PDF《稀土钇对 7055 铝合金熔炼和凝固过程的作用机制》

第39 卷第1期稀有金属材料与工程 Vol.

39, No.1

2010 年1月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING January

2010 收稿日期:2009-01-25 基金项目:国家

863 高技术研究项目(2007AA03Z548) ;

江苏省六大人才高峰项目(06-D-021) ;

江苏大学高级专业人才科研启动基 金(07JDG084) ;

教育部科学技术研究重点项目(207038). 作者简介:李桂荣,女,1976 年生,博士,副教授,江苏大学材料学院,江苏 镇江 212013;

通讯作者:赵玉涛,教授,博导,

电话: 0511-88791947 稀土钇对

7055 铝合金熔炼和凝固过程的作用机制 李桂荣,王宏明,赵玉涛,陈刚,陈登斌,韩剑,戴起勋 (江苏大学,江苏 镇江 212013) 摘要:以Al-Y 中间合金的形式,向7055 铝合金基体中添加稀土元素钇,主要讨论了钇在

7055 铝合金熔炼过程中的 热力学机制以及在凝固过程中的作用机制.结果表明:钇与熔体中氧、氢、氮、硫、铁等杂质元素有较强的结合作用, 起到了熔体净化效果.加入钇后,基体晶粒的尺寸从 60-70 μm 下降到 40-50 μm.原因是钇在铝中固溶度小,偏聚在固 液边界层,阻碍了 Zn、Mg、Cu 等溶质原子的扩散,造成凝固前沿的成分过冷,促进了胞状枝晶生长.界面处共晶体 数量增加,且尺寸较不加钇时减小. 关键词:7055 铝合金;

稀土钇;

热力学机制;

成分过冷 中图法分类号:TG135.1 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2010)01-0080-05

7055 属于七系列形变铝合金,具有比强度高、加 工性能好、抗腐蚀性能好等优点,广泛应用在航空航 天领域,是重要的结构材料[1,2] .但是从目前航空航天 材料发展需求看,要求材料能在高温条件下具有稳定 的刚度和强度,简称热强性.应运而生的新材料有金 属间化合物、金属基复合材料、新型 Ni 合金、Ti 合 金等,但成本较高.本研究拟将稀土加入

7055 铝合金 中,既能通过过程控制改善合金热强性,又能充分发 挥我国的稀土资源优势. 长久以来稀土在铝合金中的应用是个非常重要的 研究领域,在铸造铝合金中起到变质作用[3,4] .其中钇 (原子序数 39,5 周期ⅢB 族)较其它合金元素,在 铝合金中的溶解度大,逐渐成为材料学者关注的稀土 元素.再者,7055 合金是新近发展起来的高强高韧形 变铝合金,合金元素主要有 Zn、Mg、Cu 等,合金元 素含量几近 15%,凝固组织中合金相多,交互作用复 杂,并且要发挥铝合金高强高韧的特性,需要严格控 制合金组织中的缺陷数量,对熔体纯净度要求高[5] . 本研究以冶金物理化学的热力学为基础,分析钇在熔 炼过程中的净化效果;

并结合凝固组织和钇元素特征, 分析钇对

7055 铝合金凝固过程的作用机制.

1 实验配制

7055 及含钇

7055 合金的目标成分(质量分数 %, 下同)及加入形式为: 8.4-8.6Zn (纯物质) 、 2.2-2.4Mg ( Al-50Mg 中间合金)、2.0-2.2Cu ( 纯物质)、0.05-0.25Zr(Al-4Zr 中间合金)、0.25Y.其中主要的杂 质相是 Fe,含量要小于 0.08,其次是 Si,含量要小于 0.05.

7055 合金的熔炼温度控制在 720~740 ℃之间.首 先将纯铝在

30 kW 的井式电炉中熔化,过热到

740 ℃ 后加入预热至 200~300 ℃的纯 Cu、Al-Zr 合金.然后 降温到

680 ℃,加纯 Zn 块,靠自重下沉;

精炼后静 置1~2 min,升温到 730~750 ℃,用钟罩将炉料总质 量0.4%的精炼剂(主要成分 C2Cl6)一次性地压入熔液 中,静置时间 2~3 min,在熔体液面上均匀撒上粉状 清渣剂,以促使多余精炼渣与熔体分离,扒渣后再加 入Al-4.1%Y (真实成分) 中间合金. 温度降至