镧铈混合稀土对AlSi10MgMn合金组织及性能的影响

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作为铸造铝合金中的一个重要系列,铝硅合金由于机械性能、可铸性及耐蚀性良好,在汽车及航空、航天等产业有着广泛应用。在铸造铝合金中添加稀土La和Ce可以净化合金液、细化晶粒、改善组织,从而显著提高合金的铸造性能和力学性能。因此,研究混合稀土镧铈在铸造铝合金中的作用对开发新型高性能铝合金具有重要指导意义。本实验采用重力铸造的方式,以自行设计的AlSi10MgMn合金为基体合金,添加不同成分的镧铈混合稀土,共制备四块稀土含量不同的AlSi10MgMn合金板材作为研究对象。采用光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度及室温拉伸测试等手段,研究不同稀土添加量对AlSi10MgMn合金铸态和固溶态组织及性能的影响,并对0.1wt%RE合金的热处理工艺进行了探究。研究结果表明:混合稀土(La,Ce)对AlSi10MgMn合金中的α-Al、共晶硅、Mg2Si及AlMnSi相有不同程度的细化作用。加入稀土后,β-AlFeSi相消失;α-Al和共晶硅尺寸减小;呈粗大花瓣状的Mg2Si相转变为细小、弥散的颗粒状;块状AlMnSi相减小,并随稀土含量增加,有从粗大块状→Y字形骨头状→鱼骨状→条状的变化趋势。加入稀土(La,Ce)还生成了具有强化作用的Al11La3和Al11Ce3稀土相。少量稀土(La,Ce)的加入可提高合金的硬度和抗拉强度,但降低合金的延伸率;稀土含量过高将降低合金的硬度和强度,而延伸率增加。铸态AlSi10MgMn合金中加入0.1wt%RE后,合金的组织及综合性能较好。此时共晶硅长度为25.88μm、SDAS为34.07μm、α-Al长宽比为3.86,合金的硬度、抗拉强度及屈服强度分别为82.76HV、373.05MPa和281.37MPa,较未加稀土合金分别提高了12.95%、17.29%和43.44%,延伸率为2.26%,降低了11.37%;在530℃,6.5h固溶处理条件下,添加0.1wt%RE合金的组织及综合性能较好,显微组织中的共晶硅颗粒较小,硬度、抗拉强度和延伸率分别为109.92HV、424.84MPa和2.72%,较铸态下分别提高了32.82%、13.88%和20.35%;含0.1wt%RE合金的最佳热处理工艺为530℃,6.5h固溶,170℃,9h时效。此时合金中存在大量的β?相,并且还析出少量细小、弥散的稀土相,硬度、抗拉强度分别为160.99HV和563.41MPa,较铸态合金分别提高了94.53%和51.03%,延伸率为2.25%,减小了0.44%。铸态AlSi10MgMn合金断口处存在大量的AlMnSi、共晶硅及少量的Mg2Si相,为脆性的解理和沿晶混合型断裂,稀土(La,Ce)的加入、固溶处理及时效处理对合金的断裂方式基本无影响。
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