铝合金由于密度小、比强度高，广泛应用于船舶、飞机、车辆等交通领域。ZL305合金属于Al-Mg系固溶强化型合金，是在ZL301合金基础上，降低Mg含量的同时再向其中添加1.0%～1.5%的Zn，保证合金的固溶强化效果和时效稳定性，所以ZL305合金具有强度高、时效稳定性好、耐蚀性能优良等特点。

稀土元素在金属材料中的研究和应用已有100多年历史，在铝合金中添加适量的稀土元素能够对合金起到净化、变质、合金化作用等，同时也可以提高合金的流动性，减小铸造缩孔、气孔和裂纹倾向等。其中Zr和Sc的复合作用被重视。但是由于Sc价格昂贵，限制了其在工业生产中的实际应用。采用价格低廉的La和Ce混合稀土代替Sc来提高铝合金的性能能够明显降低成本。然而，重力铸造易形成缩孔和缩松等缺陷，影响合金的力学性能，而介于铸造和锻造之间的挤压铸造使合金在压力下凝固，形成的组织致密，晶粒细小，缩孔缺陷消失，提高了性能。因此，分别采用挤压铸造和重力铸造制备ZL305合金，分析了稀土含量和挤压铸造对合金组织和性能的影响，旨在为ZL305合金的应用提供参考。

图文结果

表1为ZL305合金的化学成分。试验所用原材料为高纯Al、Mg、Zn和Al-5Ti、Al-5Be以及Al-15RE中间合金，其中Al-15RE中间合金混合稀土的成分为65%的Ce和35%的La。分批次配置不同混合稀土添加量的试验合金，首先将ZL305合金在石墨坩埚中熔化后，加入配置的Al-15RE中间合金，加入量分别为0,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%，熔炼温度控制在730℃，在该温度下用高纯氩气精炼15min，撇渣后静置20min，分别采用重力铸造和挤压铸造成形，挤压压力为100MPa，金属型预热温度为200℃，获得的铸件尺寸为φ30mm×90mm。利用箱式电阻炉进行固溶处理，固溶温度为430℃，保温10h，出炉后在室温下水淬。从固溶处理后的试样顶部中心处取样进行组织观察，剩余材料加工成φ5mm×30mm的拉伸试样。金相试样利用金相镶样机进行镶嵌，通过粗磨、细磨、抛光后用体积分数为0.5%的HF水溶液进行腐蚀，利用Axiovert 200MAT光学显微镜和JSM-7600L场发射扫描电镜观察试样的显微组织特征；在AG-IC100KN电子万能试验机上进行拉伸试验，拉伸速率为1mm/min，取5根拉伸试样的平均值。

表1 ZL305合金的化学成分(%)

图1 不同混合稀土含量的重力铸造ZL305合金组织

图2 混合稀土含量为0.4%时重力铸造ZL305合金的SEM和EDS

图3 不同混合稀土含量的挤压铸造ZL305合金的显微组织

图3为ZL305合金在挤压铸造下不同稀土含量的铸态组织。通过对比图1，发现挤压铸造成形的合金晶粒明显细化，尺寸为32～58μm。在挤压铸造时由于压力作用，一方面提高了合金液相线温度，使过冷度增大，促进了形核；另一方面，促使铸件与铸型之间紧密贴合，热交换条件改善，金属液过冷度提高，从而提高了形核率。同时挤压铸造也能够使铸件组织致密，消除铸件内部的气孔、缩孔和缩松等缺陷。由图3可知，在挤压铸造合金中添加稀土元素，合金以树枝晶方式凝固生长，稀土含量的增多会使二次枝晶间距减小。

图4 混合稀土含量为0.4%的挤压铸造ZL305合金的固溶态组织

表2 不同稀土含量下ZL305合金的力学性能

表3 挤压铸造ZL305合金固溶处理后的力学性能

结论

（1）重力铸造下ZL305合金中添加Ce和La的混合稀土能够促使晶粒细化，混合稀土为0.1%的合金的综合力学性能最好，铸态下的抗拉强度为227.88MPa，伸长率为6.47%。

（2）相比重力铸造，挤压铸造ZL305合金的抗拉强度和伸长率均明显提高，混合稀土为0.2%的合金的抗拉强度和伸长率最佳，达到302.35MPa和7.23%。

（3）挤压铸造ZL305合金经过固溶处理后，合金的力学性能进一步提升，抗拉强度提高了33.21%～52.28%，伸长率提高了222%～349%，加入混合稀土含量为0.2%的合金得到最优的性能，其抗拉强度为402.77MPa，伸长率为24.83%。

本文作者：

董俊 吴树森 吕书林 李建宇

华中科技大学材料成形与模具技术

国家重点实验室

本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志社，《轻金属铸造》战略合作伙伴