Ir veikti plaši pētījumi par retzemju elementu (REE) pievienošanu 7xxx, 5xxx un 2xxx sērijas alumīnija sakausējumiem, uzrādot ievērojamus efektus. Jo īpaši 7xxx sērijas alumīnija sakausējumi, kas satur vairākus leģējošos elementus, kausēšanas un liešanas laikā bieži piedzīvo spēcīgu segregāciju, kā rezultātā veidojas ievērojams daudzums eitektisku fāžu. Tas samazina izturību un izturību pret koroziju, pasliktinot sakausējuma kopējo veiktspēju. Retzemju elementu pievienošana ļoti leģētiem alumīnija sakausējumiem var uzlabot graudus, nomākt segregāciju un attīrīt matricu, tādējādi uzlabojot mikrostruktūru un kopējās īpašības.
Nesen uzmanību ir piesaistījis superplastisku graudu rafinēšanas iekārtu veids. Šīs rafinēšanas iekārtas izmanto retzemju elementus, piemēram, La un Ce, lai veicinātu graudu un apakšgraudu robežu vājināšanos. Tas ne tikai rafinē graudus, bet arī veicina vienmērīgu nogulšņu izkliedi, nomāc pārkristalizāciju un ievērojami uzlabo sakausējuma plastiskumu, galu galā palielinot produktivitāti ekstrūzijas procesos.
7xxx sērijas alumīnija sakausējumos retzemju elementus parasti pievieno trīs veidos:
1. Retzemju elementi vien;
2. Zr un retzemju elementu kombinācija;
3. Zr, Cr un retzemju elementu kombinācija.
Retzemju elementu kopējais saturs parasti tiek kontrolēts 0,1–0,5 svara% robežās.
Retzemju elementu mehānismi
Retzemju elementi, piemēram, La, Ce, Sc, Er, Gd un Y, veicina alumīnija sakausējumu veidošanos, izmantojot vairākus mehānismus:
Graudu precizēšana: retzemju elementi veido vienmērīgi sadalītus nogulsnes, kas darbojas kā heterogēnas kodolu veidošanās vietas, pārveidojot dendritiskas struktūras vienāda lieluma smalkos graudos, kas uzlabo izturību un plastiskumu.
Segregācijas nomākšana: Kušanas un sacietēšanas laikā retzemju elementi veicina vienmērīgāku elementu sadalījumu, samazina eitektozes veidošanos un palielina matricas blīvumu.
Matricas attīrīšana: Y, La un Ce var reaģēt ar kausējuma piemaisījumiem (O, H, N, S), veidojot stabilus savienojumus, samazinot gāzes saturu un ieslēgumus, kas uzlabo sakausējuma kvalitāti.
Rekristalizācijas uzvedības modifikācija: daži retzemju elementi var piesaistīt graudu un apakšgraudu robežas, kavējot dislokācijas kustību un graudu robežu migrāciju. Tas aizkavē rekristalizāciju un saglabā smalkas apakšgraudu struktūras termiskās apstrādes laikā, uzlabojot gan izturību, gan izturību pret koroziju.
Galvenie retzemju elementi un to ietekme
Skandijs (Sc)
Sc ir mazākais atomu rādiuss starp retzemju elementiem, un tas ir arī pārejas metāls. Tas ir ļoti efektīvs deformētu alumīnija sakausējumu īpašību uzlabošanā.
Alumīnija sakausējumos Sc izgulsnējas kā koherents Al₃Sc, palielinot rekristalizācijas temperatūru un nomācot graudu rupjošanos.
Apvienojumā ar Zr veidojas augstā temperatūrā stabilas Al₃(Sc,Zr) daļiņas, kas veicina vienādi novietotus smalkgraudus un kavē dislokācijas kustību un graudu robežas migrāciju. Tas uzlabo izturību, noguruma izturību un sprieguma korozijas veiktspēju.
Pārmērīgs Sc daudzums var izraisīt rupju Al₃(Sc,Zr) daļiņu veidošanos, samazinot pārkristalizācijas spēju, izturību un plastiskumu.
Erbijs (Er)
Er darbojas līdzīgi kā Sc, bet ir izmaksu ziņā efektīvāks.
7xxx sērijas sakausējumos atbilstošas Er piedevas uzlabo graudus, kavē dislokācijas kustību un graudu robežas migrāciju, nomāc pārkristalizāciju un palielina izturību.
Pievienojot kopā ar Zr, veidojas Al₃(Er,Zr) daļiņas, kas ir termiski stabilākas nekā Al₃Er atsevišķi, nodrošinot labāku pārkristalizācijas nomākšanu.
Pārmērīgs Er daudzums var radīt Al₈Cu₄Er fāzes, samazinot gan izturību, gan plastiskumu.
Gadolīnijs (Gd)
Mērenas Gd pievienošanas uzlabo graudus, palielina izturību un plastiskumu, kā arī uzlabo Zn, Mg un Cu šķīdību matricā.
Iegūtā Al₃(Gd,Zr) fāze nofiksē dislokācijas un apakšgraudu robežas, nomācot pārkristalizāciju. Uz graudu virsmām veidojas arī aktīva plēve, kas vēl vairāk ierobežo graudu augšanu.
Pārmērīgs Gd daudzums var izraisīt graudu raupjumu un pasliktināt mehāniskās īpašības.
Lantāns (La), cērijs (Ce) un itrijs (Y)
La attīra graudus, samazina skābekļa saturu un veido aktīvu plēvi uz graudu virsmām, lai kavētu augšanu.
La un Ce veicina GP zonas un η′ fāzes nogulsnēšanos, uzlabojot matricas izturību un izturību pret koroziju.
Y attīra matricu, kavē galveno leģējošo elementu izšķīšanu cietajā šķīdumā, veicina kodolu veidošanos un samazina potenciālās atšķirības starp graudu robežām un iekšpusi, uzlabojot izturību pret koroziju.
Pārmērīgs La, Ce vai Y daudzums var izraisīt rupjus, blokveidīgus savienojumus, kas samazina plastiskumu un izturību.
Galveno retzemju elementu īpašības un to raksturojums alumīnijā
Publicēšanas laiks: 2025. gada 21. augusts
