含钪铝硅合金熔炼工艺研究分析

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1、工业生产中，特别是在运输机械的生产中，为了追求美观和减轻白重、减少油耗，从而采用铝合金代替钢铁材料的事实，已越来越为人们所公认。现代T程结构向大型、复杂和高强度化发展，优质铝合金铸件应用口益增多，对铝合金的综合性能也提出了更高的耍求，既要求有较高的力学性能，乂要求具有优异的铸造性能。冃前应用广泛的Al-Si系铸造铝合金是一种具有优良铸造性的工程用铝合金材料，各国都有类似成分的牌号，见表1-1。表1-1各国铸造Al—Si合金牌号及技术参数国家牌号抗拉强度/MPa延伸率/%中国ZL1012201ZL1O1A2702ZIJ14A2902ZL1162902美国356.020

2、73A356.02344A357.02833德国G-AlSi7Mg2302Wa/3.2371.6ISOAl-Si7Mg2301日本AC4C2263铝合金密度小而强度高，故在航空航天T业铸件中得到广泛的应用。在铝合金中，Al—Si系合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩小、热裂倾向小等，但在未经任何处理状态下其力学性能却一般。如果提高它的力学性能，尤其是强度、韧性同时都较髙，使其能更为广泛地应用，一•直是人们所关注的问题。高纯净度的熔体、理想的细化和变质效杲是铝合金潜力发挥的重要条件。在高效的熔体处理的基础上，通过适当的微合金化处理，在不显著降低合金籾性的

3、前提下，进一步提高其强度⑴。铳(Sc)的密度低，在铝及铝合金中同时具有过渡金属和稀土金属这两类金属的作用，但效果却比这两类金属对铝合金的影响大。含Sc铝合金强度高、热稳定性好,有强烈的时效硬化效应，是发展高强度、高耐热性和高抗蚀性结构铝合金的一种新型微量添加元素。近十儿年来，含Sc铝合金受到了材料界的重视，从基础理论到工业应用都进行了大量的研究工作。美国、日本和加拿大等国都作了不少研究工作，而我国在含Sc铝合金的研究方面述处于起步阶段。为了提高Al・Si系铸造铝合金的综合性能,许多研究机构从合金成分、熔炼工艺和热处理工艺等方面进行了大量的研究。1.1铳的概述金属铳属

4、3d型过渡族金属，与Ti、V、Cr>Mn等同周期，与La、Ce、Pr>Nd等同族，因此它兼有稀土元素、过渡族元素的特性。Sc在铝及铝合金屮同时具有这两类金展的有益作用，但其效果又优于这两类金展，是到H前为止所发现的对优化铝合金性能最为有效的合金元素。在铝合金中添加微量铳(千分之几)，就能对合金的结构和性能产生明显的影响，使具强度、耐腐蚀性能、焊接性能等得到很人提高，可制取超高强(ob2650MPa,§210%)、高强可焊(ob$550MPa,焊接强度系数20195),新型耐高温(ob^lOOMPa,工作温度t^350°C)等一系列铝合金。铳是铝的强化剂,是铝合金强有

5、力的晶粒细化剂和有效的再结晶抑制剂。若添加量按摩尔分数计算，铳对铝的强化作用比任何其它元素都要大。铝铳合金因此是一种集髙强、高韧、低密、耐热、耐蚀、可焊等优异性能于一体的新型结构材料，越來越引起国际材料界的高度重视。1.1.1铳的性质金属铳(Sc):铳元素的原子序数21,是一种柔软、银口色的过渡性金属，常跟轧、餌等混合存在，产量很少，易溶于酸。一般在空气屮迅速氧化而失去光泽,主要存在于极稀少的骯轮石屮，可用以制特种玻璃及轻质耐高温合金等。铳的原了量44.96,原了半径1.664埃，没有4f电了。铳是一种很活泼的金属,溶点1539°C,沸点2832°C,密度为2.99

6、5g/cm3o金属铳易与酸起作用，生成相应的化合物，它在空气中容易失去金属光泽，在500°C〜800°C的条件下能够被空气中的氧气所氧化,生成氧化铳。此外，在高温下还能与卤素、氢、硫、磷、氮、硅和硼等元素起作用，生成和应的二元化合物。如果铳生成化合物以后，则呈稳定的正三价阳离子。例如，在一定条件下可生成Sc203>Sc(CH)3ScCl3>ScF3>Sc"、Sc2(S04)3Sc(NO3)3等。由于金属铳具有许多特殊的化学性质和物理性质，致使科学家对它极感兴趣。因此，近年来铳的应用开拓,H益广泛，效果显著。铳的氧化物、硝酸盐、髙氯酸盐和硫酸盐等盐类，往往带有结晶水，

7、且性质稳定易溶于水。铳在水溶液中某些性质类似稀土，特别是重稀土,如生成草酸铳，氟化铳，硫酸铳复盐的沉淀物。铳与洒石酸鞍作用生成复盐沉淀物，在600°C下则分解生成氧化铳。由于铳及其化合物的制品获得的时间较晚，故致使对铳及其化合物的物理化学性质的研究很不够，基本参数不多，这在很大程度上限制了骯和其化合物用途的开发利用。图1-2给出了几种稀土元素的电负性。图1-2稀土金属电负性与稀土元素的关系1.1.2铳的用途70年代前，铳及其化合物的产量少，质量不高，用量不多，处于开拓用途的时期。80年代以来，随着高技术和新材料的飞跃发展，铳的齐种制品相应地增加了品种，提高了质量