re变质处理对al1.5fe富fe相形态的影响【字数：9745】
摘 要本文研究提高铁铝合金性能的方法，主要手段为引入稀土元素进行变质处理，来改善目前高铁铝合金组织中的有害相导致的性能下降。高铁铝合金的组织中富铁相析出形态为粗大板状，割裂合金基体，导致合金组织力学性能降低。实验结果得出加入稀土含量为 0.3%，800℃熔融，压力铸造时，对粗大形态的富铁相有明显的减少作用，使部分转变为短棒状、细针状、细小颗粒状，变质效果良好，晶粒细化效果明显。
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2不同合金元素对AlFe合金组织形态的影响原理 1
1.3 稀土对铝合金的作用 2
1.3.1稀土对铝合金的作用原理 2
1.4变质工艺对稀土变质效果的影响 3
2.实验流程 4
2.1实验目的与意义 4
2.1.1实验原理 4
2.1.2实验手段 4
2.2实验流程 4
2.2.1试样准备 6
2.2.2熔炼处理 6
2.2.3精炼处理 7
2.2.4变质处理 7
2.3实验原料及药品 7
2.4试样性能的检测 7
2.5实验对照组安排 8
3.结果与讨论 8
3.1稀土不同的加入量对试样组织和性能的影响 8
3.1.1稀土不同的加入总量对铝合金试样金相组织的影响 8
3.1.2稀土不同的加入总量对铝合金试样成分的影响 9
3.1.3稀土不同的加入总量对铝合金试样硬度的影响 9
3.1.4稀土不同的加入总量对铝合金试样抗压强度的影响 10
3.1.5总结 11
3.2不同的熔炼温度对合金组织的影响 12
3.2.1熔炼温度对铝合金组织的影响 12
3.2.2不同的熔炼温度对铝合金试样硬度的影响 13
3.2.3不同的熔炼温度对铝合金试样成分含量的影响 14
3.2.4不同的熔炼温度对铝合金试样抗压强度的影响 14
3.2.5总结 15
3.3不同的冷却方式对合金组织的影响 16
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3.1不同的冷却方式对铝合金试样的金相图 16
3.3.2不同的冷却方式对铝合金试样的硬度的影响 17
3.3.3不同的冷却方式对铝合金试样的成分的的影响 18
3.3.4不同的冷却方式对铝合金试样的抗压强度的的影响 18
3.4.5总结 19
4. 结论 20
参考文献 21
致谢 23
1.绪论
1.1引言
1970年美国首先提出AlFe合金的研发，历经半个世纪后的今天，却并未广泛使用，究其原因是，铁元素在铝合金基体中固溶度极低[1]，若引入超过其固溶度的质量分数则会引起部分富铁相以粗大片状的有害形态析出，造成割裂金属基体，导致铝合金基体的力学性能的急剧下降[2]，这是导致AlFe合金至今还未能广泛应用于工业生产作为工程材料的主要原因。如今，在大量科学实验的研究和实践下，AlFe合金材料在进行改善后在航空航天领域可替代钛合金作为使用，又因其密度较低，满足了汽车轻量化的需求，也有部分应用于车辆。但是AlFe合金材料不应止步于此，其在机械方面的发展潜力还是吸引着人们去不断试验完善其现今还存在的一些问题[3]。
1.2不同合金元素对AlFe合金组织形态的影响原理
为改善AlFe合金组织形态，减小铁元素对组织形态的影响，通常会引入其他的合金元素，其原理基本归为一下三类:
引入钙等合金元素
合金凝固时，通常会出现成分过冷，在固液界面处会有成分过冷区域，新生固相则会沿着过冷区向前生长，引入Ca等合金元素，在固液界面增加大量过冷区，直接提高了形核率，借此降低了晶体的长大速度，起到了细化晶粒的效果;且Ca等合金元素的引入增加了合金液的张力等，阻碍了合金元素的扩散作用，也起到细化作用。以上作用机制共同对AlFe合金组织起到细化作用。有研究[4]：在未加入其他元素之前，高铁铝合金中的富铁相常常以粗长针状存在于组织中，在不同的引入质量中，随着质量分数的增加富铁相形态逐渐由较大的花卉状且生长速度不均，逐渐转变成为细小的花朵状，并逐渐趋向细小均匀，或短棒状。
引入镁、稀土等元素
对于纯铝中的富铁相，工业上一般采用加入混合稀土的方法来减少富铁相的有害作用，添加少量稀土元素后，生长趋向发生改变，优先生长共晶组织,富铁相析出相生长趋势减弱；继而增加稀土元素的质量分数后，优先生长趋向减弱，合金基体中出现大量细小的相；继续增加稀土元素的质量分数，共晶组织优先生长趋势消失，取代的是Al3 Fe相的生长。有试验[5]结果有：在铝铁合金基体中加入稀土元素后，富铁相形态随着稀土元素含量的逐渐增高，由花朵状均与分布但形状不一的花卉状，向团球状、针状转化，且分布趋于不均。
在AlFe合金组织中，富铁相主要呈现鱼骨花卉状，且各方向的生长速度不同，因此其形态并不均匀对称，加入稀土元素后，富铁相向团状球形变化，随着稀土元素的不断增加形态逐渐变为针片状和花卉状，并且组织开始粗化和不均匀分布。
引入Mn,Zr等元素
引入Mn,Zr等元素后，升高温度使合金元素大体溶入固溶体中，保温一段时间后，以大于固溶体析出的速率冷却，可得到过饱和的固溶体，则可达到细化目的。
展望AlFe合金的美好前景，如若解决目前铝铁合金所面临的如何有效细化粗大的富铁析出相，避免割裂铝合金基体，降低力学性能和如何有效提升铁的质量分数，达到提高合金硬度、热稳定性等力学性能两大问题，AlFe合金还是有很好的应用前景，将来有望在汽车轻量化和航空航天领域中取代钛合金，在机械领域中大展拳脚。
1.3 稀土对铝合金的作用
由于稀土与铝的空间结构和空间阵点分布近似，因此两者的固溶度高于铝与其他元素，稀土也可增强其相邻原子间的结合能力。
1.3.1稀土对铝合金的作用原理
在铝合金基体中引入稀土元素，其在凝固时作为新的形核质点，大大提高了形核率，提高了晶体数量，因此减小了晶体体积，达到细化晶粒的目的;并且稀土元素在凝固时偏聚，大量分布在晶界位置，阻碍扩散，晶粒长大速度降低，促进枝晶分化，减小枝晶间隙。
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2不同合金元素对AlFe合金组织形态的影响原理 1
1.3 稀土对铝合金的作用 2
1.3.1稀土对铝合金的作用原理 2
1.4变质工艺对稀土变质效果的影响 3
2.实验流程 4
2.1实验目的与意义 4
2.1.1实验原理 4
2.1.2实验手段 4
2.2实验流程 4
2.2.1试样准备 6
2.2.2熔炼处理 6
2.2.3精炼处理 7
2.2.4变质处理 7
2.3实验原料及药品 7
2.4试样性能的检测 7
2.5实验对照组安排 8
3.结果与讨论 8
3.1稀土不同的加入量对试样组织和性能的影响 8
3.1.1稀土不同的加入总量对铝合金试样金相组织的影响 8
3.1.2稀土不同的加入总量对铝合金试样成分的影响 9
3.1.3稀土不同的加入总量对铝合金试样硬度的影响 9
3.1.4稀土不同的加入总量对铝合金试样抗压强度的影响 10
3.1.5总结 11
3.2不同的熔炼温度对合金组织的影响 12
3.2.1熔炼温度对铝合金组织的影响 12
3.2.2不同的熔炼温度对铝合金试样硬度的影响 13
3.2.3不同的熔炼温度对铝合金试样成分含量的影响 14
3.2.4不同的熔炼温度对铝合金试样抗压强度的影响 14
3.2.5总结 15
3.3不同的冷却方式对合金组织的影响 16
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3.1不同的冷却方式对铝合金试样的金相图 16
3.3.2不同的冷却方式对铝合金试样的硬度的影响 17
3.3.3不同的冷却方式对铝合金试样的成分的的影响 18
3.3.4不同的冷却方式对铝合金试样的抗压强度的的影响 18
3.4.5总结 19
4. 结论 20
参考文献 21
致谢 23
1.绪论
1.1引言
1970年美国首先提出AlFe合金的研发，历经半个世纪后的今天，却并未广泛使用，究其原因是，铁元素在铝合金基体中固溶度极低[1]，若引入超过其固溶度的质量分数则会引起部分富铁相以粗大片状的有害形态析出，造成割裂金属基体，导致铝合金基体的力学性能的急剧下降[2]，这是导致AlFe合金至今还未能广泛应用于工业生产作为工程材料的主要原因。如今，在大量科学实验的研究和实践下，AlFe合金材料在进行改善后在航空航天领域可替代钛合金作为使用，又因其密度较低，满足了汽车轻量化的需求，也有部分应用于车辆。但是AlFe合金材料不应止步于此，其在机械方面的发展潜力还是吸引着人们去不断试验完善其现今还存在的一些问题[3]。
1.2不同合金元素对AlFe合金组织形态的影响原理
为改善AlFe合金组织形态，减小铁元素对组织形态的影响，通常会引入其他的合金元素，其原理基本归为一下三类:
引入钙等合金元素
合金凝固时，通常会出现成分过冷，在固液界面处会有成分过冷区域，新生固相则会沿着过冷区向前生长，引入Ca等合金元素，在固液界面增加大量过冷区，直接提高了形核率，借此降低了晶体的长大速度，起到了细化晶粒的效果;且Ca等合金元素的引入增加了合金液的张力等，阻碍了合金元素的扩散作用，也起到细化作用。以上作用机制共同对AlFe合金组织起到细化作用。有研究[4]：在未加入其他元素之前，高铁铝合金中的富铁相常常以粗长针状存在于组织中，在不同的引入质量中，随着质量分数的增加富铁相形态逐渐由较大的花卉状且生长速度不均，逐渐转变成为细小的花朵状，并逐渐趋向细小均匀，或短棒状。
引入镁、稀土等元素
对于纯铝中的富铁相，工业上一般采用加入混合稀土的方法来减少富铁相的有害作用，添加少量稀土元素后，生长趋向发生改变，优先生长共晶组织,富铁相析出相生长趋势减弱；继而增加稀土元素的质量分数后，优先生长趋向减弱，合金基体中出现大量细小的相；继续增加稀土元素的质量分数，共晶组织优先生长趋势消失，取代的是Al3 Fe相的生长。有试验[5]结果有：在铝铁合金基体中加入稀土元素后，富铁相形态随着稀土元素含量的逐渐增高，由花朵状均与分布但形状不一的花卉状，向团球状、针状转化，且分布趋于不均。
在AlFe合金组织中，富铁相主要呈现鱼骨花卉状，且各方向的生长速度不同，因此其形态并不均匀对称，加入稀土元素后，富铁相向团状球形变化，随着稀土元素的不断增加形态逐渐变为针片状和花卉状，并且组织开始粗化和不均匀分布。
引入Mn,Zr等元素
引入Mn,Zr等元素后，升高温度使合金元素大体溶入固溶体中，保温一段时间后，以大于固溶体析出的速率冷却，可得到过饱和的固溶体，则可达到细化目的。
展望AlFe合金的美好前景，如若解决目前铝铁合金所面临的如何有效细化粗大的富铁析出相，避免割裂铝合金基体，降低力学性能和如何有效提升铁的质量分数，达到提高合金硬度、热稳定性等力学性能两大问题，AlFe合金还是有很好的应用前景，将来有望在汽车轻量化和航空航天领域中取代钛合金，在机械领域中大展拳脚。
1.3 稀土对铝合金的作用
由于稀土与铝的空间结构和空间阵点分布近似，因此两者的固溶度高于铝与其他元素，稀土也可增强其相邻原子间的结合能力。
1.3.1稀土对铝合金的作用原理
在铝合金基体中引入稀土元素，其在凝固时作为新的形核质点，大大提高了形核率，提高了晶体数量，因此减小了晶体体积，达到细化晶粒的目的;并且稀土元素在凝固时偏聚，大量分布在晶界位置，阻碍扩散，晶粒长大速度降低，促进枝晶分化，减小枝晶间隙。
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