稀土在鋁合金鑄造中的運用探討

宋肖濱

摘 要：鑄造鋁合金具備剛性好、密度低以及強度高等特征，大量運用于民用與軍用產品，特別是在航海、航空以及航天工業中發揮著重要作用。近幾年內，因為鋁合金的運用日益寬泛，對于鋁合金有著更高的性能需求。在鑄造鋁合金中加入稀土元素便能夠轉變其性能與組織，以達到凈化金屬液與復合變質等各種要求。

關鍵詞：稀土；鋁合金；鑄造；運用

鋁合金是當前運用最多的工業合金之一，因為鑄造鋁合金具備高強、輕質、優良的加工性能、耐蝕性強等優勢，在電子產業、航天航空以及交通運輸等領域獲得了大量的運用，被運用于制造形狀各異、薄壁的大中小型零部件。

一、稀土在鋁合金鑄造中運用的重要性分析

我們國家的稀土資源加工、出口以及占有等位于全球首位。我國在二十世紀六十年代中期在鑄鐵過程中運用稀土，逐漸拓展到鋼鐵、有色冶金及其它各個領域，有色領域大都運用于鋁合金。稀土在冶金行業的運用分析大都聚集于鋼鐵結構材料層面，以鋁與鋁合金為主導的有色金屬層面，即使獲得了較好的成績，然而依然有著非常廣闊的發展空間。相關研究說明，在鋁以及鋁合金當中加入合適數量的稀土元素，能夠加強合金的強度特別是高溫強度，優化合金的耐磨性、塑性、鑄造工藝性以及抗腐蝕性等等。現階段，在稀土元素的整體需求當中，和金屬相關的占據了20%～30%。

稀土在鋼鐵結構材料里面被用作為微合金化元素；但是在鋁合金中，除通過稀土的優良物理冶金性能實施變質、凈化以外，還能夠將其運用作合金化元素，即使稀土的成本高昂，然而其產品的附加值非常之高。稀土鋁合金中往往包含了4.4%～5%的稀土元素，最高能夠達到13%～16%。在九十年代初期，稀土鋁合金的平均年產量高達10萬噸。

當前，鋁合金是排在鋼鐵之后的第二大金屬結構原料，其運用日益廣泛，我們國家同樣同樣已經發展成全球第一大鋁制造國。所以，全面探討稀土在鋁合金中的工作機理，更深層次地推動稀土在鋁合金中的運用，進而加強鋁合金的性能與附加值，對我們國家的資源充分運用，將資源優勢轉變成經濟優勢有著非常重要的意義。

二、稀土在鋁合金鑄造中的運用

（1）精煉作用

在鋁合金中加入合適的稀土元素能夠加強精煉成效。稀土元素能夠優化夾雜物的形態，凈化晶界。運用真空吸鑄法分析了Al—RE中間合金對于A356合金的流動性所造成的影響，實驗表明合金熔體里面添加相應的稀土元素，可以降低固液相線的溫度差，影響合金的糊狀凝固態勢，同時削弱了合金熔體的外表張力，并且還具備除雜、去氣的精煉效用，其均會推動熔體流動性的加強，粘度有所降低，有助于排除氣體與夾雜物。

當前已經開發出的一種包含稀土元素的鋁合金熔劑，此熔劑經過產生的化學與物理，不但能夠使得A356合金熔體在720C時的含氫量從高于0.30ml/100g（Al）降低至低于0.10ml/100g（Al），有著較為明顯的除氣功效，同時使得A356合金的室溫抗拉強度加強7.27%，延伸率加強85.58%。然而，數量過多的稀土元素同樣會導致富RE相的聚集，轉變為夾雜物，進而削弱合金熔體的流動性。

（2）變質作用

稀土元素的原子半徑在0.174～0.204mm范圍內，遠遠超過了鋁原子半徑。其極易填補鋁合金相外表所存在的缺陷，影響晶粒生長。具備細化晶粒的效益，推動枝晶網絡更加清楚，進而加強合金的熱塑性。除此之外，稀土和鋁所產生的化合物在金屬液中能夠用作晶核，加強金屬形核率。試驗證明，稀土對于鋁合金有著非常好的變質作用。在鋁合金當中添加0.1%混合稀土的時候，共晶硅呈現為少許短棒狀以及不規則顆粒狀。添加數量在0.1%～0.6%時，共晶硅顆粒逐漸細化，持續增加添加量的時候，共晶硅依然非常的細小，然而在凝固組織當中發生了稀土元素偏析的狀況。

并且，稀土的變質作用具備長效以及重熔平穩性的特征，與Sr、Na等用作變質劑對比有著較為顯著的優勢。稀土的變質作用僅會受到共晶硅改變所產生的影響，相關研究說明共晶Al-Si合金在運用稀土變質的時候形成不完全共晶組織，并且對其形成原理實施深入探討得知，若想促使合金的組織均勻化，便需保持初晶均勻分布，需要盡可能地抑制共晶Si變成領先相。因此能夠運用攪拌熔體、提升冷卻速率等相關措施。

（3）細化作用

有一定目的性的限制雙柱狀晶以及柱狀晶的發展，推動細小等軸晶的產生，此種工藝便被稱之為晶粒細化處理。因為晶粒獲得細化，在較大程度上了加強了合金的性能，并且還會減少針孔、縮松以及熱裂等缺陷。細化處理最為常見的方式便是抑制形核，以及往熔體當中加入晶粒細化劑的外來形核質點。現階段，最為實用、高效的形式便是添加細化劑。在鑄造鋁合金中運用最多的晶粒細化劑主要有以下三種：三元Al—Ti—B合金、二元Al—Ti合金以及二元Al—B合金等。中間合金添加至鋁合金熔體當中便會產生溶解，釋放出金屬間化合物相，轉變成外來形核核心。

在鋁合金中添加稀土元素，不但能夠細化晶粒，同樣能夠顯著細化枝晶組織，其最好功效對應于不一樣的稀土含量。然而，其細化功效卻不及B、Ti等元素。稀土添加的臨界值和合金的澆鑄、熔煉條件存在著極為密切的關聯。唯有在相應的制造工藝環境下，適量的稀土才能夠發揮出最好的細化作用。

綜上所述，稀土運用于鋁合金鑄造過程，能夠發揮出凈化熔體、細化組織、加強高溫力學性能、減少夾雜物與氣體含量等多個層面的積極作用。更為關鍵的是，稀土對于鋁熔體的添加處理環節對于環境并不會產生任何形式的污染。我們國家有著豐富的稀土資源，加速推動稀土在鋁合金中的運用，全面發揮出我國所具備的資源優勢，促進經濟又好又快發展。

參考文獻

[1]閆洪，曹瑞珂.稀土元素鑭對A356.2鑄造鋁合金顯微組織的影響[J].理化檢驗（物理分冊），2016（04）.

[2]王孟云.稀土元素在鋁合金中作用的研究[J].鑄造技術，2013（03）.

[3]辛明德，李忠允.單一稀土元素在鑄造鋁合金中應用現狀[J].機械工程師，2015（11）.

（作者單位：龍口市叢林鋁材有限公司）