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(shí)的增強(qiáng)，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(diǎn)，在一定的程度上限制了其運(yùn)用。當(dāng)Al-Si合金中Si含量超過(guò)6％時(shí)，針狀以及粗片狀形態(tài)的Si相嚴(yán)重影響鋁合金性能，因此對(duì)Al-Si合金進(jìn)行變質(zhì)處理，能很好的提高鋁合金的力學(xué)性能。復(fù)合變質(zhì)劑的變質(zhì)效果比單一變質(zhì)劑的效果好，且復(fù)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(guān)系，最佳原子半徑比Rie

2、/Rsi=1.646時(shí)，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(duì)合金進(jìn)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(guān)，總體表現(xiàn)出材料的硬度越大其耐磨性越好，因此對(duì)鋁合金耐磨性的研究是延長(zhǎng)鋁合金工件壽命和擴(kuò)大其運(yùn)用范圍的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。
　　本文采用多套試驗(yàn)分析模型和理論，高能超聲分級(jí)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(guò)程中的攪拌作用，可以很好的控制稀土添加量的準(zhǔn)確性，避免燒損帶來(lái)的影響；Darken-Gurry固溶度橢圓模型說(shuō)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(dòng)力學(xué)模型形象生動(dòng)的模擬了溶質(zhì)在熔體中的擴(kuò)散；而固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論從理論上說(shuō)明

4、了合金的機(jī)械性能和價(jià)電子的本構(gòu)關(guān)系；故障分析樹(shù)模型使用簡(jiǎn)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(jī)理。
　　對(duì)稀土鋁合金的組織性能和斷口形貌進(jìn)行分析：加入適量的Pr/Ce能夠改變硅相的生長(zhǎng)方式，從變質(zhì)前的固有臺(tái)階生長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)PRE生長(zhǎng)機(jī)制生長(zhǎng)，使得晶粒細(xì)化和力學(xué)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(duì)Pr/Ce鋁合金耐磨性的研究：Pr/Ce添加量為0.6%時(shí)，試樣的耐磨性達(dá)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(jī)制從低速時(shí)的疲勞磨損、剝層磨損以及一定的熱軟化磨損到中速時(shí)的三體磨損到高速的穩(wěn)定磨損。
　　設(shè)計(jì)L13(45)四因素-四水平準(zhǔn)正交試驗(yàn)對(duì)熱處理工藝進(jìn)行正交尋優(yōu)并探討熱處理工藝對(duì)稀土鋁合金組織和性能的影響：固