Былі праведзены шырокія даследаванні па даданні рэдказямельных элементаў (РЗЭ) да алюмініевых сплаваў серый 7xxx, 5xxx і 2xxx, якія паказалі прыкметны эфект. У прыватнасці, алюмініевыя сплавы серыі 7xxx, якія ўтрымліваюць некалькі легіруючых элементаў, часта падвяргаюцца моцнай сегрэгацыі падчас плаўлення і ліцця, што прыводзіць да ўтварэння значнай колькасці эўтэктычных фаз. Гэта зніжае глейкасць і каразійную стойкасць, пагаршаючы агульныя характарыстыкі сплаву. Уключэнне рэдказямельных элементаў у высокалегаваныя алюмініевыя сплавы можа здрабніць зярняткі, падавіць сегрэгацыю і ачысціць матрыцу, тым самым паляпшаючы мікраструктуру і агульныя ўласцівасці.
Нядаўна ўвагу прыцягнуў тып звышпластычнага рафінера для зярністага матэрыялу. Гэтыя рафінеры выкарыстоўваюць рэдказямельныя элементы, такія як La і Ce, для ўзмацнення аслаблення межаў зерняў і субзернаў. Гэта не толькі рафінуе зерні, але і спрыяе раўнамернаму размеркаванню асадкаў, падаўляе рэкрышталізацыю і значна паляпшае пластычнасць сплаву, што ў канчатковым выніку павялічвае прадукцыйнасць працэсаў экструзіі.
У алюмініевых сплавах серыі 7xxx рэдказямельныя элементы звычайна дадаюцца трыма спосабамі:
1. Толькі рэдказямельныя элементы;
2. Спалучэнне цырконію і рэдказямельных элементаў;
3. Спалучэнне Zr, Cr і рэдказямельных элементаў.
Агульнае ўтрыманне рэдказямельных элементаў звычайна кантралюецца ў межах 0,1–0,5 мас.%.
Механізмы рэдказямельных элементаў
Рэдказямельныя элементы, такія як La, Ce, Sc, Er, Gd і Y, спрыяюць утварэнню алюмініевых сплаваў праз некалькі механізмаў:
Драбненне зерняў: рэдказямельныя элементы ўтвараюць раўнамерна размеркаваныя асадкі, якія дзейнічаюць як гетэрагенныя цэнтры зародкаўтварэння, пераўтвараючы дендрытныя структуры ў роўнавосевыя дробныя зярняткі, што паляпшае трываласць і пластычнасць.
Падаўленне сегрэгацыі: падчас плаўлення і зацвярдзення рэдказямельныя элементы спрыяюць больш раўнамернаму размеркаванню элементаў, памяншаюць утварэнне эўтэктыкі і павялічваюць шчыльнасць матрыцы.
Ачыстка матрыцы: Y, La і Ce могуць рэагаваць з прымешкамі ў расплаве (O, H, N, S) з утварэннем стабільных злучэнняў, зніжаючы ўтрыманне газу і ўключэнняў, што паляпшае якасць сплаву.
Мадыфікацыя паводзін перакрышталізацыі: некаторыя рэдказямельныя элементы могуць заціскаць межы зерняў і субзернаў, перашкаджаючы руху дыслакацый і міграцыі межаў зерняў. Гэта запавольвае перакрышталізацыю і захоўвае дробныя субзернавыя структуры падчас тэрмічнай апрацоўкі, паляпшаючы як трываласць, так і каразійную стойкасць.
Асноўныя рэдказямельныя элементы і іх уплыў
Скандый (Sc)
Sc мае найменшы атамны радыус сярод рэдказямельных элементаў і таксама з'яўляецца пераходным металам. Ён вельмі эфектыўны для паляпшэння ўласцівасцей дэфармаваных алюмініевых сплаваў.
У алюмініевых сплавах Sc выпадае ў выглядзе кагерэнтнага Al₃Sc, павышаючы тэмпературу перакрышталізацыі і падаўляючы огрубленне зерня.
У спалучэнні з Zr утвараюцца высокатэмпературныя стабільныя часціцы Al₃(Sc,Zr), якія спрыяюць утварэнню дробных зярнят у роўнай восі і перашкаджаюць руху дыслакацый і міграцыі межаў зярнят. Гэта паляпшае трываласць, устойлівасць да стомленасці і каразійныя ўласцівасці пад напружаннем.
Празмернае ўтрыманне Sc можа прывесці да ўтварэння буйных часціц Al₃(Sc,Zr), што зніжае здольнасць да перакрышталізацыі, трываласць і пластычнасць.
Эрбій (Er)
Эр дзейнічае падобна да Sc, але больш эканамічна эфектыўны.
У сплавах серыі 7xxx адпаведныя дабаўкі эрбію ўдасканальваюць зярняты, тармозяць рух дыслакацый і міграцыю межаў зярнят, падаўляюць рэкрышталізацыю і павышаюць трываласць.
Пры сумесным даданні з Zr утвараюцца часціцы Al₃(Er,Zr), якія больш тэрмічна стабільныя, чым асобны Al₃Er, што забяспечвае лепшае падаўленне рэкрышталізацыі.
Празмернае ўтрыманне эрбію можа прывесці да ўтварэння фаз Al₈Cu₄Er, што зніжае як трываласць, так і пластычнасць.
Гадаліній (Gd)
Умераныя дабаўкі Gd здрабняюць зярністасць, павялічваюць трываласць і пластычнасць, а таксама паляпшаюць растваральнасць Zn, Mg і Cu ў матрыцы.
Утвараецца фаза Al₃(Gd,Zr), якая замацоўвае дыслакацыі і межы субзернаў, падаўляючы рэкрышталізацыю. На паверхні зерняў таксама ўтвараецца актыўная плёнка, што яшчэ больш абмяжоўвае іх рост.
Празмернае ўтрыманне Gd можа прывесці да пагрублення зерня і пагаршэння механічных уласцівасцей.
Лантана (La), цэрыя (Ce) і ітрыя (Y)
Латан ачышчае зярняткі, зніжае ўтрыманне кіслароду і ўтварае актыўную плёнку на паверхні зярнят, каб стрымліваць іх рост.
La і Ce спрыяюць выпадзенню зоны GP і фазы η′, паляпшаючы трываласць матрыцы і каразійную стойкасць.
Y ачышчае матрыцу, перашкаджае растварэнню асноўных легіруючых элементаў у цвёрдым растворы, спрыяе зародкаўтварэнню і памяншае розніцу патэнцыялаў паміж межамі зерняў і іх унутранымі слаямі, павышаючы каразійную стойкасць.
Празмерная колькасць La, Ce або Y можа прывесці да ўтварэння грубаблокавых злучэнняў, якія зніжаюць пластычнасць і трываласць.
Уласцівасці асноўных рэдказямельных элементаў і іх характарыстыкі ў алюмініі
Час публікацыі: 21 жніўня 2025 г.
