稀土(La、Ce)對Al-26Si過共晶鋁硅合金力學(xué)性能的影響-副本1-副本2-副本

1、畢業(yè)論文摘 要鑄造鋁硅合金具有密度小、強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航天航空、船舶運輸領(lǐng)域。近年來的研究主要集中于在細(xì)化、變質(zhì)初晶硅、共晶硅及初晶-Al 等析出相。對于稀土元素對過共晶鋁硅合金的影響也有了一定的研究，但是對稀土（La、Ce）對Al-26Si的研究是空白的。 本文運用電阻爐電阻箱等鑄造工具進(jìn)行鑄造，用萬能拉力試驗機(jī)等儀器進(jìn)行實驗。研究了稀土加入量對Al-26Si屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、最大力的影響。隨著Re加入量的增加(0.5%2.0%)材料力學(xué)性能有規(guī)律的變化,0.5%時材料性能并未發(fā)生可觀的改變；材料的抗拉強(qiáng)度在1.0%時達(dá)到峰值，隨后逐漸下降，在2.

2、0%時基本持平未加入時的性能，屈服強(qiáng)度在1.0%時下降明顯隨后緩慢上升，彈性模量在0.5%時微量上升，隨后一直低于未加入時水平，在2.0%時基本持平。關(guān)鍵詞 ：稀土（鑭、鈰）；鋁硅合金；力學(xué)性能；拉伸試驗AbstractAl-Si alloys, which boasts lower density, high specific strength, well processability and casting performances, is widely used in transportation and aviation industry. In recent years, a lot

3、 of research of Al-Si alloys has been focused on its refinement, modification of primary Si, eutectic Si and primary phase -Al etc. Effect of rare earth elements on the hypereutectic Al-Si alloys has also been some research, but the study of rare earths (La, Ce) of Al-26Si is blank.In this paper, re

4、sistance furnace, resistance boxes and other tools for casting casting. Experimenting with universal tensile testing machine and other equipment. Of rare earth additions on the Al-26Si yield strength, tensile strength, elastic strength, most strongly affected. With the increase of the amount of Re a

5、dded regularly change (0.5% to 2.0%), the mechanical properties of the material occurs. 0.5% in considerable material properties change did not happen; Tensile strength of the material reaches a peak at 1.0%, followed by a gradual decline in performance when 2.0% was essentially flat when not joined

6、. Yield strength decreased significantly at 1.0% followed by a slow rise in the elastic modulus trace rise at 0.5%, followed has not added below the level at 2.0% was essentially flat.Keywords：rare earth, Al-Si alloys, Mechanical Properties，Tensile test目 錄摘 要 1Abstrac 1目 錄 2一 前言1.1鋁硅合金研究綜述 41.1.1鋁及鋁

7、合金 41.1.2鋁硅合金應(yīng)用前景 51.1.3鋁硅合金的研究現(xiàn)狀 6二 本課題研究的內(nèi)容與目的 2.1 26%Si鋁硅合金的成分設(shè)計及熔煉工藝研究 72.2 添加02%稀土（鑭、鈰）元素的高硅鋁合金的成分設(shè)計與熔煉工藝研究 82.3 加工試樣 9 2.4 測定力學(xué)性能 92.5 檢測結(jié)果 9三 實 驗3.1 方案 103.2 實驗材料 10 3.3 配料計算 103.4安全技術(shù)準(zhǔn)備 12 3.5 熔煉 3.5.1 檢查實驗器具 133.5.2 爐料預(yù)熱 133.5.3 精煉劑的準(zhǔn)備 133.5.4 坩堝及熔煉工具的準(zhǔn)備 133.5.5 合金熔煉 14 3.6拉伸實驗3.6.1 制作試件的討論

8、 163.6.2 制作試件 163.6.3 實驗過程 173.6.4 實驗數(shù)據(jù) 18四 結(jié)果分析 25五 結(jié) 論 29六 收 獲 30七 參考文獻(xiàn) 31附 錄I 本文中符號的說明一 前言 1.1鋁硅合金研究綜述 1.1.1鋁及鋁合金鋁是地殼中分布最廣泛的元素之一，是目前僅次于鐵的第二大類金屬元素，據(jù)估計，地殼中含約8%。鋁的密度小，鋁基合金的比強(qiáng)度高，鋁具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。鋁在大氣中具有優(yōu)良的抗蝕性，在室溫下既能與空氣中的氧化合，表面生成一層薄而致密并與基體金屬牢固結(jié)合的氧化膜，阻止氧化金屬內(nèi)部擴(kuò)散而起到保護(hù)作用。鋁具有的這一系列優(yōu)良特性決定了它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及航空航天、汽車、交

9、通運輸、電子電氣、機(jī)械制造等各個領(lǐng)域。中國的鋁消費量和增長速度都居世界首位。鑄造鋁合金時所有鋁合金中應(yīng)用最廣泛的材料之一，是現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展的重要材料之一。鑄造鋁合金是在純鋁的基礎(chǔ)上融入其他金屬或者非金屬元素，加上合金化及熱處理的作用，使鋁合金具有良好的綜合性能。其在合金品種、鑄造技術(shù)、設(shè)備等方面都取得了驚人的進(jìn)步，其產(chǎn)量約為社會對鋁合金制品需求總量的40%。全世界每年消費的鋁中，有18%20%用于鑄造合金。我國2009年生產(chǎn)鑄造合金325萬噸，2010達(dá)到400萬噸左右，可見鑄造鋁合金在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性。鑄造鋁合金具有良好的鑄造工藝性能，較好的力學(xué)性能和機(jī)械加工性能，成本低廉，在制造、機(jī)械、航

10、空、汽車等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工業(yè)及制造新技術(shù)的發(fā)展，人們對鋁合金需求量越來越大，同時對鑄造鋁合金的行業(yè)指標(biāo)要求越來越高，因此，對鑄造鋁合金的研究和開發(fā)具有重要意義。過共晶鋁硅合金具有線膨脹系數(shù)小、 尺寸穩(wěn)定性高、耐磨、耐蝕性能好、鑄造性能好、鑄件成本低等一系列優(yōu)良性能，是一種理想的新型汽車、摩托車等活塞用合金。 在這種材料中隨合金中硅含量的增加，初晶硅與共晶硅變得愈粗大，特別是呈現(xiàn)粗大塊狀的初晶硅和長針狀共晶硅組織，嚴(yán)重割裂合金基體， 并且硅相尖端和棱角部位會引起應(yīng)力集中， 從而明顯降低了這種合金的力學(xué)性能，尤其是影響其塑性及耐磨性的提高，還會使合金的切削加工性能變壞，這也是過去這種

11、合金應(yīng)用受到限制的主要原因。 解決這一問題的關(guān)鍵在于如何對合金進(jìn)行變質(zhì)細(xì)化處理， 這也是人們研究這類材料的重點。高強(qiáng)度、高電導(dǎo)率鋁合金的使用將節(jié)約大量有色金屬及導(dǎo)電管支柱絕緣子，降低工程造價。因為以鋁代銅，可取得相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益，盡管鋁與銅的價值差不多，但是高硅鋁合金中含硅較高，相應(yīng)的減少了鋁的用量，因此經(jīng)濟(jì)效益明顯。此外，作為導(dǎo)體材料，純鋁具有某些特別有意義的性質(zhì)，即重量輕，耐腐蝕，電導(dǎo)率高以及易于回收等。所以這種同時具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、良好電熱性能的高硅高性能鋁合金的市場前景將是不可估量的。1.1.2鋁硅合金應(yīng)用前景過共晶鋁合金是一種優(yōu)良的材料，它具有密度小，強(qiáng)度高，加工性能好等優(yōu)點，具

12、有良好的發(fā)展前途。共晶鋁硅合金的鑄態(tài)組織主要由大塊初晶硅和共晶體組成，此外還有因不同合的金元素而形成的金屬間化合物強(qiáng)化相。過共晶鋁硅硅合金的常規(guī)凝固組織是由初生si和共晶體組成，其中硅的顯微硬度很高，為HV10001300，而a(Al)的顯微硬度僅為HV60100，是一種軟基體上分布著硬質(zhì)點的理想輕物質(zhì)耐磨結(jié)構(gòu)材料。與共晶型和亞共晶型鋁硅合金相比，過共晶Al-Si合金的磨損率僅是共晶Al-Si合金磨損率的0.3-0.5，僅為亞共晶Al-Si合金磨損率的0.1-0.2，并具有高溫強(qiáng)度高和尺寸穩(wěn)定等良好特性，因此硅合金作為耐磨材料廣泛應(yīng)用于陽極、氣缸蓋、活塞、變速器殼、傳動裝排氣管等零件。目前一些

13、公司已有一系列過共晶硅合金的牌號，并應(yīng)用于載重汽車、小轎車和摩托車等發(fā)動機(jī)活塞、氣缸襯套、氣缸蓋等零件。鋁的含量在地殼金屬元素中位列第一，且隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶金技術(shù)的進(jìn)步，使其生產(chǎn)量增大而成本下降，鋁還是回收與再生利用率最高的工業(yè)金屬，它的再生次數(shù)可無止境的延續(xù)，目前鋁的回收率為80%，有60%的汽車用鋁來自回收的廢鋁，2010年上升到90%。因此無論是從節(jié)能降耗還是從可持續(xù)發(fā)展的角度，鋁材都是最為理想的汽車用材料。目前，汽車生產(chǎn)企業(yè)正在進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)革新，從結(jié)構(gòu)設(shè)計到適用材料的選擇都將面臨一場大的變革。由于鋁制汽車零部件中的70%位鑄件，因此鑄件合金將有廣泛的應(yīng)用前景。AL-SI合金由于其

14、良好的鑄造性能和力學(xué)性能，占鑄件的85%90%，是鋁基鑄造合金中最重要的一個系列。因而AL-SI合金在汽車工業(yè)中將占有舉足輕重的地位。鋁硅合金是制造輸變電開關(guān)設(shè)備中導(dǎo)電件、傳動件及金屬結(jié)構(gòu)件的主要材質(zhì)之一。變電開關(guān)設(shè)備所在行業(yè)常常要求鋁硅合金的電導(dǎo)率在40%41%IACS以上。)固溶處理顯著降低鋁硅合金的電導(dǎo)率，而時效處理對鋁硅合金的電導(dǎo)率影響不大。采用專門的熱處理工藝可以在滿足鑄件使用所要的主要力學(xué)性能的前提下，將鋁硅合金的電導(dǎo)率提高到 41I ACS以上，滿足了輸變電開關(guān)設(shè)備對合金導(dǎo)電性的要求 。由于缺少稀土元素對過共晶鋁硅合金導(dǎo)電性影響的相關(guān)數(shù)據(jù)，所以以過共晶鋁硅合金的基本性質(zhì)作為參考。

15、已知晶體細(xì)化可降低導(dǎo)電性，稀土能夠細(xì)化晶粒，從而達(dá)到變質(zhì)處理效果。在電力行業(yè)，鑄造鋁合金扮演著重要的角色。由于輸電材料、電力運行要求具有特殊性，對于高壓輸變電線路上的重要裝置電力金具來說，對其導(dǎo)電率、強(qiáng)度和氣密性均有較高要求。生產(chǎn)電力金具的材料有很多種，其中鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性及電氣性能的綜合優(yōu)點，切強(qiáng)度高、重量輕、氣密性好、磁損小、導(dǎo)電性能優(yōu)良，因此在國內(nèi)將其開發(fā)應(yīng)用與超高壓輸變電設(shè)備。在我國目前電力系統(tǒng)發(fā)展迅猛、電網(wǎng)大改造的形勢下，鑄造合金必將廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)。1.1.3鋁硅合金的研究現(xiàn)狀 在輕質(zhì)材料中，樹脂材料難以再生利用；鎂合金的價格和安全性限制了它的廣泛

16、應(yīng)用，因而人們將期望寄托在鋁的開發(fā)應(yīng)用上。雖然鑄造AL-SI合金應(yīng)用前景廣闊，但是其研究和發(fā)展也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，工業(yè)飛速發(fā)展，對鑄件可靠性要求越來越高，同時對合金綜合性能和特種性能的要求也不斷提高。鑄造AL-SI合金隨著SI含量的增加，鑄造性能得到了改善，減少了松散，熱裂傾向，可獲得組織致密的鑄件。但是si對合金的基體強(qiáng)度與韌性均有削弱（Wsi>7%），AL-SI合金的機(jī)械性能與SI的形態(tài)和分布緊密相關(guān)，改變共晶硅的形態(tài)，減小其對基體性能的削弱作用，是合金機(jī)械性能獲得全面提高的有效途徑。因此，在鑄造AL-SI合金的研究中，如何改變共晶Si的形態(tài)和分布一直是人們關(guān)注的要點。改變共晶Si的

17、形態(tài)和分布最古老也是最常用的方法是加入變質(zhì)劑。Al-Si合金中的變質(zhì)處理分為兩類：一類是提高Al-Si合金塑性為主的Na Sr變質(zhì)；另一類是以細(xì)化和增加初晶Si量，提高合金耐磨性的P變質(zhì)處理。 1920年P(guān)acz發(fā)現(xiàn)Na對A1- Si合金有變質(zhì)作用，但是Na的燃點低(91)，沸點低(880)，因而在A1- Si合金的熔化溫度(700760)下，Na會很快蒸發(fā)，導(dǎo)致變質(zhì)衰退，加入量過多又會導(dǎo)致過變質(zhì)和吸氣嚴(yán)重Sr變質(zhì)與Na變質(zhì)比較起來有很多優(yōu)點操作方便，變質(zhì)效果好，變質(zhì)效果具有長效性和重熔性，污染小，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。從80年代起，世界上用A1- Sr中間合金取代了Na變質(zhì)工藝，我國在80年

18、代末開始研制并生產(chǎn)出A1- Sr中間合金，首家用戶為長春第一汽車制造廠輕型發(fā)動機(jī)廠。 高性能鋁合金就是通過向A1-Si基體中添加各種合金元素，優(yōu)化鋁合金成分，采用先進(jìn)的制備工藝，使普通鋁合金獲得出人意料的力學(xué)性能或者物理性能。目前為止，國內(nèi)對高性能鋁合金的研究大致分為:低硅高性能鋁合金和高硅高性能鋁合金。目前，為了適應(yīng)電力和電器工業(yè)的發(fā)展，一些國家發(fā)展了一批具有某種特性的導(dǎo)電鋁合金，如美國的5005合金，8076合金;瑞士的Ductalex合金;意大利的Alhoflex等。其中以日本在該領(lǐng)域的研究最為活躍，先后發(fā)展了高強(qiáng)度鋁、超耐熱鋁等材料，但這些熱點基本上集中于以發(fā)展特殊用途的鋁合金為目的。

19、二 本課題研究的內(nèi)容與目的通過添加稀土元素(La, Ce)改變晶粒形貌和晶體性能，使其進(jìn)入鋁的晶格或形成各類化合物，影響鋁合金的相圖、基體組織、凝固過程、工藝性能等，稀土合金化也會影響晶粒大小、晶粒界面、形成雜質(zhì)等，因而會影響鋁合金的電導(dǎo)率、力學(xué)性能等。稀土元素比較活潑，它熔于鋁液中，極易填補(bǔ)合金相的表面缺陷，從而降低新舊兩相界面上的表面張力，使得晶核生長的速度增快，同時還在晶粒與合金液之間形成表面活性膜，阻止生成的晶粒長大，使合金的組織細(xì)化。材料力學(xué)性能是指材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學(xué)性能。包括：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等時所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。是確定各種工程設(shè)計參數(shù)的主要依

20、據(jù)。這些力學(xué)性能均需用標(biāo)準(zhǔn)試樣在材料試驗機(jī)上按照規(guī)定的試驗方法和程序測定，并可同時測定材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由于設(shè)備和時間的限制，本文主要記述拉伸試驗試驗過程和實驗結(jié)果。其中實驗結(jié)果包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、最大力。本課題試圖通過此種方法實驗稀土（鑭、鈰）對鋁硅合金（AL-26SI）力學(xué)性能的影響。尋找鋁硅合金力學(xué)性能最佳時稀土元素的用量。 2.1 26%Si鋁硅合金的成分設(shè)計及熔煉工藝研究化學(xué)成分設(shè)計成二元高硅鋁合金，使用含硅30%的鋁硅合金熔煉后稀釋制得。試樣熔煉工藝如下：（1）爐料處理所有爐料入爐前均需要預(yù)熱，以去除表面附的水分，縮短熔煉時間。（2） 坩堝及熔煉工具的準(zhǔn)備新坩堝使

21、用前應(yīng)清理干凈及仔細(xì)檢查有無穿透性缺陷，確認(rèn)沒有任何缺陷才能投入使用，預(yù)熱至暗紅色（500600度）保溫2小時以上，以燒除附著在坩堝內(nèi)壁的水分及可燃物質(zhì)，待冷卻到300度以下時，仔細(xì)清理坩堝內(nèi)壁，在溫度不低于200度時，噴刷涂料，烘干烘透后才能使用。壓勺、攪拌勺、澆包等熔煉工具使用前必須除盡殘余金屬及氧化皮等污物，經(jīng)過200-300度預(yù)熱后涂刷防護(hù)涂料，涂刷后烘干待用。（3）熔煉溫度的控制合金液快速升至較高的溫度（720度左右），進(jìn)行合理的攪拌，以促進(jìn)所有合金元素的溶解，確認(rèn)所有元素全部溶解后，進(jìn)行精煉除氣，扒除浮渣后將至澆注溫度。（因鋁溶液的溫度難以用肉眼來判斷的，所以必須用測溫儀表控制溫度

22、，測溫儀表應(yīng)定期校準(zhǔn)和維修；熱電偶套管應(yīng)周期的用金屬刷刷干凈，涂以防護(hù)性涂料，以保證測溫結(jié)果的準(zhǔn)確性及延長使用壽命。（4）熔煉時間的控制為了減少鋁溶液的氧化、吸氣，應(yīng)盡量縮短鋁溶液在爐內(nèi)的停留時間，快速熔煉。為加速熔煉過程，應(yīng)首先加入中等塊度、熔點較低的回爐料，以便在坩堝底部盡快形成熔池，然后再加出鋁錠，使之能徐徐浸入逐漸擴(kuò)大熔池，加速熔化；在爐料主要部分熔化后，再加入熔點較高、數(shù)量不多的合金元素，升溫、攪拌以加速熔化，最后降溫，壓入易氧化的合金元素。2.2添加02%稀土（鑭、鈰）元素的高硅鋁合金的成分設(shè)計與熔煉工藝研究化學(xué)成分設(shè)計成二元高硅鋁合金金，試驗用Al-30Si混合RE（鑭、鈰混合）

23、、Al錠，預(yù)計制成含RE為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的Al-26Si合金，成分下文記敘。熔煉工藝與2.1所訴熔煉工藝相同。只是此時應(yīng)該進(jìn)行精煉，精煉處理溫度控制在690730度，精煉劑（充分預(yù)熱）加入量鋁液重的0.150.2%，用鐘罩壓入，處理時間為35分鐘后靜止510分鐘，扒除浮渣進(jìn)行澆注，澆注溫度為700740度。 2.3加工試樣 （1）圓形橫截面試樣機(jī)加工樣圖見下圖 需用符號的說明：符號單位說明L0mm原始標(biāo)距Lcmm平行長度Ltmm試樣總長度s0mm2原始橫截面積k-比例系數(shù) rmm過渡弧半徑（2）.圓形橫截面試樣加工尺寸：預(yù)測長度直徑大于等于4mm,所以按照下圖加工

24、d0rk=5.65L0Lc試樣編號250.75d05 d0L0+2d0R0120R0215R0310R048R056R065R073R082.4測定力學(xué)性能 使用拉伸試驗機(jī)按照GB/T 228.1-2002金屬材料拉伸試驗方法測定2.5檢測結(jié)果檢測結(jié)果是試驗機(jī)所示的數(shù)據(jù)，它包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、最大力。 三 實驗3.1方案設(shè)計（1）以硅含量為26%的鋁硅二元合金為研究對象，分別加入RE制得含量為0.5%RE,1.0%RE,1.5RE,2.0RE的Al-26Si-XRE合金；計劃鑄造五組樣品：組別含量（%）質(zhì)量（Kg）備注第一組（對照組）02Al-26Si第二組0.52Al-26Si

25、-0.5Re第三組12Al-26Si-1Re第四組1.52Al-26Si-1.5Re第五組22Al-26Si-2Re（2）澆鑄柱狀試樣 為了保證表面的光潔度，此次鋁合金澆鑄使用金屬模具。（3）測定力學(xué)性能進(jìn)行力學(xué)實驗（應(yīng)該參照GB/T 228.1-2010金屬材料拉伸試驗方法，實際由于器材的限制，參照GB/T 228-2002）。（4）綜合分析實驗數(shù)據(jù)，得到稀土（鑭、鈰）加入量對過共晶鋁硅合金力學(xué)性能的影響規(guī)律。3.2試驗材料試驗所用原材料為：鋁錠（99.7%）鑭（99.9%）鈰（99.9%）Al-30Si(ZL104)3.3配料計算ZL104牌號要求8.0%-10.5%Si 0.17-0.3

26、%Mg 0.2-0.5%Mn 其余為AlCi 合金元素含量 Re合金元素在中間合金中的含量 Ei純金屬加入量Fi純金屬的收得率（燒損率） X爐料總量 A純鋁錠含量 例如：純鋁錠62.13Kg X=62.13/1-(10/13.8+0.4/9.6)-0.25/0.8=230.87kg Al-Mn中間合金 142*0.04/0,096=5.92kg 損料用Mg：142*0.0025/0.8=0.44<0.8為收得率> 補(bǔ)償回爐料的Mg ：98*0.025*0.2=0.05Kg純Mg用量；0.44+0.05=0.49 純鋁用量；142-102.9-5.92-0.49=32.7Kg驗證；S

27、i%（98*0.1+103.3*0.138）/241.2*100%2、不能任意分解純鋁錠，以純鋁錠為計算依據(jù)稱純鋁錠的重量A計算出爐料總量x X=A/1-Ci/Bi-Ei/FiAl合金熔劑是Al4.1把它作為含量配料則按成分10%Si 0.25%Mg 0.4%Mn原料；純鋁；Al-00.（Al不小于99.7%）純Mg 1號Mg不小于99.5%（Mg的燒損率20%）Al-9.6%Mn中間合金Al-13.8%Si中間合金爐料240Kg用回爐料純鋁錠可以任意分解爐料總量為240Kg，其中回爐料98Kg新爐料為240-98=142KgAl-Si中間合金用量142*0.1/0.138=102.9Kg （

28、新料中的純Si的量=102.9*0.138）142*0.1=102.98*0.138試樣計算；1配1kgAl-26Si已知Al-30Si（無雜質(zhì)） 純鋁X0.04X=熔合前Al-30Si的質(zhì)量 所以；Al-30Si所需0.96X=960克 960+960*0.4（燒損率）=1344g 純Al所需 0.04X=40g 40+40*0.13=45.2g2，配1kg Al-26Si-0.5RE（RE為鑭鈰混合物）已知；Al-26Si（無雜質(zhì)）鑭鈰混合物（49%、51%）含14%的雜質(zhì) Al-26Si的燒損率為0.4% 稀土元素的燒損率忽略不計 所以x/1.66+（1+0.14）x=(為鑭鈰混合物所占

29、的比重） 所以當(dāng)為0.5%時， x=0.008kg所以加入混合物0,009kg加入Al-26Si1.66kg3，配1kgAl-26Si-RE10.99/0.6=1.65kg2X/(1.65+(1+0.4)X)=1%所以X=0.017kg所以加入鑭鈰混合物為0.019kg加入Al-26Si合金為1.65kg4，配1kgAl-26Si-1.5RE10.985/0.6=1.64kg2X/1.64+1.14X=1.5%所以加入鑭鈰混合物為0.028 加入Al-26Si1.64kg5，配1kgAL-26Si-2RE<1>0.96/0.6=1.63kg<2>X/1.63+(1+0.

30、14)=2%所以加入鑭鈰混合物0.038kg加入Al-26Si為1.63kg配得如下五組材料：組Al-26Si(g)Al(g)Re（g）理想(Kg) 實際（Kg）備注第一組138046.4011Al-26Si第二組1322595.611Al-26Si-0.5Re第三組133260.211.411Al-26Si-1Re第四組149067.31911Al-26Si-1.5Re第五組13506123.411Al-26Si-2Re3.4安全技術(shù)準(zhǔn)備鑄造試驗場地，選擇在西華大學(xué)鑄造車間。該車間擁有箱型電阻爐、熔煉爐、澆注模具，滿足鑄造的條件。 工作場地保持干燥，不允許有積水或積油。 工作開始前，操作者按

31、規(guī)定穿戴好防護(hù)用品，并檢查設(shè)備的線路或管道等，發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)先行排除。坩堝在使用前進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致檢查，若發(fā)現(xiàn)有裂紋、嚴(yán)重氧化皮或嚴(yán)重“漲肚”。電路的通電和斷電應(yīng)有指示燈顯示。吊出坩堝時應(yīng)先斷電。電阻爐與熔煉爐試運行，觀察有無異常反應(yīng)。采用六氯乙烷精煉時，先開動抽風(fēng)機(jī)。加料時注意使?fàn)t料在開始熔化時能自行下降，不得有“搭橋”現(xiàn)象。明確禁止使用未經(jīng)預(yù)熱的熔煉工具與合金液接觸；禁止將未經(jīng)預(yù)熱的冷料加到合金液內(nèi)；禁止將合金液倒在冷錠?；蛩嗟孛婕敖饘俚匕迳?。3.5熔煉3.5.1檢查實驗器具為提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須清除爐料表面的臟物、油污，銹跡，應(yīng)在熔煉前除去。3.5.2爐料預(yù)熱預(yù)熱一般為350450下保溫24h

32、。RE在200250下保溫24h。在保證坩堝涂料完整和充分預(yù)熱的情況下，除易燃材料外的爐料允許隨爐預(yù)熱。3.5.3精煉劑的準(zhǔn)備 鋁合金的精煉采用六氯乙烷、DSG鋁合金除渣除氣劑，視試驗場地提供。六氯乙烷使用前，置于熔爐旁預(yù)熱 DSG鋁合金除渣除氣劑、鋁精煉劑ZS-AJ 01C等精煉劑，存放時要防止吸潮，使用前置于熔爐旁預(yù)熱。3.5.4坩堝及熔煉工具的準(zhǔn)備 新坩堝使用前應(yīng)清理干凈，然后加熱到600700,保持3060min，再降溫到200300，開始噴刷涂料。即將使用的坩堝和熔煉工具用鋼絲刷、鐵鏟、鏨子等工具去除坩堝和熔煉工具表面的氧化物、熔渣等污物，并預(yù)熱到200300，然后在與合金液接觸部分

33、的表面噴刷涂料。噴刷涂料后，坩堝應(yīng)預(yù)熱到500600，其它熔煉工具預(yù)熱到200300待用。模具預(yù)熱200并保持至少十分鐘。噴刷涂料后的使用時間，以涂料不脫落為原則，在連續(xù)熔煉時，重新清理坩堝，并噴刷涂料。其它熔煉工具涂料脫落后應(yīng)隨時補(bǔ)涂。用后的坩堝和熔煉工具上的金屬殘渣、氧化皮和熔渣應(yīng)清理干凈，坩堝使用后趁熱清理。3.5.5合金熔煉根據(jù)坩堝熔煉和爐料重量，按合金錠、中間合金、純金屬的次序陸續(xù)加入坩堝并升溫熔化。 a. 加RE時，用鐘罩將RE壓入合金液下部，緩慢轉(zhuǎn)動，攪拌均勻，待RE全部熔化后取出鐘罩。 爐料全部熔化后，當(dāng)合金液溫度到690740時，用鐘罩分23批將精煉劑壓入合金液內(nèi)，距離坩堝底

34、部1015cm處，緩慢均勻轉(zhuǎn)動，直到反應(yīng)停止后，取出鐘罩。 a.，精煉劑具體加入量根據(jù)精煉效果調(diào)整。 精煉后，靜置1020min，然后去除合金液表面的熔渣，再將合金液直接澆注。 a. 在整個熔煉澆注過程中，合金液的溫度不要過高，在短時間內(nèi)也不應(yīng)超過750。 b. 合金的熔煉澆注時間要盡量縮短，從合金開始熔煉到澆注完畢平均3h。 c. 精煉后合金液的停留時間，鑄造或壓鑄不超過4h，否則應(yīng)補(bǔ)充精煉。 d. 補(bǔ)充精煉的溫度與澆注溫度相同，精煉劑的用量為剩余合金液重量的0.20.4。 e. 在澆注過程中，不得將澆口余料或廢鑄件隨意加入合金液內(nèi)，否則應(yīng)重新精煉。 f. 坩堝底的剩余合金液深度小于50mm

35、時，不得再澆注鑄件，但可以加入爐料連續(xù)熔煉，或倒入新的合金液。 g. 在整個熔煉過程中，盡量少破壞合金液表面的氧化皮，在舀取合金液時，應(yīng)先將氧化皮扒開，盡量避免將氧化皮帶入合金液內(nèi)。將熔煉好的合金溶液澆注到模具中，風(fēng)冷后取出。如此，制得五組實驗樣品 3.6拉伸實驗3.6.1制作試件的討論 原則上試樣的形狀與尺寸取決于要被試驗的金屬產(chǎn)品的形狀與尺寸。通常從產(chǎn)品、壓制坯或鑄錠切取樣坯經(jīng)機(jī)加工制成試樣。但具有恒定橫截面的產(chǎn)品（型材、棒材、線材等）和鑄造試樣（鑄鐵和鑄造非鐵合金）可以不經(jīng)機(jī)加工而進(jìn)行試驗。試樣原始標(biāo)距與原始橫截面積有關(guān)系者稱為比例試樣。國際上使用的比例系數(shù)k的值為5.65。原始標(biāo)距應(yīng)不

36、小于15mm。當(dāng)試樣橫截面積太小，以致采用比例系數(shù)k為5.65的值不能符合這一最小標(biāo)距要求時，可以采用較高的值（優(yōu)先采用11.3的值）或采用非比例試樣。非比例試樣其原始標(biāo)距（Lo）與其原始橫截面積（So）無關(guān)。使用比例式樣時，比例式樣與原始橫截面積（橫截面積最小值）有如下關(guān)系： L0=Ks0式中比列系數(shù)K通常取值5.65，因為d=15mm，式樣總長在夾持時可控制在5d，所以K取5.65是合適的。由于實驗計劃疏忽，實驗時并未標(biāo)距。擬采用機(jī)加工，按金屬材料室溫拉伸試驗方法第六章試樣的要求制備試樣 采用機(jī)加工若試樣的夾持端與平行長度的尺寸不相同，它們之間應(yīng)以過渡弧連接。 3.6.2制作試樣 數(shù)控機(jī)床

37、經(jīng)檢驗后為I級準(zhǔn)確度。使用數(shù)控機(jī)床將割取的制件制成截面為直徑10mm，長度為110mm，表面精加工的試件，在試件加工完成后，使用游標(biāo)卡尺在試件兩端及中間處兩個相互垂直的方向上各測一次直徑，取算術(shù)平均值后，發(fā)現(xiàn)機(jī)床制得的制件誤差小于0.001mm,根據(jù)GB/T 228-2002可忽略不計，故視五組試件都為直徑相同的標(biāo)準(zhǔn)拉伸式樣。 3.6.3實驗過程調(diào)整試驗機(jī)。根據(jù)鋁合金的抗拉強(qiáng)度b和原始橫截面面積估算試件的最大載荷，配置相應(yīng)的擺錘，選擇合適的測力度盤。開動試驗機(jī)，使工作臺上升10mm左右，以消除工作臺系統(tǒng)自重的影響。調(diào)整主動指針對準(zhǔn)零點，從動指針與主動指針靠攏，調(diào)整好自動繪圖裝置。裝夾試件。先將

38、試件裝夾在上夾頭內(nèi)，再將下夾頭移動到合適的夾持位置，最后夾緊試件下端。檢查與試車。請實驗指導(dǎo)教師檢查以上步驟完成情況。開動試驗機(jī)，預(yù)加少量載荷（載荷對應(yīng)的應(yīng)力不能超過材料的比例極限），然后卸載到零，以檢查試驗機(jī)工作是否正常。進(jìn)行試驗。開動試驗機(jī)，緩慢而均勻地加載，仔細(xì)觀察測力指針轉(zhuǎn)動和繪圖裝置繪出 圖的情況。過了屈服階段，加載速度可以快些。將要達(dá)到最大值時，注意觀察“縮頸”現(xiàn)象。試件斷后立即停車，記錄最大荷載值，讀取計算機(jī)所記錄的實驗數(shù)據(jù)。3.6.4實驗數(shù)據(jù) 按照標(biāo)準(zhǔn)操作后，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線與拉斷后的試件圖片如下。第一組：拉斷后：第二組：拉斷后第三組：拉斷后：第四組：拉斷后：第五組：拉斷后：

39、得到實驗數(shù)據(jù)如表：試樣號Lc(mm)d(mm)L0(mm)ReH(N/mm2)ReL(N/mm2)n()Fm(Kn)Re(N/mm2)E(N/mm2)FeH(N)FeL(N) Rm(N/mm2)Fe(N)133.00010.92033.00080.0000.000-1.0007.50880.0004767.0387508.2790.00080.0007508.279231.00010.92031.00081.0000.000-1.0007.63381.0005037.5497632.5950.00081.0007632.595331.00010.92031.0000.0000.000-1.00

40、011.51053.0002599.0810.0000.000123.0004920.238431.00010.92031.0000.0000.000-1.0008.51156.0002968.8810.0000.00091.0005242.330531.00010.92031.00077.0000.000-1.0007.。25577.0004439.6707254.5900.00077.0007254.590（兩面機(jī)加工，圓形橫截面，未經(jīng)熱處理、表面粗糙度0.6）頁 34四 結(jié)果分析第一、 二組對比：由圖表可知，Al-26Si-Re與Al-26Si屈服強(qiáng)度保持微弱增加，抗拉強(qiáng)度微弱增加，彈性

41、模量少量增加，最大力保持不變。第一、三組的對比：有圖表可知屈服強(qiáng)度下降明顯，抗拉強(qiáng)度得到了明顯的強(qiáng)化，彈性模量下降明顯，最大力增大明顯。第一、 四組對比：由圖表可知抗拉強(qiáng)度明顯增大，屈服強(qiáng)度明顯下降，彈性模量下降，最大力基本不變。第一、 五組對比：由圖表可知屈服強(qiáng)度保持微弱下降，抗拉強(qiáng)度微弱下降，彈性模量少量增加，最大力基本持平。Re、Rm、E、Fm隨著添加RE的增加而變化的折線圖：隨著Re加入量的增加(0.5%2.0%),0.5%時材料性能并未發(fā)生可觀的改變；材料的抗拉強(qiáng)度在1.0%時達(dá)到峰值，隨后逐漸下降，在2.0%時基本持平未加入時的性能，屈服強(qiáng)度在1.0%時下降明顯隨后緩慢上升，彈性模

42、量在0.5%時微量上升，隨后一直低于未加入時水平，在2.0%時基本持平。五 結(jié)論以Al-26Si本身的力學(xué)性能做參考添加RE（鑭、鈰）能夠改變Al-26Si的力學(xué)性能。在RE含量為1.0%效果明顯。在2.0%時影響趨近于零。RE對鋁硅合金的抗拉強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用，在含量為1.0%時達(dá)到最佳。對鋁硅合金的其他力學(xué)性能有明顯的減弱作用。六 收獲 本文探究了RE含量對鋁硅合金的影響，我認(rèn)識到材料成分的組成對材料的性能的影響，同時材料的組織結(jié)構(gòu)與制備工藝流程也非常重要。材料試驗讓我被迫的查詢了很多資料文獻(xiàn)，并且很多文獻(xiàn)熟悉之后才發(fā)現(xiàn)對試驗并沒有什么用。但是看了很多文獻(xiàn)之后發(fā)現(xiàn)看懂的其實不多，這意味著專業(yè)知識的匱乏將讓試驗進(jìn)行舉步維艱。我們的確有相應(yīng)的課程訓(xùn)練，但是當(dāng)我離開紙面的設(shè)計，去動手做時，才發(fā)現(xiàn)許多問題之前沒有考慮到，但是遇到后，沒有時間更改或者一時沒有解決辦法，等解決問題后，卻沒有機(jī)會更正。例如鑄造時精煉的實際操作，澆鑄，我們一無所知，幸好由于比較危險，所以老師在第一次操作時全程監(jiān)督指導(dǎo)，但是由于第一次澆鑄，經(jīng)驗不足，澆鑄的產(chǎn)品很多都有氣孔，但是沒有機(jī)會進(jìn)行第二次鑄造，這非常遺憾，也令后續(xù)的試驗帶來了諸多不便，影響了實驗數(shù)據(jù)的可信度。對于力學(xué)性能只做了拉伸試驗，并沒有將所有性能全部測試，非常遺憾。小組合作讓我學(xué)會了如何高效