Atlikti išsamūs retųjų žemių elementų (REE) pridėjimo prie 7xxx, 5xxx ir 2xxx serijos aliuminio lydinių tyrimai, kurie parodė pastebimą poveikį. Visų pirma, 7xxx serijos aliuminio lydiniai, kuriuose yra daug legiruojančių elementų, lydymo ir liejimo metu dažnai patiria didelę segregaciją, dėl kurios susidaro didelis kiekis eutektinių fazių. Tai sumažina tvirtumą ir atsparumą korozijai, o tai pablogina bendras lydinio savybes. Retųjų žemių elementų įtraukimas į labai legiruotus aliuminio lydinius gali pagerinti grūdelių kokybę, slopinti segregaciją ir išvalyti matricą, taip pagerinant mikrostruktūrą ir bendras savybes.
Pastaruoju metu dėmesio sulaukė superplastinių grūdų rafinavimo įrenginių tipas. Šie rafinavimo įrenginiai naudoja retųjų žemių elementus, tokius kaip La ir Ce, kad sustiprintų grūdų ir subgrūdelių ribų silpninimą. Tai ne tik susmulkina grūdus, bet ir skatina tolygų nuosėdų pasiskirstymą, slopina rekristalizaciją ir žymiai pagerina lydinio tąsumą, galiausiai padidindama ekstruzijos procesų našumą.
7xxx serijos aliuminio lydiniuose retųjų žemių elementai paprastai pridedami trimis būdais:
1. Vien retųjų žemių elementai;
2. Zr ir retųjų žemių elementų derinys;
3. Zr, Cr ir retųjų žemių elementų derinys.
Bendras retųjų žemių elementų kiekis paprastai kontroliuojamas 0,1–0,5 masės % ribose.
Retųjų žemių elementų mechanizmai
Retųjų žemių elementai, tokie kaip La, Ce, Sc, Er, Gd ir Y, aliuminio lydinių sudėtyje yra įvairių mechanizmų:
Grūdelių rafinavimas: retųjų žemių elementai sudaro tolygiai paskirstytus nuosėdinius darinius, kurie veikia kaip nevienalytės branduolio susidarymo vietos, paversdami dendritines struktūras į lygiagrečius smulkius grūdelius, o tai pagerina stiprumą ir plastiškumą.
Segregacijos slopinimas: lydymosi ir kietėjimo metu retųjų žemių elementai skatina tolygesnį elementų pasiskirstymą, sumažina eutekto susidarymą ir padidina matricos tankį.
Matricos valymas: Y, La ir Ce gali reaguoti su lydalo priemaišomis (O, H, N, S) ir sudaryti stabilius junginius, sumažindami dujų kiekį ir intarpus, o tai pagerina lydinio kokybę.
Rekristalizacijos elgsenos modifikavimas: tam tikri retųjų žemių elementai gali užfiksuoti grūdelių ir subgrūdelių ribas, slopindami dislokacijų judėjimą ir grūdelių ribų migraciją. Tai sulėtina rekristalizaciją ir išsaugo smulkias subgrūdelių struktūras terminio apdorojimo metu, pagerindami tiek stiprumą, tiek atsparumą korozijai.
Pagrindiniai retųjų žemių elementai ir jų poveikis
Skandis (Sc)
Sc turi mažiausią atominį spindulį tarp retųjų žemių elementų ir yra pereinamasis metalas. Jis labai efektyviai gerina deformuotų aliuminio lydinių savybes.
Aliuminio lydiniuose Sc nusėda kaip koherentinis Al₃Sc, padidindamas rekristalizacijos temperatūrą ir slopindamas grūdelių stambėjimą.
Kartu su Zr susidaro aukštai temperatūrai stabilios Al₃(Sc,Zr) dalelės, kurios skatina lygiagrečius smulkius grūdelius ir trukdo dislokacijų judėjimui bei grūdelių ribų migracijai. Tai pagerina stiprumą, atsparumą nuovargiui ir įtempių bei korozijos savybes.
Per didelis Sc kiekis gali lemti stambių Al₃(Sc,Zr) dalelių susidarymą, dėl ko sumažėja rekristalizacijos gebėjimas, stiprumas ir tąsumas.
Erbis (Er)
Er veikia panašiai kaip Sc, bet yra ekonomiškesnis.
7xxx serijos lydiniuose tinkami Er priedai susmulkina grūdelius, slopina dislokacijų judėjimą ir grūdelių ribų migraciją, slopina rekristalizaciją ir padidina stiprumą.
Pridedant kartu su Zr, susidaro Al₃(Er,Zr) dalelės, kurios yra termiškai stabilesnės nei vien tik Al₃Er, todėl geriau slopina rekristalizaciją.
Per didelis Er kiekis gali sudaryti Al₈Cu₄Er fazes, sumažindamas tiek stiprumą, tiek plastiškumą.
Gadolinis (Gd)
Vidutiniai Gd priedai pagerina grūdus, padidina stiprumą ir plastiškumą, pagerina Zn, Mg ir Cu tirpumą matricoje.
Gauta Al₃(Gd,Zr) fazė sustabdo dislokacijas ir pogrūdžių ribas, slopindama rekristalizaciją. Grūdų paviršiuje taip pat susidaro aktyvi plėvelė, kuri dar labiau riboja grūdų augimą.
Per didelis Gd kiekis gali sukelti grūdų šiurkštumą ir pabloginti mechanines savybes.
Lantanas (La), ceris (Ce) ir itris (Y)
La smulkina grūdus, sumažina deguonies kiekį ir ant grūdų paviršiaus suformuoja aktyvią plėvelę, kuri slopina augimą.
La ir Ce skatina GP zonos ir η′ fazės nusodinimą, gerindami matricos stiprumą ir atsparumą korozijai.
Y valo matricą, trukdo ištirpinti pagrindinius legiruojančius elementus kietame tirpale, skatina kristalizaciją ir sumažina potencialius skirtumus tarp grūdelių ribų ir vidinių sluoksnių, taip padidindamas atsparumą korozijai.
Per didelis La, Ce arba Y kiekis gali sudaryti stambius blokinius junginius, kurie sumažina tąsumą ir stiprumą.
Pagrindinių retųjų žemių elementų savybės ir jų charakteristikos aliuminyje
Įrašo laikas: 2025 m. rugpjūčio 21 d.
