稀土元素镧对亚共晶铝铁合金组织及性能的影响

摘要

铝铁合金具有低密度、高硬度、良好的耐热性、耐磨性、抗腐蚀性等诸多优良性能，使得铝铁合金在汽车、兵器、航空航天等领域具有十分广阔的应用前景。铝铁合金中Al3Fe等金属间化合物属于脆性化合物，且形状多为针状或片状，割裂基体较为严重，容易产生应力集中，显著降低铝铁合金的力学性能。因此，研究稀土元素镧对铝铁合金组织及性能的影响对铝铁合金在工业方面的生产和应用具有重要意义。
　　本课题以内蒙古中拓铝业股份有限公司生产的铸态和轧制态铝铁合金为研究对象，主要用于铝塑复合膜中间层的铝箔制品，采用微观组织观察、扫描电镜分析、显微硬度测量、力学性能检测的方法，系统地研究了稀土元素镧对铝铁合金组织及性能的影响。
　　以Al-1.25Fe合金、Al-1.89Fe合金、Al-2.98Fe合金为代表，对不同镧元素添加量的亚共晶、共晶、过共晶铝铁合金的铸锭进行分析可知，铝铁相在Al-1.25Fe合金中大多分布在晶界处，在Al-1.89Fe合金、Al-2.98Fe合金铸态组织中多以长条状分布。镧元素添加量较少时，镧元素对Al-1.25Fe合金的影响主要为晶粒细化，使大小不均匀的晶粒尺寸更加均匀;镧元素对Al-1.89Fe合金、Al-2.98Fe合金的影响主要为变质作用，不同程度地细化了铝铁相。镧元素添加量较高时，镧元素在Al-1.25Fe合金铸态组织的晶界处偏聚，镧元素在Al-1.89Fe合金、Al-2.98Fe合金中出现较大的条状或块状的铝镧相，合金的性能下降。Al-1.25Fe合金的硬度整体低于Al-1.89Fe合金、Al-2.98Fe合金的硬度，当镧元素添加量较低时，镧元素的主要作用为固溶强化作用，硬度升高;镧元素添加量稍高时，起到细化晶粒和变质作用，其中细化晶粒使硬度上升，变质作用细化粗大的硬而脆的铝铁相，使硬度降低;镧元素添加量更高时会发生偏聚，起到第二相强化作用，硬度上升。
　　以Al-1.42Fe合金为代表，对不同镧元素添加量的轧制态亚共晶铝铁合金进行分析可知，热轧板、冷轧板及退火板中铝铁相的形貌一般为长条状且平行于轧制方向，添加少量的镧元素后铝铁相均得到了明显的细化;当镧元素添加量较高时，铝镧相在铝基体中广泛分布，部分铝镧相的尺寸较大，对合金的性能有极为不利的影响。冷轧板、退火板及热轧板的硬度依次降低，且不同镧元素添加量时的变化规律同镧元素对铸锭的影响类似。冷轧板的抗拉强度在不添加镧元素时和镧元素添加量为0.4wt.％时较高，退火板的抗拉强度在不添加镧元素和镧元素添加量为2.0wt.％时较高。冷轧板的延伸率整体较低，部分退火板的延伸率偏低，与冷轧板的延伸率接近，仅在镧元素添加量为0.2wt.％和1.5wt.％时延伸率较高。
　　综合分析稀土元素镧对铸态和轧制态铝铁合金的影响可知，对于铸态铝铁合金，Al-1.25Fe合金铝铁相大多分布在晶界处，添加镧元素后晶粒细化效果明显，且有一定的变质效果;Al-1.89Fe合金、Al-2.98Fe合金的组织中存在粗大的铝铁相，且通过添加稀土元素镧和均匀化处理的方式均不能完全消除，Al-1.25Fe合金属于亚共晶铝铁合金，因此认为亚共晶铝铁合金在进行轧制工艺时性能更好。通过对热轧板、冷轧板、退火板的微观组织、元素分布、显微硬度、抗拉强度和延伸率分析可知，在镧元素添加量为0.2wt.％时，Al-1.42Fe合金的微观组织较好，铝铁相细化明显且分布均匀，颗粒状的铁元素和镧元素分布均匀，合金的显微硬度和抗拉强度适中，延伸率较好。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 铝铁合金研究现状

1．3 铝箔的生产工艺及技术水平

1．4 稀土元素对铝合金的影响

1．4．1 稀土铝合金概述

1．4．2 稀土元素在铝及其合金中的作用和机理

1．4．3 稀土元素镧在铝合金中的作用

1．5 课题的研究目的、内容和技术路线

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

2．1 实验材料

2．2 热处理实验

2．2．1 均匀化处理实验

2．2．2 退火实验

2．3 微观组织观察

2．3．1 金相组织观察

2．3．2 扫描电镜观察

2．4 力学性能测试

2．4．1 维氏硬度试验

2．4．2 室温拉伸试验

第3章 稀土元素镧对铝铁合金铸态组织及性能的影响

3．2．1 稀土元素镧对Al-1．25Fe合金铸态组织的影响

3．2．2 稀土元素镧对Al-1．89Fe合金铸态组织的影响

3．2．3 稀土元素镧对Al-2．98Fe合金铸态组织的影响

3．3 稀土元素镧对铸态铝铁合金硬度值的影响

3．3．2 稀土元素镧对铸态Al-1．89Fe合金硬度值的影响

3．3．3 稀土元素镧对铸态Al-2．98Fe合金硬度值的影响

3．4 讨论

3．4．1 不同成分铸态铝铁合金铝铁相分布及镧元素对铝铁相的影响

3．4．2 铁元素与镧元素在铸态铝铁合金中的强化作用

3．5 本章小结

第4章 稀土元素镧对轧制态Al-1．42Fe合金组织及性能的影响

4．1 引言

4．2 稀土元素镧对热轧板组织及硬度值的影响

4．2．1 稀土元素镧对热轧板组织的影响

4．2．2 稀土元素镧对热轧板硬度值的影响

4．3 稀土元素镧对冷轧板组织及性能的影响

4．3．1 稀土元素镧对冷轧板组织的影响

4．3．2 扫描电镜分析镧元素与铁元素在冷轧板中的分布情况

4．3．3 稀土元素镧对冷轧板硬度值的影响

4．3．4 稀土元素镧对冷轧板力学性能的影响

4．4 讨论

4．4．2 铁元素与镧元素在轧制态Al-1．42Fe合金中的强化作用

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

附录

参考文献