Al-Ce铸造耐热铝合金微观组织及性能研究.pdf

摘要

摘要

铝合金因其高比强度、高导热性和优异的加工特性被广泛应用于航空航天和汽

车船舶等领域。但随着使用需求的提高，当前传统铝合金材料已经趋近于性能极限，

无法长时间保持其热疲劳性能和耐高温性能，此外高温环境会使合金的物理性能出

现明显的下降趋势。而稀土铝合金作为一种新型铝合金表现出了优异的流动性和凝

固性，并且在凝固过程中所产生的稀土化合物在高温下也表现出了极佳的稳定性，

因此稀土铝合金或成为一种非常有潜力的新型耐热材料。

本文从五种不同Ce含量的Al-Ce合金展开研究，旨在探究Ce元素含量变化对

合金微观组织和物理性能的影响规律，并据此确定综合性能较为优异的Al-Ce合金

配比；通过对Al-Ce合金进行高温拉伸及热暴露测试，对合金的微观组织和物理性

能进行深入分析，为Al-Ce合金具有良好的耐热性能提供数据支撑；也对其进行了

常规铝合金的T6热处理工艺以检验其性能的改进。主要研究内容和结果如下：

CeAl-CeCe

对不同含量的合金进行微观组织观察和物相分析，研究发现当含

量为6wt.%、8wt.%时，AlCe相呈现为细微的条棒状和块状的偏聚分布，随着Ce

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含量分别增加至10wt.%、12wt.%和14wt.%，AlCe相在铝基体中的分散度也相应

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增加，原有的偏聚现象开始消失，形成较均匀的组织形貌且宏观成分偏析减少；并

且随着Ce含量的升高，Al的衍射峰由主峰突出到逐渐降低，而AlCe的衍射峰强

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度呈现上升趋势且衍射峰宽度持续加大。

研究了Al-Ce合金的常温力学性能的变化规律，在本实验条件下，发现合金的

显微硬度在Al-12wt.%Ce时达到最大值，相比Al-6wt.%Ce硬度值提高了50%；随

着Ce含量的提升，合金的抗拉强度与屈服强度呈现出先增长后降低的趋势，其最

大值均在Al-12wt.%Ce处取得；此外通过磨损试验可知，Al-12wt.%Ce相较于其他

含量的Al-Ce合金具有较好的耐磨性。

通过对Al-Ce合金进行T6热处理，发现其处理前后相组成未发生变化，且热处

理前后合金的断裂方式未改变，这为Al-Ce合金在常规制备中不需要经过热处理提

供了可能性；通过对300℃高温拉伸与常温拉伸进行对比，发现Al-Ce合金仍旧保

持良好的抗拉强度和屈服强度；同时试样断后延伸率较常温时有显著的提高，展现

出该材料较好的高温延展性，对常温和高温拉伸试样的断口形貌进行对比分析，发

现在高温下Al-Ce合金断口形貌更趋于韧性断裂，这与其断后延伸率的显著提高相

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内蒙古科技大学硕士学位论文

一致，进一步证明了Al-Ce合金更适用于高温环境；通过热暴露试验证明Al-

12wt.%Ce合金在350℃下具有极好的热稳定性。

关键词：Al-Ce合金；微观组织；力学性能；耐热合金

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Abstract

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Aluminiumalloysarewidelyusedinaerospaceandautomotivemarineapplications

duetotheirhighspecificstrength,highthermalconductivityandexcellentprocessing

characteristics.However,withtheimprovementofth