毕业论文-稀土元素Ce对铝铜合金组织性能影响的研究精选.doc

稀土元素Ce对铝铜合金组织性能影响的研究 安徽农业大学经济技术学院 11机制 合肥 摘　要　高强度铸造铝合金具有良好的室温和高温强度,但它的晶粒细化程度一直是制约其发展的瓶颈。通过对合金的结晶条件、细化晶粒和抑制其再结晶行为进行测试,研究了微量合金元素(Cu,Si,Ce,Mg,Mn)对铝合金晶粒细化性能的 影响。其结果表明，Cu,Si,Ce,Mg,Mn合金元素能使铝合金的晶粒细化程度提高;加入质量分数为2%的Si会使合金的再辉现象非常严重,导致合金不可能有很高的强度而很快断裂;与其他AlCu4.5Si合金相比,AlCu4.5Si3合金具有很强的补缩能力,断裂应力值最高;La的加入能缩小二次枝晶间距,明显提高合金的抗热裂性能。 关键词:树枝晶　铸造AlCu合金 补缩 等轴晶 热处理 1、绪论 随着航空航天、新型高速列车、汽车、船舶制造业技术的飞速发展，传统的金属材料已经逐渐被工业生产淘汰，取之而来的是更为优秀的新型合金材料。镍合金、钴合金、钛合金、铝合金、不锈钢及其它特种金属已经是航空航天的主导材料。这些优秀的新型材料会在保证使用强度的前提下，减轻使用的重量以及成本，以提高运载能力和速度。密度小，强度高的合金当然会取代传统的金属材料，成为21世纪最受欢迎的材料。因为在地壳中铝的含量为最高，所以成本比较低，强度也非常优秀，所以在工业生产制造中铝合金成为工业中很受欢迎的发展对象。铝合金优点有：质量轻，延展性好，强度高，可回收再造率高，较环保的一种新型材料。很多国家和领域都在不断地探索和发觉铝合金更大的潜力，并不断的优化其物理和化学性能，使其具有人们所需要的使用力学效果外，还具有抗化学变化的储存和延长其使用寿命效果。目前Al-Cu系铸造铝合金是一种具有优秀铸造性能的工程铝合金材料世界各国都有类似的成分牌号。 表1-1 各国铸造Al-Cu合金牌号及技术参数 国家 牌号 抗拉强度/MPa 延伸率/% 中国 ZL201 220 1 ZL201A 270 2 ZL202 290 2 ZL203 290 2 美国 356.0 207 3 A356.0 234 4 A357.0 283 3 德国 Almelec 270 3 铝合金密度小而强度高，因此在高端的航空领域应用广泛。在各种铝合金中，Al-Cu系合金铸造性能优良，比如可塑性好，气密性好，延展性好等，但是在自然界中经过简单的提取后其力学性能确实一般，因此要通过一些外界的干预，提高其力学性能，使其拥有较理想的强度和韧性，因此人们在不断的探索更优良的工艺及细化晶粒的催化剂。纯度比较高的熔体、和理性的细化变质效果是铝合金潜力发挥的重要条件。因此，人们探索发现各种工艺和催化剂旨在于此。铈（Ce）的密度低，在铝合金和铝材料中同时具有过渡金属和稀土金属这两类金属的作用，效果却比这两类金属对铝合金组织性能的影响大。含Ce铝合金强度高，热稳定性好，有强烈的失效硬化效应，是发展高强度，耐高温和抗腐蚀性结构铝合金的一种微量添加元素。近些年来，含Ce铝合金收到金属材料界的重视，从大量的理论基础和实际工业生产中都做了不少研究，西方欧美国家在这方面起步要比我过早，我国目前还处于起步阶段。 1.1铈（Ce）的概述 铈（shì），原子序数58，原子量140.115，元素名来源于小行星谷神星的英文名。1803年德国化学家克拉普罗特、瑞典化学家贝采利乌斯分别发现了铈的氧化物。铈的天然稳定同位素有4种：铈136、138、140、142。铈在地壳中的含量约0.0046%，是稀土元素中丰度最高的。为铁灰色金属，有延展性，熔点799°C，沸点3426°C，密度6.657克/厘米3。铈是除铕外稀土元素中最活泼的。铈在室温下很容易氧化;在冷水中缓慢分解，在热水中反应加快;大多数铈盐及其溶液为橙红色到橙黄色，具有反磁性和强氧化性。二氧化铈用于抛光精密玻璃制品，也可做玻璃去色剂和用于生产有色玻璃，硝酸铈用于制造白炽灯罩。 1.1.1铈的性质 金属铈（Ce）：铈元素的原子序数58，铈是一种银灰色的活泼金属，粉末在空气中易自燃，易溶于酸。主要存在独居石和氟碳铈矿中，也存在于铀、钍、钚的裂变产物中。常由氧化铈用镁粉还原，或由电解熔融的氯化铈而制得。在地壳中的含量约0.0046%，是稀土元素中丰度最高的。铈主要存在独居石和氟碳铈矿中，也存在于铀、钍、钚的裂变产物中。常由氧化铈用镁粉还原，或由电解熔融的氯化铈而制得。铈在室温下很容易氧化，在空气中很容易失去光泽，用刀刮即可在空气中燃烧（纯的铈不易自燃，但稍氧化或与铁生成合金时，极易自燃）。加热时，在空气中燃烧生成二氧化铈。能与沸水作用产生氢氧化铈，溶于酸，不溶于碱。铈也能在卤素中燃烧，如在氯气中燃烧，产生三氯化铈(CeCl)：2 Ce + 3