釔變質(zhì)Al7合金顯微組織研究

1、沈 陽(yáng) 航 空 航 天 大 學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院(綜合實(shí)驗(yàn)研究)課題題目: 釔變質(zhì)Al-7%Si合金顯微組織研究班 級(jí) 14110202 學(xué) 號(hào) 姓 名 馬也 指導(dǎo)教師 王艷晶 2014年10月1日沈陽(yáng)航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 本科生（綜合實(shí)驗(yàn)研究）任務(wù)書(shū)專(zhuān) 業(yè)材料成型及控制工程班 級(jí)14110202學(xué) 號(hào)姓 名馬也題 目釔變質(zhì)Al-7%Si合金顯微組織研究時(shí) 間 課題內(nèi)容及要求1、查閱資料，掌握鋁合金熔煉、變質(zhì)原理，掌握釔對(duì)鋁硅合金組織影響的機(jī)理。2、完成合金配料、熔煉、變質(zhì)、澆注工藝。3、掌握冷卻速度對(duì)變質(zhì)效果的影響。4、合金顯微組織分析。5、團(tuán)結(jié)協(xié)作、提倡新思路、新見(jiàn)解。6、按要求

2、完成綜合實(shí)驗(yàn)研究論文，字?jǐn)?shù)5000-10000字。主 要 參 考 資 料1羅啟全，鋁合金熔煉與鑄造M廣州：廣東科技出版社,2002.3接金川，釔元素對(duì)ZL101A合金組織和性能的影響J. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大 學(xué)，2008.4 劉 政，諶慶春，郭 頌.鋁釔共晶反應(yīng)及其產(chǎn)物對(duì)亞共晶鋁硅合金初生相的細(xì)化研究J.稀有金屬2013.37（9）:7085潘復(fù)生,張丁非.鋁合金及其應(yīng)用M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.指導(dǎo)教師王艷晶日 期釔變質(zhì)Al-7%Si合金顯微組織研究摘要：本實(shí)驗(yàn)的目的通過(guò)向Al-7%Si合金中加入不同含量的 Y 元素，研究了Y 元素對(duì)Al-7%Si組織的影響，通過(guò)在光學(xué)顯微鏡下對(duì)

3、鑄態(tài)組織的觀察，分析釔元素的加入量及變質(zhì)時(shí)間的改變對(duì)鑄態(tài)組織的影響。研究發(fā)現(xiàn)：鑄態(tài)條件下，Al-7%Si合金在 750保溫時(shí)，在一定范圍內(nèi)（本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為0.5%至0.8%）隨Y的加入量的增加和變質(zhì)時(shí)間的延長(zhǎng)-Al相樹(shù)枝晶逐漸細(xì)化;少量Y元素(實(shí)驗(yàn)最少量為0.2%Y）就可以使Al-7%Si合金的共晶硅分布更加均勻，而且一定量的Y元素（實(shí)驗(yàn)為0.5%至0.8%）可以有良好的變質(zhì)作用，使尖銳的共晶硅相變質(zhì)為短棒狀或等軸狀，極大改善了共晶硅對(duì)機(jī)體的割裂狀況；另外，通過(guò)將釔變質(zhì)試樣與原始鑄態(tài)試樣的宏觀觀察，發(fā)現(xiàn)少量的Y元素便可對(duì)去除鋁合金中氣體有顯著的效果。關(guān)鍵詞：亞共晶鋁硅合金 稀土釔 顯微鑄態(tài)組織

4、變質(zhì)處理Al-7% Si Alloy Microstructure of yttrium metamorphicAbstract: By adding different amounts of Y element into Al-7%Si alloy, the paper studied the effects of Y elements on the Al-7%Si tissue. By observing microscope cast structure under the optical microscope , we analyzed the impact of the cast m

5、icrostructure changes and the addition of yttrium deterioration of time. Under low magnification microscopy conditions, we observed that the as-cast condition at 750 incubated Al-7% Si alloy, in a certain range with the increase in the amount of yttrium is added （0.5%-0.8%）and the deterioration time

6、 of the extension phase -Al dendrite gradually refined.Which make a sharp deterioration of the eutectic silicon phase shorter rod or equiaxed；Under high power microscope observation that a small amount of Y element （0.2%）can make the eutectic silicon Al-7% Si alloy is more evenly distributed,And a c

7、ertain amount of Y element （0.5%-0.8%）can have a good metamorphism,greatly improving the eutectic silicon on the body fragmented situation；Furthermore, the deterioration of macro observation of the sample and Y the original as-cast sample, we find that the removal of the aluminum alloy element Y gas

8、es have significant effect.Keywords :Hypoeutectic Al-Si alloys Yttrium Microscopic cast microstructure Modification目 錄第一章 概述11.1亞共晶鋁合金概況 11.2 硅元素對(duì)亞共晶鋁合金的影響.1 1.3 Al-Si合金的變質(zhì)1 1.4亞共晶鋁合金的組織 2 1.4.1亞共晶鋁合金的組織特點(diǎn) 2 1.4.2亞共晶鋁合金的性能特點(diǎn) 21.5 稀土元素對(duì)鋁硅合金的影響2 1.6 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x3第二章 實(shí)驗(yàn)用原材料、儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法4 2.1 實(shí)驗(yàn)材料4 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備42.3

9、 實(shí)驗(yàn)方法4第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 63.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果63.2 組織分析 10 3.2.1 Y對(duì)-Al的細(xì)化作用分析 10 3.2.2 Y對(duì)共晶硅的變質(zhì)作用分析 11第四章 結(jié)論12參考文獻(xiàn) 13第1章 概述1.1 亞共晶鋁合金概況 隨著近代機(jī)械制造工業(yè)如航空、航海、汽車(chē)工業(yè)、石油化工、電信和原子能及空間技術(shù)等工業(yè)的崛起，鋁合金使用量在日益增加，而且對(duì)結(jié)構(gòu)件及零部件材料提出了越來(lái)越高的要求，不僅要求其具有優(yōu)良的性能（如強(qiáng)度），而且必須具備良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性。Al-Si合金是使用較為廣泛的一種鋁合金，它的鑄造性能、焊接性能以及耐腐蝕性能較好，在各個(gè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位1。

10、另外，Al-Si更顯著的特點(diǎn)是擁有密度低、熔點(diǎn)低，并且除了氫元素在其溶解度較大外其他氣體的溶解度均比較少。Al-7%Si擁有良好的鑄造性能、焊接性能、抗壓性能以及抗腐蝕性能。經(jīng)過(guò)熱處理的Al-7%Si可以擁有良好的拉伸性能和其他力學(xué)性能，從而在航空航天、汽車(chē)、造船等國(guó)民領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用2。稀土元素加入鋁合金中可以顯著改善鋁合金的金相組織，細(xì)化晶粒，去除鋁合金中氣體和有害雜質(zhì)，減少鋁合金的裂紋源，從而會(huì)提高合金的強(qiáng)度，稀土鋁合金已經(jīng)成為性能優(yōu)良、用途廣泛的新型材料。釔元素作為一種重稀土元素，性質(zhì)比較活潑，研究釔元素對(duì)Al-7%Si合金組織和性能的影響非常有必要，在生產(chǎn)實(shí)際中有重要的意義3。1

11、.2 硅元素對(duì)亞共晶鋁合金的影響Si是Al-Si組織中的第二相，Si的含量的提高大大改善了合金的鑄造性能，根據(jù)Al-Si的二元相圖，共晶成分是Si=12.6%。根據(jù)液態(tài)金屬停止流動(dòng)機(jī)理，合金凝固時(shí)，其共晶溫度范圍越寬，枝晶就越發(fā)達(dá)，液流前段析出相對(duì)較少的固相，在較短的時(shí)間內(nèi)液體就停止流動(dòng)，ZL102的Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.5-7.5%，Si的含量偏上限時(shí)，其共晶溫度范圍越窄，有利于提高其流動(dòng)性。 Si元素的含量是合金流動(dòng)性的主要影響因素，通過(guò)形成金屬間化合物，改變?nèi)垠w凝固過(guò)程中的熱場(chǎng)環(huán)境和原子擴(kuò)散環(huán)境，改變?nèi)垠w凝固過(guò)程，影響合金熔體的流動(dòng)性4。1.3 Al-Si 合金的變質(zhì) 沒(méi)有處理的Al-S

12、i合金中，Si相呈出粗大的片狀或者針狀，這樣的Si嚴(yán)重割裂基體，并在硅相的尖端和棱角處容易形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致材料塑性、切削加工性能降低。因此，為了提高Al-Si合金的機(jī)械性能，改善合金的切削加工性能，通常需對(duì)Al-Si合金進(jìn)行變質(zhì)處理。 1.4亞共晶鋁合金的組織亞共晶鋁合金的組織特點(diǎn) 亞共晶鋁合金原始鑄態(tài)組織枝晶粗大，Si相呈出粗大的片狀或者針狀，割裂基體嚴(yán)重。造成力學(xué)性能不足，并且有縮松和氣孔傾向。圖1.1 原始鑄態(tài)亞共晶Al-Si顯微組織亞共晶鋁合金的性能特點(diǎn)亞共晶鋁合金可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，具有自然時(shí)效能力，強(qiáng)度較高，塑性較好。該合金的鑄造性能優(yōu)良,流動(dòng)性好、線收縮小，熱裂傾向低、氣密性高

13、,但稍有產(chǎn)生氣孔和縮孔傾向。合金的耐蝕性高，焊接性好，切削加工性能一般。力學(xué)性能：表1.1 亞共晶鋁合金的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 硬度 b (MPa) b（MPa) 5 (%) (HB ) 220 180 2 6595熱處理規(guī)范： 淬火:535±5,提溫2h,升至535，保溫812h，65水冷，小于45S，退火、時(shí)效或回火:180±5，保溫48h；然后空冷。鑄造方法： 砂型鑄造加變質(zhì)處理、熔模鑄造加變質(zhì)處理、殼型鑄造加變質(zhì)處理（SB.RB.KB)1.5 稀土元素對(duì)鋁硅合金的影響稀土對(duì)鋁及鋁合金的作用，一般可歸納為除氣、除雜、變質(zhì)、強(qiáng)化等作用。加入稀土后能明顯地改

14、善鋁及鋁合金的鑄造性能，提高鑄件的質(zhì)量；提高強(qiáng)度、抗裂性能和耐磨性能；提高合金的耐熱、抗氧化耐腐蝕性能。目前制備稀土鋁合金的方法有3 種：混熔法、電解法、鋁熱還原法?；烊鄯ㄒ?yàn)橐壬a(chǎn)稀土金屬，成本較高，所以應(yīng)用較少；大量的生產(chǎn)方法是電解法。鋁熱還原法近年來(lái)發(fā)展迅速。電解法和鋁熱還原法都是很有發(fā)展前途的生產(chǎn)方法。目前需要做的是加強(qiáng)基礎(chǔ)理論工作，尤其是稀土對(duì)鋁合金作用機(jī)理，稀土在鋁合金中存在狀態(tài)和分布，要深入研究。深入地對(duì)稀土鋁合金生產(chǎn)的熔鹽物理化學(xué)過(guò)程、熔體組成及形態(tài)、電流對(duì)合金電沉積的影響、控制因素以及稀土的加入工藝、加入方式、數(shù)量、稀土種類(lèi)的系統(tǒng)研究，這是非常重要的，以促使稀土鋁合金的制備

15、方法在理論和實(shí)踐上都有更大進(jìn)展5。尹卓湘6研究了稀土對(duì)亞共晶鋁硅合金性能的影響，鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率在一定濃度范圍隨稀土含量增加而同步增長(zhǎng)，添加劑稀土的有效加入0.4%-0.45%RE(質(zhì)量)，稀土對(duì)合金也有一定的變質(zhì)作用。鐘聲7研究了稀土變質(zhì)劑對(duì)鋁硅系鑄造合金時(shí)效過(guò)程的影響，結(jié)果表明提高或合金中僅含合金元素Si和Mg時(shí)，稀土使時(shí)效峰提前，如ZL101A和ZL104合金。稀土變質(zhì)Al-Si鑄造合金時(shí)效處理使其硬度普遍升高。A. Knuutinen等人對(duì)Y元素對(duì)A356 的變質(zhì)效果作了研究，并與Ba、Ca、Yb等的變質(zhì)效果作了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Y僅能使共晶硅變成盤(pán)狀，這和Yb的變質(zhì)效果相近，

16、而B(niǎo)a、Ca能使共晶硅變質(zhì)成纖維狀。其變質(zhì)機(jī)理8是加入Y元素之后使共晶形核方式發(fā)生了改變，并且使共晶生長(zhǎng)更加依賴熱流方向。與此同時(shí)，他們還研究了A356中加入以上幾種元素對(duì)形成縮松的影響9，發(fā)現(xiàn)Y元素使合金共晶凝固從表面向中間凝固，從而阻塞了補(bǔ)縮通道，使縮松容易形成。1.6 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x通過(guò)本次試驗(yàn)，深入了解鋁硅合金應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景、組織形態(tài)、合金的熔煉、變質(zhì)工藝等，對(duì)比觀察前后組織變化，鞏固及運(yùn)用以前學(xué)習(xí)的鑄造原理及鑄造合金及熔煉等方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)具有重要意義。第2章 實(shí)驗(yàn)用原材料、儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法 2.1 實(shí)驗(yàn)材料 試驗(yàn)用的原材料是高純鋁、Al-12%Si中間合金、純釔。 Al-12%

17、Si中間合金采用工業(yè)ZL102合金錠。其化學(xué)成分見(jiàn)表2.1。表2.1 ZL102合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù),%c) Si Mg Ti Fe AL 12.0 0.1 0.20 0.000 0.700 余量2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 光學(xué)金相顯微鏡，電阻爐，電動(dòng)拋光機(jī)，石墨坩堝，石墨鑄型。2.3 實(shí)驗(yàn)方法1烘干坩堝 為防止增鐵選用石墨坩堝。將新的石墨坩堝放入電阻爐中，加熱至至800，保溫兩小時(shí)。以保證坩堝中水分充分去除。2 制備Al-7%Si合金1）將純鋁，Al-12% Si合金放入石墨坩堝中，在電阻坩堝爐內(nèi)加熱至750下保溫。2）將爐內(nèi)溫度下降至730，加入0.5%六氯乙烷除氣，快速澆入石墨鑄型，得到Al-

18、7%Si鑄件。3Y變質(zhì)Al-7%Si合金將獲得的Al-7%Si等分成8份，分別作如下處理： 第一份加熱至750，使Al-7%Si合金完全融化，將溫度降至730，六氯乙烷除氣后加入0.2%的純釔，保溫30分鐘，扒渣快澆，記鑄件為1號(hào)鑄件。 第二、三、四份加熱至750，使Al-7%Si完全融化，將溫度降至730，六氯乙烷除氣后加入0.5%的純釔，分別保溫30分鐘、60分鐘、120分鐘，扒渣快澆，分別記為21,22,23號(hào)鑄件。 第五、六、七份加熱至750，使Al-7%Si完全融化，將溫度降至730，六氯乙烷除氣后加入0.8%的純釔，分別保溫30分鐘、60分鐘、120分鐘，扒渣快澆，分別記為31,3

19、2,33號(hào)鑄件。 第四組不作任何處理，保留原始鑄態(tài)組織，作為對(duì)照組，記為4號(hào)鑄件。表2.2 熱處理工藝參數(shù)編號(hào) 溫度 Y加入量 保溫 1 750降至730 0.2% 30min 21 750降至730 0.5% 30min22 750降至730 0.5% 60min23 750降至730 0.5% 120min31 750降至730 0.8% 30min32 750降至730 0.8% 60min33 750降至730 0.8% 120min4 不做處理 4金相試樣制備與組織觀察 試驗(yàn)將鑄件用金相切割機(jī)切成2.5*1*1（cm）尺寸的試樣，并按照個(gè)鑄件的編號(hào)將試樣分成18號(hào)。將試樣經(jīng)240#、

20、400#、600#、800#、1000#的普通砂紙預(yù)磨，每變更一種砂紙序號(hào)，讓磨削方向更換 90 度，并保證上一次的磨痕完全看不到，磨光完畢后，再用從大到小號(hào)的金相砂紙拋光后用拋光機(jī)拋光，拋光布采用海軍呢材質(zhì)，先用研磨液，成分是剛玉粉末懸浮液，并不斷在金相顯微鏡下觀察，顯微鏡視野中無(wú)明顯劃痕后，換用短絨拋光布加洗潔精清洗液。清洗完后用清水沖洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干。之后用5%氫氟酸腐蝕，均腐蝕10s，清水沖洗后吹干，最后后在金相顯微鏡下觀察、照相。照片分8組，每組的3個(gè)倍數(shù)下照3張。8組的宏觀組織1張。第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 a)b)圖3.1 經(jīng)0.2%Y變質(zhì)（a）和未變質(zhì)（b）的鋁

21、硅合金顯微組織圖3.1（a）為經(jīng)0.2%Y變質(zhì)的鋁硅合金顯微組織，和圖3.1（b）為未變質(zhì)的鋁硅合金顯微組織。白色基體為-Al，黑色相為共晶硅。未變質(zhì)組織中初生-Al多呈多呈樹(shù)枝狀，晶粒的形貌和尺寸都極不理想，樹(shù)枝晶的一次、二次枝晶粗大，同是存在三次枝晶。共晶硅以針片狀為主，且分布很不均勻，在晶界處偏聚，降低合金的強(qiáng)度以及延伸率。 添加0.2%Y的鋁硅合金初生相多為樹(shù)枝晶，一次晶柱粗大，二次枝晶熔斷。通過(guò)對(duì)比（a）和（b）的金相組織我們發(fā)現(xiàn)，加入Y0.2%鑄件中（a）共晶硅的分布較原始鑄件組織（b）更加均勻。 a)b)c)d)h)g)f)e)圖3.2 不同Y加入量及變質(zhì)時(shí)間的鋁硅合金顯微組織（

22、a）未變質(zhì)鋁硅合金顯微組織 （b）0.2%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金顯微組織（c）0.5%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金顯微組織 （d）0.8%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金顯微組織（e）0.5%Y變質(zhì)60min的鋁硅合金顯微組織 （f）0.8%Y變質(zhì)60min的鋁硅合金顯微組織 （g）0.5%Y變質(zhì)120min的鋁硅合金顯微組織（h）0.8%Y變質(zhì)120min的鋁硅合金顯微組織對(duì)比圖3.2 a、b、c、d，若對(duì)鋁合金變質(zhì)30分鐘，當(dāng)釔加入量小于等于0.5%時(shí)，釔含量的增加對(duì)-Al的細(xì)化作用并不明顯，反而有少許粗化現(xiàn)象，但釔元素加入量為0.8%時(shí)，對(duì)-Al有明顯的細(xì)化作用，初生相為樹(shù)枝晶，但部分枝晶已

23、轉(zhuǎn)變?yōu)樗N薇花狀晶粒，樹(shù)枝晶一次晶柱較大，無(wú)三次枝晶出現(xiàn)，部分二次枝晶熔斷成球狀晶粒和條狀晶粒。對(duì)比圖3.2 c、e、g，若延長(zhǎng)保溫時(shí)間，含Y0.5%也可以觀察到-Al發(fā)生明顯細(xì)化，且隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，晶粒細(xì)化程度提高，初生相為樹(shù)枝晶，但隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)樗N薇花狀晶粒增多。對(duì)比圖3.2 d、f、h，Y0.8%變質(zhì)的鋁合金也可以觀察到-Al隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，樹(shù)枝晶細(xì)化程度明顯提高，晶粒尺寸變小，圓整度提高，但加入量與保溫時(shí)間最佳范圍還需做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。b)a)c)d)e)f)g)h)圖3.3 不同Y加入量及變質(zhì)時(shí)間的鋁硅合金顯微組織 （a）未變質(zhì)鋁硅合金顯微組織 （b）0.2%Y變質(zhì)

24、30min的鋁硅合金顯微組織 （c）0.5%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金顯微組織 （d）0.8%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金顯微組織 （e）0.5%Y變質(zhì)60min的鋁硅合金顯微組織 （f）0.8%Y變質(zhì)60min的鋁硅合金顯微組織 （g）0.5%Y變質(zhì)120min的鋁硅合金顯微組織 （h）0.8%Y變質(zhì)120min的鋁硅合金顯微組織對(duì)比a、b、c、d的共晶硅組織形態(tài)我們發(fā)現(xiàn)，若對(duì)鋁合金變質(zhì)30min，當(dāng)釔加入量0.2%時(shí)，對(duì)共晶硅的細(xì)化作用并不明顯，但釔元素加入量大于0.5%時(shí)，對(duì)共晶硅有明顯的變質(zhì)作用，使尖銳的板條狀共晶硅逐漸變?yōu)槎贪魻罨虻容S狀，尖角逐漸消失,樹(shù)枝晶熔斷，晶粒逐漸均勻，圓整度提

25、高。對(duì)比c、e、g ，d、f、h可知，若延長(zhǎng)保溫時(shí)間，且隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，樹(shù)枝晶熔斷，圓整度提高，共晶硅變質(zhì)效果提高，且在保溫時(shí)間相同的條件下，0.8%Y變質(zhì)的結(jié)果較0.5%變質(zhì)的結(jié)果更好，晶粒尺寸變小，共晶硅的圓整度提高。abcdefgh圖3.4 不同Y加入量及變質(zhì)時(shí)間的鋁硅合金宏觀組織 （a）0.2%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金宏觀組織 （b）0.5%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金宏觀組織 （c）0.5%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金宏觀組織 （d）0.5%Y變質(zhì)30min的鋁硅合金宏觀組織 （e）未變質(zhì)鋁硅合金宏觀組織 （f）0.8%Y變質(zhì) 60min的鋁硅合金宏觀組織 （g）0.8%Y變質(zhì)120

26、min的鋁硅合金宏觀組織 （h）0.8%Y變質(zhì)120min的鋁硅合金宏觀組織對(duì)比a、b、c、d、e、f、g、h的宏觀組織的觀察我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)少量的Y元素便可對(duì)去除鋁合金中氣體有顯著的效果。3.2 組織分析3.2.1 Y對(duì)-Al的細(xì)化作用分析Y元素對(duì)-Al的影響可以從影響形核及影響長(zhǎng)大兩方面來(lái)看，即純釔的加入對(duì)于-Al起孕育劑和變質(zhì)劑的作用。首先分析Y元素對(duì)-Al形核過(guò)程的影響，由 Al-Y 相圖10可知在 637 時(shí)，富鋁端有一共晶反應(yīng): L-Al + Al3Y。根據(jù)Bramfitt二位點(diǎn)陣錯(cuò)配度理論的匹配程度計(jì)算公式如下 式中，（hkl)s是基底的一個(gè)低指數(shù)面，uvws是（hkl）s晶面上的

27、一個(gè)低指數(shù)方向，（hkl）n形核相的一個(gè)低指數(shù)晶面，uvwn是（hkl）n晶面上的一個(gè)低指數(shù)方向,duvws是沿uvwn方向的原子間距，duvwn是沿uvwn方向的院子間距，是uvws和uvwn的夾角。江西理工大學(xué)劉政、郭頌10等計(jì)算得兩種不同晶格類(lèi)型物質(zhì)的二維錯(cuò)配度為10.14% 15.00%。即 Al3Y 可作為異質(zhì)形核的質(zhì)點(diǎn)并達(dá)到中等有效形核。計(jì)算的結(jié)果表明，在利用稀土細(xì)化鋁合金時(shí)，除了稀土與鋁在一定溫度下( 與稀土種類(lèi)有關(guān)) 產(chǎn)生共晶反應(yīng)的產(chǎn)物: -Al可有效地細(xì)化鋁合金中的初生相；而共晶反應(yīng)的另一產(chǎn)物: 稀土鋁化合物，若其與初生 相的二維錯(cuò)配度比較小，滿足異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)的要求，可進(jìn)一步

28、提高鋁合金初生 相的細(xì)化效果。鋁合金在結(jié)晶過(guò)程中首先析出的是-Al相，由于Y的原子半徑較大，在-Al的長(zhǎng)大過(guò)程中，稀土原子進(jìn)入-Al中，引起較大的晶格畸變。為減小-Al的晶格畸變，使系統(tǒng)自由能降低，稀土原子在原子排列不規(guī)則的晶界上富集，這種晶粒生長(zhǎng)表面富集的Y元素層阻礙了初生相的生長(zhǎng)，細(xì)化了晶粒12。 利用稀土 L 細(xì)化鋁硅合金初生相是可行且有效果的，其細(xì)化機(jī)制與Y在鋁硅合金中產(chǎn)生的Al-Y共晶反應(yīng):L-Al + Al3Y有關(guān)"該共晶反應(yīng)的產(chǎn)物-Al和Al3Y皆可作為鋁硅合金凝固時(shí)的形核核心，從而達(dá)到細(xì)化合金初生相的作用。除此外，Y元素對(duì)于-Al相的成長(zhǎng)過(guò)程造成了相對(duì)較大的成分過(guò)冷，

29、在釔元素添加量較少時(shí)，由于孕育、變質(zhì)效果不明顯。 3.2.2 Y對(duì)共晶硅的變質(zhì)作用分析 在Al-7%Si合金中加入Y后，隨著凝固過(guò)程的開(kāi)始，稀土元素在析出的硅相前沿形成較大的成分過(guò)冷，抑制了硅相在原生長(zhǎng)方向的迅速生長(zhǎng)，使共晶硅細(xì)化。另外，Y元素可吸附和阻礙硅的生長(zhǎng)，引發(fā)共晶硅的多重孿晶，孿晶數(shù)量的增加使硅的尺寸發(fā)生變化，板片狀硅晶體變成短棒狀共晶硅，達(dá)到變質(zhì)效果。 第四章 結(jié)論1. Y元素對(duì)-Al具有良好的細(xì)化效果，且隨當(dāng)純釔加入量小于0.8%時(shí)，隨加入量的增加變質(zhì)時(shí)間延長(zhǎng)細(xì)化效果越來(lái)越好，-Al樹(shù)枝晶明顯細(xì)化，枝晶間距越來(lái)越小。2. Y對(duì)共晶硅具有良好的變質(zhì)效果，且隨當(dāng)純釔加入量小于0.8%時(shí)，隨加入量的增加變質(zhì)時(shí)間延長(zhǎng)共晶硅的變質(zhì)效果越來(lái)越好，圓整度明顯提高。3. 選用Y稀土作為Al合金的細(xì)化劑時(shí)，稀土鋁化合物與-Al的