稀有元素对铝管的影响.pdf

轻夸仝 I技术 稀土 元素对某些铝合金组织和性能 的影响 帕招 的 影 素时 能 饵土 蔓 关 键 词铝 合 金稀 土 元 素 时 效 组 织r 唾 能 J 一 一一 f 台盒中的作用和 响 1前 言 2试 样 的 制 备 和 测 成 稀 士元 素 芷自然 界中 分布极 为广 泛 一 而 拽 嘲的 精土 元 素 资源 卫相 当 富 因 此 稀 t 元 素被应 明到 备个领域 尤其 在有 乜金属 朋 工行业 型 勾普遍 稀 土元 素也进入 j 铝 台金 领域 一 般 认 为 在锅 台金中加入少 量的稀土元 素 可起副 做 台金 他的怍 甩t 褥土 元素和氢有 投 强的 采 和力 与氢生成熔 点高的 化台物 故它 有一定 的除氢 精烁 净 化的作 用 可改 静铝锭 的 内 部质量 工艺性能 目前 国内的科技 工作 者对 舍 稀土的 铝 台 金做 了大量 的研 究工作 本 文通过添加 微量稀 土元 素 用 富铈 型混 台稀士 作 为台金 化元 素 下 同 射 7 5 2 0 2 4 LF 2 l合金组 织和性髓进行研究 力图从本质上揭示衙1土 原 材 料 为 A g 9 7铝 锭 混 音 稀 士 禽 5 0 左如铈 余 为其 它 稀 土元 素 AI Cu AI M AI C r Aj Ti t p问 台 纯钱 目 锌 锭 用石墨坩埚在境式 电阻炉 内熔炼和配 制 旨金 经 直接 水冷半 连续 铸造 成 5 2 2 0 0毫 米 扁锭 轧制碱板 材 2 D 毫 l米左 右的薄 板 再根据需要进行相应的热 址理 配 制的 7 0 7 5 2 0 2 4和 L F 2 I 的 化 学 战 分 见表 I 2和 3 察 显微组织 在 DX A1 1 0型 电 子显微 镜和 Ne p h I 2型金相 显微镜 上进 行 板村机 械性能和腐蚀性能按常规方法测 试 轰 1 7 0 7 5台 金 的 化 学 成 分 Cu M J l 1 5l 口 一 一 O 1 9 0 I 5 0 5 3 5 O 06 9 D 2 王 a r 0 1 6 0 I 8 0 I 3 5 4 4 0 O 0 J 9 0 1 0 0 0 I 7 0 2 3 0 1 d 5 1 8 0 0 3 4 O 1 0 0 I 64 2 1 5 8 靠 d 0 2 6 0 1 1 5 2 7 0 0 3 6 O 1 5 0 2 7 5 3 1 O l 1 5I r Re点乐濉 韩 1 FM 王 莉 悔 t 末北轻 台 全 加 工 厂 科 研 所 工程 师 邮 编 5 0 0 6 0 哪 维普资讯 3 8 轻告金加 技术 1 9 9 4 Vo I 2 2 I V Y 9 衰 2 2 0 2 4含 盒 的 化 学 成 分 M 01 4 4 l 1 53 0 70 仉 1 4 扎 l 2 m l 5 0 2 4 4 2 1 5 6 0 6 4 0 l 5 0 1 0 1 5 0 0 84 0 3 4 4 6 l 57 0 80 O 1 B O O8 a 0 1 5 O 22 0 4 4 4 2 1 5 6 0 67 0 1 6 0 0 8 6 0 1 5 0 40 衰 3 LF 2 台 金 的 化 学 成 分 M M B 0 0l l 3 3 0 4 7 0 0 6 2 0 l 5 0 0 5 0 1 l O l 0 一 O O 2 1 3 3 0 5 3 0 0 7 5 0 1 5 0 05 0 1 1 0 1 0 0 08 6 0D 3 1 3 7 0 5 8 0 0 4 0 l 5 0 0 5 0 1 l O t 0 0 2 24 0 0 4 1 3 8 0 56 0 0 6 5 0 1 5 O 0 5 0 1 1 0 1 O 0 3 l 3试 验 结 果 和 讨 论 3 1 话 对 7 0 7 5舍金 的 响 图 l 示 出了 稀土 元 素对 7 0 7 5台金 显 馓 组织的 影响 图 l a 为 7 0 7 5合金 铸态经均匀 化处理 后的 显微 组织 除均 匀 化过程 中的析 出相以 外 可 见到 一定数 量的大块 化台物 经电子探 针 分析证 实 它 们是 由稀土元 素和合金 化元 圈 l a 7 0 7 5合 全 铸 态均 匀 纯 组 织 含 0 J Re 2 0 0 素或杂质元 素构成 的一种难 熔化 合物 一 稀土 元 素的含量越高 化合物的数量越多 这种 化 合物 经过 轧制变 形可 以破碎 一部分 破 碎后 的化合物仍 沿轧 制方向排列 同时 变形 也使 得这些非共格的化合物与基体形成强烈 的畸 变 当这些局部应变超过临界值时 化合物质 点就 与基体分 离形成 微小裂纹 降 低 了裂纹 扩展 的阻 力 显然 这种大块的 稀土化合物是 有 害 的 圈 I b 7 0 7 5 3 7 3坂 材 不 合 R e O AI 相 PFZ GBP 4 8 0 0 维普资讯 9 9 4 Vo 1 2 2 N 9 轻台仝加I蛙术 图 c 7 0 7 5 T 7 3板 材 含 0 t 6 Re O Al 7 相 GBP 4 8 0 0 观 察时效 状态 下的 7 0 7 5台 金板 村的显 散组 织 在 T 6状 态 下 发 现 当稀 土 较 低 时 0 1 R e 析出相 被细 化 l 稀土元 素含量 增 加时 基体 中又出现较 多与 Mn相 伴生的 呈弥 散分布 的稀土 相 这 是因 为稀土元 素可 以提高同 一温度下 溶质一空位 集团的稳定 性 使其达到更 高的过 饱和 度 析 出相便会更 加细小 由于稀土元 素形成 了难 熔的化合物 当稀土含量较 高时 不再有 细化 效果 所以 圈 2 Re畸 7 0 7 5 T6 一T 7 3 板材 强度 的 影 响 1 和 2分 别 为 T6状 态 的 和 a o I 3和 4分别 为 T7 3状 惠 的 0 b和 盯 口 2 含稀土 元素的性能 曲线 见图 在稀土含 量 为 0 1 R e处 出 现 峰 值 后 呈 下 降 趋 势 7 0 7 5 一T 7 3扳村 的 显微 组织 如 图 I b c 所示 其 中 b 不含 稀土元素 n 相 析出较粗 大 晶间无析出带 P F Z 很明显 晶 界析出相 G BP 不连续 I c 为含 0 1 6 R e的显微组 织 与 b 比较 晶 内析 出相 更 加细密 几乎 见不到晶 界无 析 出带 晶 界析出相 基 本上 为 连续分布 显然 含有稀土元素的这种组织特 征将使晶间腐蚀性能明显变坏 实验测定结 果 表 明 含 D 1 R e 0 1 6 4 R e及 0 2 7 5 Re 的 7 0 7 5合金板村晶间腐蚀均 为三级 其机械 性 能 的 变 化趋 势 图 2 也 与 组 织形 态 相 吻 合 3 2 稀土元素对 2 0 2 4合金的影响 图 3示 出了 稀土 元 素对 2 0 2 4台金 显微 组织的影响 图 3 a 为 2 0 2 4合金 的铸 态组 织 图中黑色的 以典晶形式 存在于枝晶网上 的相 即为稀土相 它 经加热后 大部分 以弥散 的形式 呈椭球状析 出 数量也 随着稀 土元 素 含量的增 加而增多 并与 Mn相 伴生 它 们主 要在晶 界附近富集 从 而改变 了基体 与晶 界 处的化学性 质 导致晶 界腐蚀性 能变坏 与 7 0 7 5板 材 的时效 状 态相 比 2 0 2 4的 析出相在 加入稀土元 素后不是变 得 细小 而 是 明 显 长 大 见 图 3 b c 这 并 不 是 稀土 元 素对 两种合金 的作 用不 同 而是它们 自身 圈 3 a 2 0 2 4铸 态 含 0 4 Re 2 0 0 维普资讯 I O 轻 仝 自 持点 淡 i的7 0 7 5台盒 必颈 在惦 羿形 校温 度 T c 以下 卞游均 撰成梭 稀士元索的 加 入 使 原 先 Tc泓 瘦 下溶 质 一 空 位 的 过饱 和 度 提 高 所 得 刊 的 是 纲 小 的 析 出 相 而 2 0 2 1台会 存 在 T c温度 鞣土 元 素与萁 f J 的 台盘北 尤 索 C u Ms等形 或 了难 熔的金靖 阃 f E台物 降 低了 S相 析出所需 要的溶质浓 度 S帽晶 抟减少 故导致 S相尺 寸增大 组 织决定 f性能 观察 帅2 台金的性能曲线图 J a t i 就可发现 当加入稀 土元紊后 随其 含量的增加 由于较 l 夫舳 S相 形成 强度曲 凋 3 b 2 0 2 re板 柠 不 舍 Re e l酬AI S相 4 8 0 0 0 t 00 1 V L I 2 N2 9 线 呈现 下降 均势 Re小 于 0 I 时 强 度 下 降得不 明显 阻 Kl c值 育上 升趋 势 这是因 为 步量的稀土元素没有使 S桕长 得太大 阿时 2 0 2 4台金中稀 土相 椭球 悉析 出 订一定 的 弥敬强 化效果 已经长 大的 S相 比未 加入 稀土时更有和 于位错运动 使位借均匀分布 作 为弥敞相分 布的稀土栩 不易形成 尖角处的 应力集中 这些因素掷有利于K c 提高 从这 一 点 来看 当 Re 0 I 时 对 2 0 2 t板 村力 学性能 的改 善是 百好处的 但 是腐 蚀 试骑 丧 明 稀土元 豢劬 枷 啊蛘 也他商蚀性能 变坏 图 3 c 2 0 2 4 q 6饭 材 含 0 2 2 R e n A 粗 大 的 S 相 4 8 0 0 0 I R 圜 砷 土毛素对 2 0 2 4 T6板材性能 的 影响 a 一Re对 强度的影响 b 一Re对 K1 c的夥响 维普资讯 轻台全加I技术 3 3稀土 元 素对 L F2 1合 坌 的 影 响 囝 5示出 J 稀土 元素对 L F 2 I合盒显 微 组织的影响 图 5 a 为 L F2 I 的 铸态组织 A 处 j 片状的 F e Mn AI 相 与不含精土的组织 相 比 敬 量 明 显 增 多 B 址 为 台 稀 土 元 素 的 AI C e相 可 稀 f 元素改变了 L F 2 I 中的 相组成 从而 致帆j 9 髭 性能的变 化 对 于 叮热 心理 的 L F 2 I合金 稀土 元 素可 直 接 影响 I i j 埔 品 过 程 由于 稀土 元 素 占 据 厂L F l裔 l f Mn的 妪阵位置 Mn被置 j LF 2 I合 全 铸 志 舍 0 3 I Re 5 0 0 因 5 b 不 含 R e 5 1 5 C 1 h 盐 浴 炉 退 火 2 0 0 换 出来 即 Mn会更 多地 以化合物形 式析 出 所以加入稀土元 素后 F e Mn AI 相增 多 Mn 的固溶 含量相对降低 故再结晶温度降低 观 察 再 结 晶状 态 的 显 微 组 织 见 图 5 b c 含稀土元 素的再结 晶晶粒 比同一退 火温 度下 不含 稀土 元 素的要细 得多 前者 的晶粒 粗大 并 沿轧制方 向排 列 后者则是较等轴的 再结晶晶粒 晶粒尺 寸也较小 说明稀土元素 加速了再结晶过程 使 再结 晶过程提前进行 电镜观察的结果也证 实 了这一点 我 们还 测 定了 L F 2 合金 的 电导 率 当 稀土 含量较 低 0 1 Re 时 电导 率上升 随着稀土含量的增加电导率 又下降 综 上 所述 不难 看 出 稀土 元 素 对 7 0 7 5 2 0 2 4 及 L F2 l 台金的 影响 虽然因合金本 身 特 点不 同 而组 织各异 从而 有 不同 的影响 但还是有 一定 的规 律性 稀土元 素易于和 合 金 中的合金 化元 素及杂 质元 素相 互作 用 从 而改 变合金 中的相组成 影 响变形 以及时 效 过程 呈弥散分布的稀土相有一定的强 化效 果 还 可以起到细 比晶粒 的作用 l 由于稀土元 素在 铝合金中 的溶 解度非常 低 它 常 以大块 难熔 化合物的形 式出现 使 机械性能 腐蚀性 能等 变坏 所以必 须严格 限制稀土 在铝 合金 中 的 含 量 囤 5 c 含 0 2 2 R e 5 I 5 C h 盐 浴 炉 退 火 2 0 0 CF转第 3 2页 维普资讯 3 2 轻台空加工技术 9 9 Vo 1 2 2 9 b H 为截面 的宽度和高度 毫 米 对 该 模 具 O 8 0 0 4 6 l 9 d 5 3 5 4 千 牛 4 6毫 米 q 1 I 6 4千 牛 毫 米 J 3 9 8 0 毫 米 6 一 l J 6 4 d 6 6 2 2 0 3 9 8 1 0 0 0 7毫米 l毫米 故满足挠度 变形要求 4结束语 采 用特殊结构 的模 具后 生 产大 悬臂型 村 的困难基 本 上得到解决 提 高 了模 具的使 用寿命 为今后生 产这类 型材提供 了一 种行 之 有效的途径 也 是工厂 生产大悬 臂型材 模 具的较好设计方法 对该结构填与其 他结构 模进行 比较后 可得出如下结论 1 该 结构 模与 分流组 台摸结构相 比 挤 压力 降低 l 2 制 模 费 用降低 2 5 制 模周 期 缩 短 一 半 2 该结 构模 与一般前置 保护模 结构 相 比 模 具寿命提 高 2 0倍 实际 摸具挤 压试 验 表明 前者经 几次重 复氯化后 寿命 可达 5吨 以上 而后者仅挤 2 0 0 3 0 0公斤就 使横具悬 臂部分变 形 参考文献 l 许 其 亮 t 建 麓 铝 型材 生 产 西 安 冶 金 建 筑 学院 出 扳 J 9 8 9 I 接第 2 B页 上限 温度 并规定挤 压模子 及压挤 垫片 不允 许抹油 冷轧管时控制送料量 最大不超过 5 0 毫米 使轧翩管材表 面质量均 匀 采取 以 上措 施保证 了焊 缝质 量 用户在管村 扩 径时 开裂率只有 低于传统工艺生产的管材 扩径开裂率 3 力学性能 空调 机厂 需要 的 L 3 Y 8毫 米 0