Pr-Ce鋁合金的制備及性能研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保和節(jié)能意識的增強，鋁合金以其特殊的性質(zhì)深受人們的親睞，但是鋁合金也存在質(zhì)軟、易粘著、摩擦系數(shù)高、耐磨性差等缺點，在一定的程度上限制了其運用。當Al-Si合金中Si含量超過6％時，針狀以及粗片狀形態(tài)的Si相嚴重影響鋁合金性能，因此對Al-Si合金進行變質(zhì)處理，能很好的提高鋁合金的力學性能。復合變質(zhì)劑的變質(zhì)效果比單一變質(zhì)劑的效果好，且復合稀土變質(zhì)具有疊加作用。稀土作為變質(zhì)劑的變質(zhì)能力和原子半徑有著直接的關系，最佳原子半徑比Rie

2、/Rsi=1.646時，變質(zhì)效果比較好，稀土Pr/Ce與Si的原子半徑比分別為1.573和1.556與最佳原子半徑比比較接近，在理論上可以很好對合金進行變質(zhì)。稀土變質(zhì)后的稀土鋁合金材料的性能能夠得到很好的提高，而合金耐磨性的研究和合金的硬度相關，總體表現(xiàn)出材料的硬度越大其耐磨性越好，因此對鋁合金耐磨性的研究是延長鋁合金工件壽命和擴大其運用范圍的一項基礎性工作。
　　本文采用多套試驗分析模型和理論，高能超聲分級制備三元中間合金，并將

3、制備的三元中間合金添加到Al-7Si-Mg鋁合金中配制出不同Pr/Ce添加量的稀土鋁合金：聲流模型仿真了高能超聲在熔體熔煉過程中的攪拌作用，可以很好的控制稀土添加量的準確性，避免燒損帶來的影響；Darken-Gurry固溶度橢圓模型說明稀土Pr/Ce在鋁中的固溶度極小，只能是偏聚在相界、晶界和枝晶界、固溶在其他化合物中或以穩(wěn)定的金屬間化合物這幾種形式存在；動力學模型形象生動的模擬了溶質(zhì)在熔體中的擴散；而固體與分子經(jīng)驗電子理論從理論上說明

4、了合金的機械性能和價電子的本構關系；故障分析樹模型使用簡單的數(shù)理邏輯分析方式逆向分析拉伸試樣的斷口斷裂發(fā)生途徑、原因、以及發(fā)生的概率，從而解釋斷裂的方式和機理。
　　對稀土鋁合金的組織性能和斷口形貌進行分析：加入適量的Pr/Ce能夠改變硅相的生長方式，從變質(zhì)前的固有臺階生長方式轉(zhuǎn)變?yōu)門PRE生長機制生長，使得晶粒細化和力學性能提高；Pr/Ce的添加改變了斷口的斷裂方式，基體材料的斷口形貌為穿晶型的脆性斷裂，而稀土合金材料都以沿晶的

5、塑性斷裂為主，穿晶斷裂為輔。
　　對Pr/Ce鋁合金耐磨性的研究：Pr/Ce添加量為0.6%時，試樣的耐磨性達到較好狀態(tài)，以穩(wěn)定的磨粒磨損為主；隨著滑移速度的增大，試樣的耐磨性得到較好的提升且穩(wěn)定性也得到一定的優(yōu)化；磨損機制從低速時的疲勞磨損、剝層磨損以及一定的熱軟化磨損到中速時的三體磨損到高速的穩(wěn)定磨損。
　　設計L13(45)四因素-四水平準正交試驗對熱處理工藝進行正交尋優(yōu)并探討熱處理工藝對稀土鋁合金組織和性能的影響：固