31053341.81050.254181.81033161.6104α相和分布于晶界的非平衡共晶组织。
加Ce 处理后,合金的铸态组织细化,α相枝晶变得细长,由发达的树枝晶转变为“碎块状”细晶粒和少量细短枝晶(图1,图2)。
电子探针微区分析结果表明,Ce 的面分布是不均匀的,Ce 在晶粒外沿富集(图3)。
ZA43合金的相组成主要由α、η及ε相组成(图4)。
富Al 的α相呈发达的树枝状构成组织骨架,富Zn 的η相和富Cu 的ε相(CuZn 4)主要以三元共晶体或粒状沿晶界分布。
EDXA 结果列于表3。
既然Ce 在ZA27、ZA43合金中形成的复合化合物分布于晶粒外沿而不是晶粒中心,说明这种化合物不是异质晶核。
另一方面,加Ce 后,α相由发达的树枝晶转变为碎块状的晶粒[4,5],因此,可以认为枝晶分枝的熔断脱落对Ce 细化晶粒起着主要作用。
表3 含Ce 化合物的成分Table 3 Com position of Cecontained compoundEl ements Contents Ce 6.99～7.07Zn 67.68～70.29Al 16.68～18.86C u8.57～9.782.2 高铝锌合金时效特性及过饱和α相分解关于Zn -Al 合金过饱和固溶体在时效过程中沉淀析出物特征的研究,对合金的进一步开发十分重要。
图5、6分别表示两种试验合金经350℃、48h 固溶处理后于0℃水淬后150℃时HV 的变化。
由时效曲线可见ZA27和ZA43合金呈明显的时效硬化过程。
ZA27合金时效至25min 左右出现硬度最大值HV171。
Ce 加速试验合金的时效硬化,含0.1%Ce 的ZA27和含0.15%Ce 的ZA43分别时效到10、15min 时出现硬度最大值HV190和H V185。
形成共格的球形GP 区是欠时效状态特征,硬度的峰值对应于球形GP 区与共格或部分共格的亚稳过渡相α″的混合状态,最后形成与基体非共格的平衡相η时,则达到过时效状态,导致硬度下降。
Ce 在α固溶体中的固溶图1 ZA43合金的铸态组织Fig .1 As -cast microstructures of ZA43alloy(a )—Without Ce ;(b )—With 0.15%Ce·7·第8卷增刊1 刘金水等:Ce 对Zn -Al 合金组织性能的影响图2 ZA27合金的铸态组织Fig .2 As -cast microstructures of ZA27alloy(a )—Without Ce ;(b )—With 0.10%Ce图3 含Ce ZA 43的铈复合化合物Fig .3 Chemical compound in ZA43with Ce 度非常小,时效时Ce 促使过冷α相以更快的速度形成GP 区,使时效过程出现硬度峰值的时间缩短。
Zn -Al 合金相变的重要特点是平稳的混合间隙(α′+α″)位于(α+η)两相区内[7](图7)。
快速冷却时共析转变受到抑制,α固溶体被过冷至共析温度以下的亚稳混合间隙(α′+α″)两相区内发生Spinodal 分解,同时形成GP 区。
由于应变能不大,GP 区主要按界面能最小原则而呈球状。
GP 区为预脱溶产物,在脱溶过程中会逐渐变为稳定相,其脱溶顺序为:富Zn 球形GP 区※α′正方※面心立方α′※η。
图4 合金的X 射线衍射图谱Fig .4 X -ray diffraction patterns of ZA43alloy(a )—ZA43alloy ;(b )—ZA43alloy containing 0.15%Ce图5 ZA27合金淬火时效曲线Fig .5 Quench -aging curves of ZA272.3 耐磨性·8·中国有色金属学报 1998年9月在固定的摩擦速度及润滑条件下进行连续润滑试验以测定材料的耐磨性,试验时的滑动速度为2.58m /s ,润滑方式为连续润滑,润滑油流速为480cm 3/min 。
以试块上的磨痕宽度来比较不同材料的耐磨性。
图7,图8和图9分别为磨损试验结果。
图6 ZA 43合金淬火时效曲线Fig .6 Quench -aging curves of ZA43图7 锌-铝相图[6]Fig .7 Zinc -aluminum phase diag ram[6]在试验条件下,锌合金的磨痕宽度随载荷增加而缓慢增大,这主要与磨擦界面温度升高导致界面层软化和润滑剂粘度降低有关。
合金中加入Ce 使合金的铸态组织细化,α相枝晶变得细长,由发达的树枝晶转变为“碎块状”细晶粒和少量细短枝晶,使组织更细密,硬相分布更均匀、细小。
同时含Ce 复合化合物质点在磨擦副中可提供支承作用,对提高合金的耐磨性有一定的效果。
2.4 Ce 的细化机理根据形成一次固溶体时原子尺寸对固溶度影响的经验规律,当原子半径差的相对值大于15%时,只能形成固溶度很小的固溶体。
Ce 的原子半径为1.825 ,锌,铝的原子半径分别为1.25 和1.431 ,铈与铝、锌的原子半径差的相对值分别达到27%和46%。
因此,Ce 在锌、铝中的溶解度极小,均不超过0.05%。
图8 Ce 对ZA27合金磨损特性的影响Fig .8 Effect of Ce on wear track w idth ofZA27alloy图9 Ce 对ZA43合金磨损特性的影响Fig .9 Effect of Ce on wear track widthof ZA43alloyCe 的原子半径大,在合金中固溶量极小(k <<1),即属于所谓“表面活性元素”。
晶体生长时富集在相界面上。
多元系结晶时平界面稳定的条件是:界面处的实际温度梯度应等于或大于液相线温度梯度。
例如,对于Zn -Al -Ce 三元合金系,成分过冷判据可表示为[8]·9·第8卷增刊1 刘金水等:Ce 对Zn -Al 合金组织性能的影响G /R ≥m Al C Al 0(1-K Al )K Al D Al-m Ce C Ce 0(1-K Ce )K Ce D Ce式中 G ———界面前沿液体中的温度梯度;K ———晶体的生长速度;m Al ———含Ce 量为C Ce 0时,Zn -Al -Ce 状态图液相面的斜率;m Ce ———含Al 量为C Al 0时,Zn -Al -Ce 状态图液相面的斜率;C A l 0,C Ce 0———分别为合金中Al ,Ce 的初始含量;K Al ,K Ce ———分别为Al ,Ce 的平衡分配系数;D Al ,D Ce ———分别为Al ,Ce 在液相中的扩散系数。
对于含Al 量一定的合金,平界面稳定的临界温度梯度将随合金中含Ce 量的增大而增大。