含鈧鋁硅合金熔煉工藝研究

《含鈧鋁硅合金熔煉工藝研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、中北大學(xué)2011屆本科畢業(yè)論文1緒論工業(yè)生產(chǎn)中,特別是在運輸機械的生產(chǎn)中,為了追求美觀和減輕自重、減少油耗，從而采用鋁合金代替鋼鐵材料的事實,已越來越為人們所公認(rèn)?，F(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大型、復(fù)雜和高強度化發(fā)展,優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件應(yīng)用日益增多,對鋁合金的綜合性能也提出了更高的要求,既要求有較高的力學(xué)性能,又要求具有優(yōu)異的鑄造性能。目前應(yīng)用廣泛的Al-Si系鑄造鋁合金是一種具有優(yōu)良鑄造性的工程用鋁合金材料,各國都有類似成分的牌號,見表1-1。表1-1各國鑄造Al—Si合金牌號及技術(shù)參數(shù)國家牌號抗拉強度/MPa延伸率/%中國ZL10122

2、01ZL101A2702ZL114A2902ZL1162902美國356.02073A356.02344A357.02833德國G-AlSi7Mg2302Wa/3.2371.6ISOAl-Si7Mg2301日本AC4C2263鋁合金密度小而強度高，故在航空航天工業(yè)鑄件中得到廣泛的應(yīng)用。在鋁合金中，Al—Si系合金具有優(yōu)良的鑄造性能，如流動性好、氣密性好、收縮小、熱裂傾向小等，但在未經(jīng)任何處理狀態(tài)下其力學(xué)性能卻一般。如果提高它的力學(xué)性能，尤其是強度、韌性同時都較高，使其能更為廣泛地應(yīng)用，一直是人們所關(guān)注的問題。第36頁共36

3、頁中北大學(xué)2011屆本科畢業(yè)論文高純凈度的熔體、理想的細(xì)化和變質(zhì)效果是鋁合金潛力發(fā)揮的重要條件。在高效的熔體處理的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)?shù)奈⒑辖鸹幚?，在不顯著降低合金韌性的前提下，進(jìn)一步提高其強度[1]。鈧(Sc)的密度低，在鋁及鋁合金中同時具有過渡金屬和稀土金屬這兩類金屬的作用，但效果卻比這兩類金屬對鋁合金的影響大。含Sc鋁合金強度高、熱穩(wěn)定性好，有強烈的時效硬化效應(yīng),是發(fā)展高強度、高耐熱性和高抗蝕性結(jié)構(gòu)鋁合金的一種新型微量添加元素。近十幾年來,含Sc鋁合金受到了材料界的重視,從基礎(chǔ)理論到工業(yè)應(yīng)用都進(jìn)行了大量的研究工作。美國

4、、日本和加拿大等國都作了不少研究工作,而我國在含Sc鋁合金的研究方面還處于起步階段。為了提高Al-Si系鑄造鋁合金的綜合性能,許多研究機構(gòu)從合金成分、熔煉工藝和熱處理工藝等方面進(jìn)行了大量的研究。1.1鈧的概述金屬鈧屬3d型過渡族金屬,與Ti、V、Cr、Mn等同周期,與La、Ce、Pr、Nd等同族,因此它兼有稀土元素、過渡族元素的特性。Sc在鋁及鋁合金中同時具有這兩類金屬的有益作用,但其效果又優(yōu)于這兩類金屬,是到目前為止所發(fā)現(xiàn)的對優(yōu)化鋁合金性能最為有效的合金元素。在鋁合金中添加微量鈧(千分之幾),就能對合金的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生明

5、顯的影響,使其強度、耐腐蝕性能、焊接性能等得到很大提高，可制取超高強(σb≥650MPa,δ≥10%)、高強可焊(σb≥550MPa,焊接強度系數(shù)≥0195),新型耐高溫(σb≥100MPa,工作溫度t≥350℃)等一系列鋁合金。鈧是鋁的強化劑,是鋁合金強有力的晶粒細(xì)化劑和有效的再結(jié)晶抑制劑。若添加量按摩爾分?jǐn)?shù)計算,鈧對鋁的強化作用比任何其它元素都要大。鋁鈧合金因此是一種集高強、高韌、低密、耐熱、耐蝕、可焊等優(yōu)異性能于一體的新型結(jié)構(gòu)材料,越來越引起國際材料界的高度重視。1.1.1鈧的性質(zhì)金屬鈧（Sc）：鈧元素的原子序數(shù)21

6、，是一種柔軟、銀白色的過渡性金屬，常跟釓、鉺等混合存在，產(chǎn)量很少，易溶于酸。一般在空氣中迅速氧化而失去光澤，主要存在于極稀少的鈧釔石中，可用以制特種玻璃及輕質(zhì)耐高溫合金等。鈧的原子量44.96,原子半徑1.664埃,沒有4f電子。鈧是一種很活潑的金屬,溶點1539℃,沸點2832℃,密度為2.995g/cm3。金屬鈧易與酸起作用,生成相應(yīng)的化合物,它在空氣中容易失去金屬光澤,在500℃～800℃第36頁共36頁中北大學(xué)2011屆本科畢業(yè)論文的條件下能夠被空氣中的氧氣所氧化,生成氧化鈧。此外,在高溫下還能與鹵素、氫、硫、磷、

7、氮、硅和硼等元素起作用,生成相應(yīng)的二元化合物。如果鈧生成化合物以后,則呈穩(wěn)定的正三價陽離子。例如,在一定條件下可生成Sc2O3、Sc(CH)3、ScCl3、ScF3、ScI3、Sc2(SO4)3和Sc(NO3)3等。由于金屬鈧具有許多特殊的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì),致使科學(xué)家對它極感興趣。因此,近年來鈧的應(yīng)用開拓,日益廣泛,效果顯著。鈧的氧化物、硝酸鹽、高氯酸鹽和硫酸鹽等鹽類,往往帶有結(jié)晶水,且性質(zhì)穩(wěn)定易溶于水。鈧在水溶液中某些性質(zhì)類似稀土,特別是重稀土,如生成草酸鈧,氟化鈧，硫酸鈧復(fù)鹽的沉淀物。鈧與酒石酸銨作用生成復(fù)鹽沉淀物,

8、在600℃下則分解生成氧化鈧。由于鈧及其化合物的制品獲得的時間較晚,故致使對鈧及其化合物的物理化學(xué)性質(zhì)的研究很不夠,基本參數(shù)不多,這在很大程度上限制了鈧和其化合物用途的開發(fā)利用。圖1-2給出了幾種稀土元素的電負(fù)性。圖1-2稀土金屬電負(fù)性與稀土元素的關(guān)系1.1.2鈧的用途70年代前,鈧及其化合物的產(chǎn)量少,