稀土钇、铈变质真空差压铸造ZL114A合金的力学性能及蠕变机制

摘要

为进一步提升复杂薄壁铝合金构件力学性能，尤其是抗高温蠕变能力，基于真空差压铸造工艺，分别采用稀土钇（Y）、铈（Ce）元素对ZL114A进行变质处理。系统测试了样品硬度、拉伸性能、蠕变应变，观察分析稀土元素对合金组织结构演变的影响，揭示变质ZL114A蠕变机制及强化机理。结果表明，随着Y、Ce含量的增加，ZL114A力学性能均呈先增大后减小的趋势，最优稀土添加量为0.3 wt.%，此时蠕变应力指数分别为3.52和3.88，蠕变过程均由位错粘滞性滑移主导。稀土元素在提升成分过冷的同时可形成异质形核核心，故α-Al晶粒得到一定细化，共晶硅相由碎片状转变为纤维状，原枝晶组织逐渐球化并向等轴晶发展。此外，稀土Y倾向点块状析出，而富Ce相则呈丝带状组织，二者主要分布于晶界处并部分固溶于合金基体。稀土原子起到钉扎作用阻碍位错运动进而强化晶界，并抑制高温下Mg2Si粗化分解以及Mg元素扩散造成的耐热性弱化。归因于稀土原子尺度差异造成的分布形态不同，Y变质效果相对更好。