PDF《稀土钇对 7055 铝合金熔炼和凝固过程的作用机制》

Y3Al2:1090 ℃下通过固液同份熔化生 成;

Y2Al:1035 ℃下通过包晶反应生成. 稀土元素与铝生成的富铝稀土相,其生成温度远 高于铝熔点.因此,在铝中添加稀土且超过铝中溶解 度时,将生成富铝稀土相,并与铝形成共晶.因为 Al 量占优,所以在平衡状态下,与铝平衡的相很可能是 β 相(YAl3 中有 52.4%的Y) .生成的富铝稀土相熔点 高,且在高温下具有比铝高得多的强度,它们的存在 将阻止高温下晶粒长大和晶界滑移,起到晶界强化作 用,能提高铝及铝合金的高温强度. 2.3 Y 与Zn、Mg、Cu 其它合金元素的相互作用 Y 的活性强, 与其它合金元素有较强的结合能力, 容易生成金属间化合物.7055 合金中 Zn、Mg、Cu 等 元素和 Y 形成金属间化合物的能力不同,所以加入 Y 后也改变了合金中各元素的分布[7] . Y 与Zn 元素的作用.Zn、Y 结合能力强,主要 以Al、Zn 形成金属间化合物的形态存在于晶界,组 成物质 Y12Al3Zn.而Zn、Mg 结合能力弱,所以加入 Y 后会降低 η(MgZn2)相的生成数量. Y 与Mg 元素的作用.Mg 和Y形成化合物的能 力弱,大部分的 Mg 固溶在 α 相中. Y 与Cu 元素的作用. 在Cu-Y-Al 体系中, 有两种 化合物能够与Al 处于平衡状态,即Cu4YAl8 和Y(CuAl)4.547 ℃时发生下列共晶反应: 液体→Al+CuAl2+Cu4YAl8 (9) 共晶点成分为 34.2%Cu,0.5%Y.Cu4YAl8 属于四 方晶系,对提高合金高温性能非常有利[8] . 2.4 Y 对7055 合金凝固过程的作用机制 首先分析钇在铝合金中的溶解度.在同类稀土元 素中,钇在铝中的溶解度是相对较大的,650 ℃时溶 a b ・82・ 稀有金属材料与工程 第39 卷 解度为 0.17%(质量分数,下同),620 ℃时为 0.15%,

620 ℃时为 0.13%,500 ℃时为 0.08%.但比起 Zn、 Mg、Cu 等铝中高溶解度元素,其溶解度绝对数值较 小.这与钇和铝晶体结构差异有关:铝是面心立方结 构,而钇是密排六方结构,晶体结构的差异导致平衡 状态下稀土在铝及铝合金中固溶度较小.而在半连续 水冷铜模铸造时的非平衡状态下,冷却速度快,钇在 铝中的溶解度是过饱和的. 图2是7055 及0.25%Y-7055 铝合金的铸态组织. 由图可见,加入 0.25%Y 后,铝基体晶粒得到细化. 晶粒尺寸由原来的 60~70 μm 下降到 40~50 μm.加Y后的铸态组织中 α 相晶粒得以细化,这与 Y 在凝固过 程中的行为特征有关. Y 元素性质活泼,Y 电负性(1.2)比Al(1.5)小,溶 于铝液后,极易填补合金相表面的缺陷,降低新旧两 相界面上的表面张力,增加了形核速度;

同时还在晶 粒与合金液之间形成表面活性膜,阻止生成的晶粒长 大,使基体晶粒细化;

钇原子半径为 0.180 nm,铝原 子半径为 0.143 nm, 稀土固溶到铝中时形成置换式固 溶体,导致晶粒细化. 与Al 原子相比, Y 原子结晶到 α 相晶粒上时所放 出的热量要高[9] ,延缓了结晶进程.这样在相同条件 下Al 优先结晶,稀土就富集在相界前沿,而晶粒继续 长大需要足够的 Al 扩散到相界处, 而稀土的富集降低 了α相晶粒长大的速度,这样在成核率不变的情况下 就细化了晶粒.同时,稀土生长在枝晶前沿要放出较 多的热量,如果能量不能马上扩散掉,就必然会引起 Al 溶解,导致枝晶熔断游离,对晶粒细化有利. 图3是

7055、0.25%Y-7055 合金铸态试样晶界处 形貌.由图 3a 可知,........