Er对5083合金微观组织及力学性能的影响.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 华6 期 E r 对5 0 8 3 合金微观组织及力学性能的影响 则永雕，黄珲，林双乎，剃扬邦，聂祚簪 北京工业大学材辩科学与工程学院．北京1 0 0 0 2 2 摘要采用传统的铸锭冶金法制备实验含金，利篇控律试验、金穰组织观察、S E M 扫描氍及T E M 透射簿 实验方法，研究了稀土既索E r 对5 0 8 3 合金缴观组织及力学性隧的影响。结果表明，稀土元素E r 的加 入，在结鼹过程中形成7 一牵争短大化会秘，这莉掇走纯舍物对念佥的力学镘艨不利。 美毽逶5 0 8 3 舍金；显徽缀缎蘧} 太镌会凌l 秀孥霞熬；E r 中图分类罨T G l 4 6 ．2 1文献标识码A嶷章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 2 0 0 8 0 6 一0 0 2 7 一0 4 E f f e c to fR a r eE a r t hE l e m e n tE rO i lt h e ≥唾i e r o s 量r 珏e 专珏r ea n d P r o p e r t i e so f5 0 8 3A l l o y 班UY o n g - g a n g ，} 差毽A N G 瓣迸，L l NS h u a n g - p i n g tL I UY a n g - b a n g ，N I EZ u o - r e n C o l l e g eo fM a t e r i a lS e i e a e ea n dE n g l n e e r ／n g ，B e i j i a gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ．B e L j i a g1 0 0 0 2 2 。C h i n 2 7 A b s t r a c t T h ee x p e r i m e n ta l l o y sw e r ep r e p a r e db yt h ec o n v e n t l o n a li n g o tm e t a l l u r g ym e t h o d ．B ym e a n so f t e n s i l ep r o p e r t i e sm e a s u r e m e n t to b s e r v a t i o no fm e t 珏l l o g r a p h i e ，S E Ma n dT E M ，t h ee f f e c t so fE ro nt h e m i e r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f5 0 8 3a l l o yw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts o m em a s s i v ec o r n - p o u n d sw e r ef o r m e db yt h ea d d i t i o no fE ri nt h ec o u r s eo fc r y s t a l l i z a t i o n ．T h em a s s i v ec o m p o u n d sw e r ea d - v e r s et ot h ep r o p e r t i e so f5 0 8 3a l l o y 。 K e y w o r d s 5 0 8 3a l l o y ；M i c r o s t r u c t u r eo fa s c a s t ；C o a r s ec o m p o u n d ；P r o p e r t i e s ；E r 5 0 8 3 会金是A I M g 系会众孛最为爽整静食金， 广泛用作中等强度、耐蚀、可焊的结构材料。文献[ 1 】 报道了稀土元素s c 在5 0 8 3 合金中的作用，添加S c 霹瑗鑫效绥凭5 0 8 3 合金豹蓊态缝缓。遥来砑究表 明疆- 5 】，E r 也是一种有效的合盒化元素，柱铝舍金中 添加胀形成初生仙E r 相可以作为异质彤核核心而 缨纯铸态暴蕴，次黛A 1 3 E r 粒乎缨小、弥漱，有效钌扎 位错和渡晶界，苁丽显著改善纯A I 、A 1 - M g 及A 1 - Z r r M g 等合金的力学性能。本文着重探讨了稀土元素 E f 对5 0 8 3 合金缀缎与性能鲍影响。 0 。1 C r - - 0 。1 5 T i 一0 ．5 E r 。努嬲选鼹巍筑锫、1 0 缝 镁，其它合金元素均采用中麟合金的形式加入 A 1 1 0 ．0 ％M n 、A l 一6 ．0 ％E r 、A l 一3 ．0 ％C r 和A l 一 4 。o0 A T i 。采玫半连续铸造方法铸造鬟3 0 醣、壹 径大约1 2 0m m 的棒材。采用I C P A E S 法涣I 试了 各种合金元素的实际成分，测试结果如裘1 所示。 表1 实验台金赛骣残分 T a b l e1T h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n so f 。x p e r i m o n ta l l o y s ／％ 窒垒蒸量 兰 釜．窒圣黧篓 1 实验 然鬻端。，B B a d l 设计两种实验合金，1 8 A I 一4 ．7 M g 一0 ．7 M n 一0 。1 C r 一0 。1 5 T i ，2 8 A I 一垂．7 M g 一0 ．7 M n 一将棒耪铸锭落除头惩、去发，进行均匀化退炙， 基黛项目唇家8 6 3 基金项目 2 0 0 6 A A 0 3 A 2 0 7 ，2 0 0 7 A A 0 3 Z 1 4 童莹袭篱穷妻孳永剐 1 9 8 0 - - ，舅，辫托人，蘸秘党建． 万方数据 2 8 有色金属 冶炼郝分 2 0 0 8 年6 期 条件为4 7 0 ℃1 2 0h 。随后热锻成3 0m m 脬板材， 4 f i 0 ℃／3h 退火后 次去皮，之后热轧 轧前进行 4 6 0 ℃／ih 遨灸 成1 0m m 菝，京4 6 0 ℃／1h 退炎后 冷轧成1 ．5m m 板材。力学性能在M T S 8 1 0 型试验 机上进行。金相试样经机械抛光、电解抛光及阳极 覆簇笼毽。电鬃越燹滚透鼹4 5gC r o s 专2 8 5m L H 3 P 0 4 7 0m LH 2 S O t 1 0 0m LH 2 0 溶液，抛光 电压为1 5V 左右，时间1 ～2r a i n ；阳极覆膜液选用 1 1gH s B 镰 2 0m LH F l0 0 0m LH 2 0 溶液，覆 膜电压为2 0V 左右，时闯7 ～8m i n ；采用O L Y M - P U S 公司的B X S l M 烈金相显微镱进行微观组织观 察；采用Q U A N T A 2 0 0 型扫接越镜对舍垒述簿形 貌观察稀熊谱分祈，采厢D 8 常瓣x 射线衍射仪研 究合金的物相组成，以及J E M 2 0 1 0 型透射电子显微 镜观察秘分梃微量炎素的存在形式及对缀绦的影 嚷。合金警均晶粒必寸霜截线汝溅量潍】。 2 实验结果 2 。1 力学{ 耋缝及断溺分耩 两种合金冷轧态力学性能如表2 所示． 表2 冷轧板材室温力学性能 T a b l e T e n s i l ep r o p e r t i e so f 鹪c o l d - r o l l e da l l o y s 由裳2 所知，与来添加稀土元素E r 的l8 合金 棱毙。含戥酶2 8 合金，在轧裁努迩上及垂煮转裁方 向上，抗拉强度、屈服强度均略有下降，c r 、T i 、E r 的 复合添加并没有使A I - 4 ．7M g O ．7M n 含金性能 褥到提凑。 围l 为i 4 、2 ’两种合金冷筑板材拉张断口形 貌图。含众断口均为韧窝和撕裂棱混合型韧性断 墨，比较1 8 秘2 8 嚣类合金的断嗣匿，可以瓣避，1 8 舍金翡断疆齐整，秘窝多两浅，掰虽韧窝串鼍净，投 有明显的粒子存在；2 ”合金的韧窝深处则存在粗大 的粒子，擞然这种粗大粒子对食念性能不利。 图l 实验合金冷轧态拉伸断豳形貌 F i g ．1 S E MF r a c t u r eo fc o l dr o l l e de x p e r i m e n ta l l o y s 2 8 合众断口中块状粒子成分分析结果 ％ M g7 ．3 6 、M n ．7 l 、C r4 ．5 5 、T i5 。8 2 、E r1 3 - 1 5 、A t 余，爵溢餐潞见秘台金元素踅乎郝镳蒙在一怒。 2 ．2E r 对合金显微缀织的影响 图2 为18 合金及添加0 ．5 ％E r 的2 。合金铸态 金褪缓绞。 圈2 会金熬铸悫金相擞翳缀缎 F i g 。2O p t i c a lm i c r o g r a p ho f8 s e a s te x p e r i m e n t a la l l o y s 采用截线法分析测量了两种合金铸态黼粒尺 枝状晶粗犬；添加稀土元素E r 以后，2 8 合金铸态晶 寸，l 。合金愚粒缨小，黯粒平均足寸5 1 _ E ￡m ，健是键粒没有褥铡避一步鲍缎化，鑫粳反丽粗大，菇粒乎 万方数据 有色忿属 冶炼部分 2 0 0 8 年6 期 2 9 均尺砖达1 3 2g m ，如图2 b 所示，只是枝晶得到了一 定校凌黪缨纯 露2 c 、2 d 。 耀3 必2 8 会金铸态●霉匀佬态S E M 照冀霸第 褥貔潜分析。霉垂力两释实验会垒的X R D 霉渚。 5 0 8 3 食金中的主要物相有a - A 1 糊，B 相M g z A I ；及 少量的A k M n 相等，添加稀元素E r 艨，除了上述 物攘之纷，2 8 合金孛还凄现了一种蠢A l 、芝i 、 三 释元素缀戚戆纯合貔稳E r A h 。蝰，稳蹙没有发理 A 毛E f 燎。 圈32 ’合金S E M 形虢及E D S 分析 F i g ．3S E Ma n dE D Sa n a l y s i sm i e r o g r a p ho fN o ．2a l l o y 圈4 合金的X R D 图谱 F i g ．4X R Dp a t t e r n so fe x p e r i m e n ta l l o y s 鬻5 为会金2 ’舍金戆冷魏态T E M 照背及援 皮豹能谱分析。莰銎S 可鞋餐爨，会金添船稀元 桊取以后。E r 与C r 、T i 等形成了糨大化合物，但还 是有少整的E r 固溶到基体中，并农詹续热处理及压 力加m 中以细小的A l ；E r 粒子析出 图5 中箭头所 示 ，这种细小的粒子能够起到第二相强化作用，只 是析出密度大为下降。 网s2 。合盎冷轧态T E M 照片及 第二相能谱分析 F i g ．5T E Mi m a g ea n dE D So fs e c o n dp h a s e a s - c o l dr o l l e dN o ．2a l l o y s 3结暴分析 5 0 8 3 仑金孛元素C r 、T i 麦要燕势 捧裁霉结 晶和缨他合金铸锭组织丽添加口】。从举实验结果就 可以褥出，14 合金晶粒细小，这主要照因为向合金 中添加T i 时，合金从液体中析出初晶T i A l 。，而后 发生包晶反应，T i A h 对a A 1 起异质形核核心作用 从而细化鼯粒p 】 稀点党索E r 是一种新的可以改替A t - M g 含金 性能麓元豢。E r 与A l 可瑷形成A l 。融纯会貔，该 万方数据 3 0 套色金震 冶炼邦分 2 0 0 8 举6 期 化合秘熔点海、与铝基体具有相嗣的晶体缭梅 同为 面心立方晶体 ，A l 。E r 可以作为非均威形校的核心 而有效地改蒋A I - M g 合金的铸态组织∞叫] 。 但是当T i 、E r 同时添加到5 0 8 3 合垒中时，合金 铸态晶粒没有进一步细化t 反而粗大；只魑枝晶有所 细化，一般认为是因为E f 元素聚集在蹰液赛丽翦 沿，弓l 趣溶壤褥努配，跌瑟逢大了含金凝爨避器孛妁 成分遘冷。使分授遥翟热裂，获嚣使褥技麓交缨。 根疆含众的微观组织观察，合金在凝霹的过程 中就形成了～种粗大化合物，尺寸较大，太小在几十 到几百个微米之间。这种粗大化合物形状星多边 形，有棱角。遗种在铸态条件下存在的化含物成分 几乎含有所褥含金元素 A I M g M n C r T i E r 。实验 证明粗大化会物并没有因均匀化退火褥消除，e r 、 T i 、E r 兵释凭索仍然德聚在一起，蠹2 4 念金孛熬 X R D 缓祭鬻翔，会金莠没毒鑫理众羲飘簿，说鬓 A l 。E r 含鏊减少，与诧圈对，舍金窭瑷了纛元讫合物 T i 2 E r A l 舳，绪合能谱分析可知粗大化会物申含有 T i E r A l 舶逸种三元相。根据本文实验结果，粗大化 合物中E r 、T i 丽元素严重偏聚，这说明搿猩5 0 8 3 中 使用A l T i 细化剂时，添加稀土元素E r 。出予E r 与 T i 发生交赢作用，从而降低了作为形核褥索T i 的 有效浓度，歉本身缨化鑫粒的作用被淹没，趿j 鹱晶 蕴廷寸爱嚣糕大。这样E r 、T i 单狻的窍惹份震蔹蘩 弱，致使最终鹣强莘乏效果下降。 4 结论 1 稀土元素E r 添加到5 0 8 3 合金中，如果合金 中存在C r 、T i ，则E r 将和它们发生很强的交互作 用，形成一种成分复杂的粗大化合物，邀在常规 5 0 8 3 合金中没有出现；合金添加0 ．5 ％E r 元素后。 随着这种粳大棚的出现，铸态晶粒细化不骤藏，只是 枝晶间距有所绷化； 2 粗火化含物经过4 7 0 ℃1 2 0h 均匀化遐火后 并没有分解，形状星多边形块状，有棱角，经过服力 加工不易变形，它的存在不利于5 0 8 3 合金的力学性 能； 3 含瓢瓣失禳的形成会影蟪萎戡嚣豢农基 俸孛骜霆洛，靛会衾强纯耱焱毛＆粒子数鳖谈少。 参考文献 F 1 ] T a d a s h iA i u r a ，N o b u t a k aS u g a w a r a ．T h ee g e c to fs c a n d i u m0 nt h ea s - h o m o g e n i z e dm i e r o s t r u e t u r eo f5 0 8 3a l l o y f o re x t r u s i o n [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ， 2 0 0 0 ，A 2 8 0 。1 3 9 1 4 5 ． [ 2 ] 杨军军．稀土嚣素E r 在A b M g 秘A 1 - Z n - M g 会鑫中盼 终臻掇理瓣宠￡D 。蕊索筵索王鲎丈学嚣意谂文， 2 0 0 4 ． [ 3 ] Y a n gJ u 蝎u n ，N i eZ u o r e n ，J i nT o u n A n ，e t a l ．E f f e c to f t r a c er a r eE a r t he l e m e n tE rO nh i g hp u r eA 10 ] ．T r a n s ． N o n f e r r o u sM e t ．S o c ．C h i n a ，2 0 0 3 ，1 3 5 1 0 3 5 ． [ 4 3 徐国富 聂柞伫，众头男，等．微量稀土E r 对L F 3 韬食 金铸态组织的影响[ J ] ．中国稀土学报，2 0 0 2 。2 0 2 ， 1 4 3 ． [ 5 ] N i eZ u o r e n ，] i nT o u n a n ，Z o uJ i n g x i a ，e t a l ．D e v d o p m e r i to nr e s e a r e ho fa d v a n c e dr a r ee a r t ha l u m i n u ma l l o y 嚣】，T r a n s ．N o n h r m u sM e t ．S o e ．C h i n a ，2 0 0 3 ，1 3 3 l 5 0 9 。 [ 6 ] 中唇标准出版牡第二臻辑室．有色金属工啦橼凇{ [ 编 金相检验方法朔元损检验方法[ M ] ．北京；中麟标准出 版杜，9 - 0 0 1 8 9 ． [ 7 ] LF 蒙多尔必．锅台金的组织与性能[ M ] ．互杭燃，泽． 北京冶金工北出版杜，1 9 8 8 3 2 9 - - 3 3 1 ． 主蔹第2 S 缀 一 8 7 。7 4 ％，A u 解析率9 8 ※，A u 总实效搴 2 3 8 ％，浸， ⋯、，。 出贵液A u 警均浓度约为1 3m g ／L ；浸瀵平均A u 品 ⋯⋯。 位在4 ．3 2g l t ，最低可降到3g ／t ．烙烧试验的合适[ 1 ] 杨振兴．难处瑷愈矿石选冶技术现状及发展方向[ J ] ．黄 的工艺参数为焙烧次数三次，高温区平均温度 金，2 0 0 2 2 3 7 ；3 1 - - 3 4 4 4 0 “ C 以上，炉内停留总时间约2 ．5h 。 [ 2 ] 李俊萌难处骥众矿石预处理工艺现状与发展c J ] 湿 2 在举试验条件下，采用活性炭吸附棱兰段烦 法冶金, 2 0 0 3 , 2 2 1 ；1 8 滚吸赠苎篓警耋鬟黧⋯⋯。⋯⋯嘲盖冀嚣。剿0 2 , 3 熊7 1 卡4 驾鲥触靴糕征 3 蠹爵寨金矿石及责强鹃难笼毽、檄续羧、卡 ⋯⋯一⋯一 一 林墅金矿秘工驻袍生产挺供霹袋馐签的王艺参数。 万方数据