稀土在铝合金铸造中的运用探讨

宋肖滨

摘 要：铸造铝合金具备刚性好、密度低以及强度高等特征，大量运用于民用与军用产品，特别是在航海、航空以及航天工业中发挥着重要作用。近几年内，因为铝合金的运用日益宽泛，对于铝合金有着更高的性能需求。在铸造铝合金中加入稀土元素便能够转变其性能与组织，以达到净化金属液与复合变质等各种要求。

关键词：稀土；铝合金；铸造；运用

铝合金是当前运用最多的工业合金之一，因为铸造铝合金具备高强、轻质、优良的加工性能、耐蚀性强等优势，在电子产业、航天航空以及交通运输等领域获得了大量的运用，被运用于制造形状各异、薄壁的大中小型零部件。

一、稀土在铝合金铸造中运用的重要性分析

我们国家的稀土资源加工、出口以及占有等位于全球首位。我国在二十世纪六十年代中期在铸铁过程中运用稀土，逐渐拓展到钢铁、有色冶金及其它各个领域，有色领域大都运用于铝合金。稀土在冶金行业的运用分析大都聚集于钢铁结构材料层面，以铝与铝合金为主导的有色金属层面，即使获得了较好的成绩，然而依然有着非常广阔的发展空间。相关研究说明，在铝以及铝合金当中加入合适数量的稀土元素，能够加强合金的强度特别是高温强度，优化合金的耐磨性、塑性、铸造工艺性以及抗腐蚀性等等。现阶段，在稀土元素的整体需求当中，和金属相关的占据了20%～30%。

稀土在钢铁结构材料里面被用作为微合金化元素；但是在铝合金中，除通过稀土的优良物理冶金性能实施变质、净化以外，还能够将其运用作合金化元素，即使稀土的成本高昂，然而其产品的附加值非常之高。稀土铝合金中往往包含了4.4%～5%的稀土元素，最高能够达到13%～16%。在九十年代初期，稀土铝合金的平均年产量高达10万吨。

当前，铝合金是排在钢铁之后的第二大金属结构原料，其运用日益广泛，我们国家同样同样已经发展成全球第一大铝制造国。所以，全面探讨稀土在铝合金中的工作机理，更深层次地推动稀土在铝合金中的运用，进而加强铝合金的性能与附加值，对我们国家的资源充分运用，将资源优势转变成经济优势有着非常重要的意义。

二、稀土在铝合金铸造中的运用

（1）精炼作用

在铝合金中加入合适的稀土元素能够加强精炼成效。稀土元素能够优化夹杂物的形态，净化晶界。运用真空吸铸法分析了Al—RE中间合金对于A356合金的流动性所造成的影响，实验表明合金熔体里面添加相应的稀土元素，可以降低固液相线的温度差，影响合金的糊状凝固态势，同时削弱了合金熔体的外表张力，并且还具备除杂、去气的精炼效用，其均会推动熔体流动性的加强，粘度有所降低，有助于排除气体与夹杂物。

当前已经开发出的一种包含稀土元素的铝合金熔剂，此熔剂经过产生的化学与物理，不但能够使得A356合金熔体在720C时的含氢量从高于0.30ml/100g（Al）降低至低于0.10ml/100g（Al），有着较为明显的除气功效，同时使得A356合金的室温抗拉强度加强7.27%，延伸率加强85.58%。然而，数量过多的稀土元素同样会导致富RE相的聚集，转变为夹杂物，进而削弱合金熔体的流动性。

（2）变质作用

稀土元素的原子半径在0.174～0.204mm范围内，远远超过了铝原子半径。其极易填补铝合金相外表所存在的缺陷，影响晶粒生长。具备细化晶粒的效益，推动枝晶网络更加清楚，进而加强合金的热塑性。除此之外，稀土和铝所产生的化合物在金属液中能够用作晶核，加强金属形核率。试验证明，稀土对于铝合金有着非常好的变质作用。在铝合金当中添加0.1%混合稀土的时候，共晶硅呈现为少许短棒状以及不规则颗粒状。添加数量在0.1%～0.6%时，共晶硅颗粒逐渐细化，持续增加添加量的时候，共晶硅依然非常的细小，然而在凝固组织当中发生了稀土元素偏析的状况。

并且，稀土的变质作用具备长效以及重熔平稳性的特征，与Sr、Na等用作变质剂对比有着较为显著的优势。稀土的变质作用仅会受到共晶硅改变所产生的影响，相关研究说明共晶Al-Si合金在运用稀土变质的时候形成不完全共晶组织，并且对其形成原理实施深入探讨得知，若想促使合金的组织均匀化，便需保持初晶均匀分布，需要尽可能地抑制共晶Si变成领先相。因此能够运用搅拌熔体、提升冷却速率等相关措施。

（3）细化作用

有一定目的性的限制双柱状晶以及柱状晶的发展，推动细小等轴晶的产生，此种工艺便被称之为晶粒细化处理。因为晶粒获得细化，在较大程度上了加强了合金的性能，并且还会减少针孔、缩松以及热裂等缺陷。细化处理最为常见的方式便是抑制形核，以及往熔体当中加入晶粒细化剂的外来形核质点。现阶段，最为实用、高效的形式便是添加细化剂。在铸造铝合金中运用最多的晶粒细化剂主要有以下三种：三元Al—Ti—B合金、二元Al—Ti合金以及二元Al—B合金等。中间合金添加至铝合金熔体当中便会产生溶解，释放出金属间化合物相，转变成外来形核核心。

在铝合金中添加稀土元素，不但能够细化晶粒，同样能够显著细化枝晶组织，其最好功效对应于不一样的稀土含量。然而，其细化功效却不及B、Ti等元素。稀土添加的临界值和合金的浇铸、熔炼条件存在着极为密切的关联。唯有在相应的制造工艺环境下，适量的稀土才能够发挥出最好的细化作用。

综上所述，稀土运用于铝合金铸造过程，能够发挥出净化熔体、细化组织、加强高温力学性能、减少夹杂物与气体含量等多个层面的积极作用。更为关键的是，稀土对于铝熔体的添加处理环节对于环境并不会产生任何形式的污染。我们国家有着丰富的稀土资源，加速推动稀土在铝合金中的运用，全面发挥出我国所具备的资源优势，促进经济又好又快发展。

参考文献

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[2]王孟云.稀土元素在铝合金中作用的研究[J].铸造技术，2013（03）.

[3]辛明德，李忠允.单一稀土元素在铸造铝合金中应用现状[J].机械工程师，2015（11）.

（作者單位：龙口市丛林铝材有限公司）