秋-轻合金-铝合金相图及合金相课件.ppt

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1、铝合金相图铝合金相图及及合金相合金相1.铝合金相图铝合金相图 v1.1 铝合金中重要的二元相图铝合金中重要的二元相图v铝合金中重要的二元合金相图主要包括铝合金中重要的二元合金相图主要包括Al-Fe、Al-Cu、Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Zn、Al-Cr、Al-Ti、Al-Zr、Al-La、Al-Ce 等相图。等相图。v图图1图图12是相应的部分二元合金相图。是相应的部分二元合金相图。图图1 Al-Cr 二元相图（二元相图（AlCr5、AlCr10、AlCr20）图图2 Al-Cu二元相图（二元相图（AlCu40、AlCu50）图图3 Al-Fe 二元相图二元相图（AlFe10、

2、AlFe20）图图4 Al-La 二元相图（二元相图（AlLa10、AlLa20）图图5 Al-Li 二元相图二元相图图图6 Al-Mg 二元相图（二元相图（AlMg10、AlMg20、AlMg50）图图7 Al-Mn 二元相图（二元相图（AlMn10、AlMn20）图图8 Al-Si 二元相图二元相图（AlSi20、AlSi35、AlSi50）图图9 Al-Ti 二元相图（二元相图（AlTi5、AlTi20）图图10 Al-Zn 二元相图二元相图 图图11 Al-Y 二元相图（二元相图（Al-10Y）图图12 Al-Zr 二元相图（二元相图（AlZr5、AlZr10）v1.2 铝合金中重要的

3、三元合金相图铝合金中重要的三元合金相图v铝合金中重要的三元合金相图如图铝合金中重要的三元合金相图如图13图图31所示。所示。v其中，富铝端的其中，富铝端的Al-Fe-Si三元相图三元相图是最重要的三是最重要的三元相图之一元相图之一，对各种系列的铝合金研究和生产都对各种系列的铝合金研究和生产都有一定参考价值有一定参考价值。图图13 Al-Ti-B 三元相图三元相图 图图14 Al-Cu-Ce 三元相图三元相图 图图15 Al-Cu-Fe 三元相图三元相图 图图16 Al-Cu-Li 三元相图三元相图 图图17 Al-Cu-Mg 三元相图三元相图 图图18 Al-Cu-Zn 三元相图三元相图 图图

4、19 Al-Fe-Mn 三元相图三元相图 图图20 Al-Fe-Cr 三元相图三元相图 图图21 Al-Fe-Zn 三元相图三元相图 图图22 Al-Mn-Mg 三元相图三元相图 图图23 Al-Si-Mg 三元相图三元相图 图图24 Al-Zn-Mg 三元相图三元相图 图图25 Al-Si-Mn 三元相图三元相图 图图26 Al-Zn-Mn 三元相图三元相图 图图27 富铝端富铝端Al-Fe-Si 系系液相投影图液相投影图 图图28 富铝端富铝端Al-Fe-Si 相图的相图的固态相区固态相区 图图29 Al-Fe-Si体系体系550 等温截面图等温截面图 图图30 Al-Fe-Si体系体系4

5、50 等温截面图等温截面图 图图31 0.5%(质量质量)Fe成分下成分下Al-Fe-Si系铝角相图系铝角相图 2.铝合金中的化合物铝合金中的化合物v2.1 1系和系和 8系中的化合物系中的化合物v1系系合金的纯度大于合金的纯度大于99.0%(质量质量)，其中其中Si、Fe为主要元素为主要元素。v8系系合金成分为合金成分为Al-Fe-，其中，其中Fe+1.0%(质量质量)，对铝箔用合金，对铝箔用合金，主要是主要是Si元素元素，并且可，并且可能含有比能含有比1系合金较高含量的系合金较高含量的Mn、Cu等合金等合金元素，主要合金牌号有元素，主要合金牌号有8111（8011）、）、8079等。等。v

6、由于形态上的明显差别，人们最早发现了由于形态上的明显差别，人们最早发现了两种两种Al-Fe-Si相相，被记为被记为 相相 和和 相相。v前者具有明显的汉字外形前者具有明显的汉字外形，后者则呈长针状或盘片状后者则呈长针状或盘片状。v 相中相中Si含量较低，含量较低，Fe/Si(质量质量)比在比在5.52.75；相中相中Si含量较高，含量较高，Fe/Si(质量质量)比在比在2.251.6。v目前，目前，相的化学计量式通常被表达为相的化学计量式通常被表达为Fe2SiAl8、Fe3Si2Al12、Fe5Si2Al20，成分组成范围为，成分组成范围为30%33%(质量质量)Fe、6%12%(质量质量)S

7、i；v 相的化学计量表达式有相的化学计量表达式有Fe2Si2Al9、FeSiAl5，成分组成范，成分组成范围为围为25%30%(质量质量)Fe、12%15%(质量质量)Si。v在平衡态的在平衡态的Al-Fe-Si系中系中，相被认为具有相被认为具有六方六方晶格晶格结构。文献中，结构。文献中，六方六方 相被表达为相被表达为 或或 2。v图图32是是DC铸造铸造1050合金中合金中六方六方 相的典型相的典型TEM形貌。形貌。v在实际合金中，也存在着具有在实际合金中，也存在着具有立方立方晶系的晶系的 相相。文献中该相被表达为文献中该相被表达为 或或 1。图图32 DC铸造铸造1050合金合金六方六方

8、相相典型典型TEM形貌及形貌及100晶带轴选区电子衍射花样晶带轴选区电子衍射花样 v立方晶型立方晶型的的 相相并不是热力学稳定相并不是热力学稳定相，但是可以被但是可以被工业纯铝中少量存在的过渡族元素如工业纯铝中少量存在的过渡族元素如Mn、Ni、Cu、Cr、V、Mo、W等所稳定等所稳定。v由于工业纯铝合金中普遍存在上述少量微量元素，由于工业纯铝合金中普遍存在上述少量微量元素，所以所以立方立方 相成为工业纯铝合金中最为常见的相成为工业纯铝合金中最为常见的 相相。v快冷条件快冷条件下有利于下有利于立方立方 相的生成相的生成。v实际上，快冷和稳定性元素对立方实际上，快冷和稳定性元素对立方 相生成的促进

9、相生成的促进作用很难区分开作用很难区分开。v图图33(a)给出了给出了DC铸造铸造 Al-0.25%(质量质量)Fe-0.13%(质量质量)Si 合金中合金中立方立方 相的典型相的典型TEM形貌形貌.v图图33(b)是其是其111晶带轴的选区电子衍射花样。晶带轴的选区电子衍射花样。图图33 DC铸造铸造Al-0.25%(质量质量)Fe-0.13%(质量质量)Si合金合金立方立方 相典型相典型TEM形貌及形貌及111晶带轴选区电子衍射花样晶带轴选区电子衍射花样 vWestengen 在对在对1050合金合金 0.25%(质量质量)Fe，0.13%(质量质量)Si DC铸锭均匀化前后相的形成铸锭均

10、匀化前后相的形成和转变的研究工作中，和转变的研究工作中，又发现一新的又发现一新的 相，相，Westengen 将之表达为将之表达为 相。相。v图图34是其典型是其典型TEM形貌及形貌及100晶带轴的选区电晶带轴的选区电子衍射花样。子衍射花样。图图34 相典型相典型TEM形貌及形貌及100晶带轴选区电子衍射花样晶带轴选区电子衍射花样 v2.2 2系中的化合物系中的化合物v2系合金中，系合金中，Cu和和Mg是主要的合金元素是主要的合金元素。v在在2024、2A11等合金中，等合金中，Mn也是主要的合金元素之一也是主要的合金元素之一。v由由Al-Cu-Mg系系相图可知，在该系合金中除相图可知，在该系

11、合金中除 和和 二元相二元相外，还有外，还有 S 和和 T(Al6CuMg4)等两个三元相等两个三元相。v工业工业Al-Cu-Mg系合金系合金中，中，不出现不出现 T 和和 相相，只有，只有(Al)+和和 (Al)+S 两相共晶两相共晶 或或 (Al)+S 三相共晶。三相共晶。v合金中铜含量大于合金中铜含量大于2%时出现时出现 (Al)+两相共晶组织。两相共晶组织。v铝铜合金中同时含有镁，而且铝铜合金中同时含有镁，而且Mg0.2%、Si0.6Mg质质量量时，镁全部生成时，镁全部生成Mg2Si相。相。v在在Al-Cu-Mg系系合金中除铜和镁等主要合金元素外，合金中除铜和镁等主要合金元素外，还有还

12、有锰锰和钛等少量添加元素以及铁、硅杂质元素和钛等少量添加元素以及铁、硅杂质元素。v铁、硅分别和主要合金元素形成铁、硅分别和主要合金元素形成Mg2Si和和N(Al7Cu2Fe)相。相。钛由于添加量较少，一般见不到含钛相。钛由于添加量较少，一般见不到含钛相。v2A13和和2A01合金中不含或只含很少量锰，合金组织中不出合金中不含或只含很少量锰，合金组织中不出现含锰相。铁、硅杂质可能形成现含锰相。铁、硅杂质可能形成 (Al12FeSi)相。相。v其它合金系均含有其它合金系均含有0.3%1.0%的的Mn，合金组织中出现，合金组织中出现(MnFe)3SiAl12相，偶尔还可能出现相，偶尔还可能出现(Fe

13、Mn)Al3或或(FeMn)Al6相。相。v杂质铁和硅在杂质铁和硅在Al-Cu-Mn系合金中有时还可能形成系合金中有时还可能形成(FeMn)Al6相。相。v2.3 3系和系和 4系中的多元化合物系中的多元化合物 v3系合金的主要合金元素是锰系合金的主要合金元素是锰，该系合金中的，该系合金中的锰含量在锰含量在1.0%1.6%，Fe、Si是主要杂质元素是主要杂质元素。vFe、Si元素含量对合金相和显微组织有很大影响，必须严格元素含量对合金相和显微组织有很大影响，必须严格控制其含量。控制其含量。v可以认为可以认为3系合金是系合金是Al-Mn-Fe-Si基基合金合金。v3系合金的铸态组织除基体系合金的

14、铸态组织除基体 (Al)外，在枝晶间存在粗外，在枝晶间存在粗大富铁共晶化合物，化合物有两种类型大富铁共晶化合物，化合物有两种类型:正交正交Al6(FeMn)和和立方立方Al12(FeMn)3Si，其相对数量取决于合金成分以及冷却速，其相对数量取决于合金成分以及冷却速度。度。v半连续铸造的冷速有利于半连续铸造的冷速有利于Al6(FeMn)相的生成，在双辊铸造相的生成，在双辊铸造较高的冷速下，较高的冷速下，Al12(FeMn)3Si 为主要共晶相为主要共晶相。v在铸造快速冷却过程中，锰以过饱和的形式存在于铝基体中在铸造快速冷却过程中，锰以过饱和的形式存在于铝基体中。v在典型铸造态在典型铸造态 30

15、03合金中，约有合金中，约有0.7%0.9%(质量质量)的的Mn固溶在铝基体中固溶在铝基体中。v在铸锭加热过程中，在铸锭加热过程中，Al12(FeMn)3Si 和和 Al6(FeMn)当当Si含量含量低于约低于约0.07%(质量质量)时时 在富锰的枝晶间以细小颗粒状弥散在富锰的枝晶间以细小颗粒状弥散析出。析出。vMn在在Al中的扩散很慢。中的扩散很慢。vFe、Si对对Mn的析出动力学有显著影响的析出动力学有显著影响。vSi 加速加速Mn的析出，的析出，Fe降低降低Mn在在Al中的固溶度因而也加快中的固溶度因而也加快Mn的析出速度的析出速度。v这些细小颗粒的尺寸、分布对再结晶过程有很大影响这些细

16、小颗粒的尺寸、分布对再结晶过程有很大影响。v必须选择合适的铸锭均匀化工艺控制析出相的尺寸和分布，必须选择合适的铸锭均匀化工艺控制析出相的尺寸和分布，从而有效控制板材再结晶后合金的晶粒度从而有效控制板材再结晶后合金的晶粒度。v在在4系合金中，系合金中，Si是主要元素是主要元素。v在部分在部分4系合金中，也添加了系合金中，也添加了Cu、Mg、Ni、Mn等元等元素素。v工业生产的工业生产的4A01、4A13和和4A17三个合金均含有三个合金均含有 +Si共共晶晶体和体和 (Al5FeSi)相相。v由于各合金中硅含量不同，其组织中的共晶体量也依次由于各合金中硅含量不同，其组织中的共晶体量也依次(4A0

17、1、4A13和和4A17)递增。递增。v在含锰的在含锰的4系合金中，系合金中，AlFeMnSi 相相也是常见的一个多也是常见的一个多元相。元相。v2.4 5系合金中的化合物系合金中的化合物v镁是镁是5系合金中的主要合金元素。系合金中的主要合金元素。v镁在铝中溶解度很大，在共晶温度镁在铝中溶解度很大，在共晶温度451时镁的溶解度高时镁的溶解度高达达14.9%(质量质量)，随温度降低，溶解度很快下降，在室温，随温度降低，溶解度很快下降，在室温时约为时约为1.7%。v但是，但是，含镁的过饱和固溶体分解速度非常慢，含镁的过饱和固溶体分解速度非常慢，通常的商用通常的商用5系合金不需特别的淬火处理镁即能基

18、本上全部固溶在系合金不需特别的淬火处理镁即能基本上全部固溶在铝中。铝中。v商用商用5系合金的镁含量在系合金的镁含量在0.5%6.0%(质量质量)。可能存在。可能存在的相随具体成分的不同而不同。的相随具体成分的不同而不同。v由于由于Mg2Si在铝中的固溶度极小，在铝中的固溶度极小，Mg2Si是该系合金中的主是该系合金中的主要存在相要存在相。v5系合金中通常含有一定量的锰系合金中通常含有一定量的锰，锰可以提高合金强度和，锰可以提高合金强度和耐蚀性，耐蚀性，但是当锰含量过高时，会使合金塑性显著降低，尤但是当锰含量过高时，会使合金塑性显著降低，尤其是在有微量钠存在的情况下，热轧时会产生其是在有微量钠存

19、在的情况下，热轧时会产生钠脆钠脆。因此，。因此，合金中的锰含量均小于合金中的锰含量均小于1%。v锰以及杂质元素铁、硅的存在使合金中形成含锰以及杂质元素铁、硅的存在使合金中形成含Fe、Mn、Si的相，如的相，如Al12(FeMn)3Si、Al6(FeMn)或或Al3Fe等。等。v由于硅与镁结合生成了由于硅与镁结合生成了Mg2Si，因此在铸锭均匀化加热过程因此在铸锭均匀化加热过程中，锰倾向于以中，锰倾向于以Al6(FeMn)化合物，而不是化合物，而不是Al12(FeMn)3Si化化合物的形式析出。合物的形式析出。v如前所述，如前所述，5系合金中的镁通常处于过饱和状态，这种过系合金中的镁通常处于过饱

20、和状态，这种过饱和固溶体在室温下相当稳定饱和固溶体在室温下相当稳定。v如果将合金进行一定的变形加工并在一定温度下加热，则固如果将合金进行一定的变形加工并在一定温度下加热，则固溶体中将析出溶体中将析出(Al3Mg2)(即即Al8Mg5)平衡相或平衡相或 (Al3Mg2)亚亚稳相。稳相。v在较低的温度下，在较低的温度下，相相当稳定，较长时间的时效也不会发相相当稳定，较长时间的时效也不会发生向平衡生向平衡 相的转变。相的转变。相或相或 相的时效强化效果不大，而且相的时效强化效果不大，而且易于沿晶界或剪切带析出，恶化合金的抗腐蚀性能。易于沿晶界或剪切带析出，恶化合金的抗腐蚀性能。v在在5系合金中添加微

21、量系合金中添加微量Cr可以提高合金的耐蚀性，可以提高合金的耐蚀性，Cr在在铝中的溶解度极小，在含有铝中的溶解度极小，在含有Cr和和Mn的合金中，在铸造和铸的合金中，在铸造和铸锭均匀化加热过程中还会形成锭均匀化加热过程中还会形成Al、Mn、Cr三元相三元相。在压力在压力加工的板材产品中，加工的板材产品中，Cr经常以细小分散的经常以细小分散的E(Al12Mg2Cr)相存相存在，能抑制晶核形成和晶粒长大在，能抑制晶核形成和晶粒长大。v2.5 6系和系和 7系中的化合物系中的化合物v6系合金包括系合金包括Al-Mg-Si和和Al-Mg-Si-Cu系合金。系合金。vAl-Mg-Si-Cu系合金中铜含量在

22、系合金中铜含量在0.4%以下，主要强化相是以下，主要强化相是Mg2Si。vAl-Mg-Si系合金系合金没有三元化合物没有三元化合物，只有两个二元化合物，只有两个二元化合物 和和Mg2Si相。相。vMg2Si相是该系合金的主要强化相，相是该系合金的主要强化相，Mg2Si的镁、硅比为的镁、硅比为1.73:1。v工业应用的工业应用的Al-Mg-Si系合金中镁、硅比一般系合金中镁、硅比一般小于小于1.73，按相，按相图应有硅过剩，图应有硅过剩，过剩硅在合金中以单质硅形式存在过剩硅在合金中以单质硅形式存在，形成，形成 (Al)+Mg2Si+Si 三相共晶。三相共晶。v由于工业合金中还含有铜、铁和锰等组元

23、，硅将和锰形成由于工业合金中还含有铜、铁和锰等组元，硅将和锰形成多元复杂化合物多元复杂化合物。v工业生产的工业生产的Al-Mg-Si-Cu系系合金中，合金中，当镁含量大于当镁含量大于0.3%0.3%、硅大于硅大于0.2%0.2%时合金组织中出现时合金组织中出现MgMg2 2SiSi相相；硅含量大于镁、硅含量大于镁、铜含量大于铜含量大于0.1%，或含有等量的镁和硅、铜含量大于，或含有等量的镁和硅、铜含量大于0.3%，即出现，即出现W(Cu2Mg8Si6Al5)相相。v合金中合金中锰或铬锰或铬加入量大于加入量大于0.1%，且合金中硅含量等于或，且合金中硅含量等于或大于镁含量时，还会出现大于镁含量时

24、，还会出现(FeMn)3Si2Al15或或(CrFe)4SiAl13相相。v6061和和6063合金半连续铸造状态主要组成为合金半连续铸造状态主要组成为(Al)+Mg2Si二相共晶体，二相共晶体，6070合金则为合金则为(Al)+Mg2Si+W三相共晶体。三相共晶体。v此外，由于这些合金中此外，由于这些合金中均含有锰均含有锰，组织中将出现，组织中将出现(FeMn)3 Si12Al15相，相，6083合金中若合金中若以铬代锰以铬代锰则生成则生成(CrFe)4Si4Al13相。相。v7系合金包括系合金包括Al-Zn-Mg系和系和Al-Zn-Mg-Cu系合金系合金。v在在Al-Zn-Mg合金合金中，

25、锌和镁除与铝分别形成中，锌和镁除与铝分别形成 和和(MgZn2)两个二元相外，还形成两个二元相外，还形成T(Al2Mg3Zn3)三元化合物。三元化合物。v在在Al-Zn-Mg-Cu系合金系合金中，铝和锌、镁、铜间形成中，铝和锌、镁、铜间形成、(Mg5Al8)、二元相和二元相和S、T(Al6CuMg4)及及T(Al2Mg3Zn3)等三元相，等三元相，T(Al6CuMg4)和和T(Al2Mg8Zn3)为同晶型，可连为同晶型，可连续互溶形成续互溶形成T(AlZnMgCu)相。相。vAl-Zn-Mg-Cu系合金系合金除主要合金组元锌、镁和铜外，还有除主要合金组元锌、镁和铜外，还有锰、铬、钛等微量添加元

26、素以及铁、硅杂质锰、铬、钛等微量添加元素以及铁、硅杂质。杂质硅与镁杂质硅与镁生成生成Mg2Si相，相，铁和锰生成铁和锰生成AlFeMnSi相，钛和铬除溶入相，钛和铬除溶入(Al)和化合物和化合物AlFeMnSi外，含量不多时，一般不单独生外，含量不多时，一般不单独生成铝化物。成铝化物。v工业生产的工业生产的Al-Zn-Mg系合金成分处于系合金成分处于Al-Zn-Mg合金相图合金相图的的 +T (MgZn2)相区内，即使在快速冷却的半连续铸造相区内，即使在快速冷却的半连续铸造情况下，镁含量情况下，镁含量3%，锌、镁比大于，锌、镁比大于2.2时，也出现时，也出现 相。相。v7003合金铸态组织中，

27、除合金铸态组织中，除T外，还有外，还有 相。铁、硅杂质在相。铁、硅杂质在7003合金组织中以合金组织中以AlFeMnSi相存在，硅还和镁生成相存在，硅还和镁生成Mg2Si相。为改善合金的焊接性能，相。为改善合金的焊接性能，7003合金中还同时加合金中还同时加入铬、钛、锆等过渡元素。这些元素除部分溶入入铬、钛、锆等过渡元素。这些元素除部分溶入(Al)中中外，还会溶入外，还会溶入AlFeMnSi相中或生成相中或生成ZrAl3初晶。因此，初晶。因此，7003合金的铸态化合物包括合金的铸态化合物包括 、T、Mg2Si、AlFeMnSi和和ZrAl3初晶。初晶。v工业生产的工业生产的Al-Zn-Mg-C

28、u系合金成分常处在系合金成分常处在 +T(AlZnMgCu)、+T(AlZnMgCu)+S、(Al)+T(AlZnMgCu)和和 (Al)+S+T(AlZnMnCu)四个相区四个相区的交界附近，因此随铸造时的冷却速度不同，或合金成分的交界附近，因此随铸造时的冷却速度不同，或合金成分的变化，常出现不同的组织。的变化，常出现不同的组织。v当合金中铜含量小于镁的含量，锌、镁比小于当合金中铜含量小于镁的含量，锌、镁比小于2.2时时，在，在半连续铸造半连续铸造Al-Zn-Mg-Cu系合金组织中只有系合金组织中只有 (Al)+T(AlZnMgCu)共晶体。共晶体。v当锌含量大于当锌含量大于3%，铜和镁含量

29、各大于，铜和镁含量各大于1%，且铜含量大于，且铜含量大于镁含量时镁含量时，则生成，则生成S相；锌、镁比大于相；锌、镁比大于2.2时，则出现时，则出现 化化合物。合物。v2.6 铝合金中的稀土化合物铝合金中的稀土化合物v近年来，稀土在铝合金中的应用受到国内外的广泛关注，近年来，稀土在铝合金中的应用受到国内外的广泛关注，俄罗斯、美国、日本、英国、印度等国家和我国都投入了俄罗斯、美国、日本、英国、印度等国家和我国都投入了较多的人力开发和研究新型稀土铝合金较多的人力开发和研究新型稀土铝合金。目前，我国已有目前，我国已有一些新型稀土铝合金成功地投人工业生产或试生产一些新型稀土铝合金成功地投人工业生产或试

30、生产。v铝合金中稀土化合物是决定稀土铝合金各种性能好坏的主铝合金中稀土化合物是决定稀土铝合金各种性能好坏的主要因素之一要因素之一。v但是，由于工业铝合金中存在着大量的杂质元素，实际合但是，由于工业铝合金中存在着大量的杂质元素，实际合金中稀土化合物的结构和形成规律都非常复杂。金中稀土化合物的结构和形成规律都非常复杂。v经过不断验证、修改和完善，铝合金中二元稀土化合物已经过不断验证、修改和完善，铝合金中二元稀土化合物已有较系统的数据，但三元及四元稀土化合物还只是不完整有较系统的数据，但三元及四元稀土化合物还只是不完整的研究。的研究。v由于铝合金中合金元素种类很多，加上各种快速凝固技术由于铝合金中合

31、金元素种类很多，加上各种快速凝固技术等先进工艺的应用，大量的稳定和亚稳定的稀土化合物还等先进工艺的应用，大量的稳定和亚稳定的稀土化合物还有待于人们去研究。有待于人们去研究。v2.6.1 二元稀土化合物二元稀土化合物v在铝合金中添加各种稀土元素将会出现在铝合金中添加各种稀土元素将会出现Al-Ce、Al-La、Al-Y、Al-Yb、Al-Nd、Al-Pr、Al-Sc、Al-Sm、Al-Tm、Al-Tb、Al-MM(混合稀土混合稀土)、Ce-Si、Mg-La、Ce-Fe等多等多种二元稀土化合物。种二元稀土化合物。v(1)Al-La和和Al-Ce vLa和和Ce是稀土铝合金中最常用的添加元素是稀土铝合

32、金中最常用的添加元素。vLa加入铝中可以形成加入铝中可以形成La3Al、LaAl、LaAl2、LaAlx、LaAl3、-La3Al11和和-La3Al11等二元化合物。等二元化合物。vCe加入铝中可以形成加入铝中可以形成-Ce3Al、-Ce3Al、CeAl、CeAl2、CeAl3、-Ce3Al11、-Ce3Al11等二元化合物。等二元化合物。v在富铝端最可能出现的二元化合物是在富铝端最可能出现的二元化合物是Ce3Al11和和La3Al11。为低温相，为低温相，为高温相。为高温相。v过去在文献中经常提到的过去在文献中经常提到的Al4Ce和和Al4La化合物，实际上是化合物，实际上是-Ce3Al1

33、1和和-La3Al11化合物化合物。在。在Al-RE化合物中，只有化合物中，只有Eu存在着存在着Al4Eu化合物。化合物。v研究证实，研究证实，La和和Ce在铝中的最大固溶度均为在铝中的最大固溶度均为0.01%(质量质量)左右。左右。v(2)Al-Nd、Al-Pr、Al-Sc和和Al-Sm vNd和铝可以形成和铝可以形成Nd3Al、Nd2Al、NdAl、NdAl2、NdAl3、-Ce3Al11、-Ce3Al11等二元化合物，其中等二元化合物，其中-Nd3Al11和和NdAl3在铝合金中最为常见。在铝合金中最为常见。vNd在在Al中的最大固溶度为中的最大固溶度为0.007%(质量质量)，比，比

34、Ce和和La在在Al中中的固溶度小的固溶度小。vPr和铝可以形成和铝可以形成 -Pr3Al、-Pr3Al、Pr2Al、-PrAl、-PrAl、PrAl2、-PrAl、-PrAl、PrAl2、PrAl3、-Pr3Al、-Pr3Al11和和-Pr3Al11等二元化合物，其中等二元化合物，其中PrAl3和和-Pr3Al11有可能在工业铝合金中出现。有可能在工业铝合金中出现。vPr在在Al中的最大固溶度为中的最大固溶度为0.009%(质量质量)。vAl-Sc和和Al-Sm系的化合物类型明显少于系的化合物类型明显少于Al-Nd和和Al-Pr系。系。vSc加入铝中形成加入铝中形成Sc2Al、ScAl、Sc

35、Al2和和ScAl3 四种二元化四种二元化合物；合物；vSm加入铝中形成加入铝中形成Sm2Al、SmAl、SmAl2、SmAl3和和Sm3Al11 五个化合物。五个化合物。v由于由于Sc的原子半径较小，的原子半径较小，Sc在铝中有较大的固溶度，高温在铝中有较大的固溶度，高温为为0.21%(质量质量)，室温为室温为0.15%(质量质量)。v(3)Al-Y、Al-Yb、Al-Tb和和Al-Tm vY在在Al中的行为通常相似于中的行为通常相似于Dy和和Ho，它和，它和Al可以形成可以形成-YAl3、-YAl3、YAl2、YAl、Y3Al2、Y2Al六种二元化合物。六种二元化合物。vYAl4的存在有的

36、文献中曾报道过，认为是一种四方晶格的的存在有的文献中曾报道过，认为是一种四方晶格的化合物，晶格常数化合物，晶格常数a=0.417 nm，c=0.977 nm，=3.823.94 g/cm3。但是，这种化合物在。但是，这种化合物在Al-Y的平衡相图的平衡相图中是否存在，目前普遍持否定态度。中是否存在，目前普遍持否定态度。vY和和Al中的最大固溶度为中的最大固溶度为0.05%（质量）（质量）。vYb和和Al只形成二种二元化合物只形成二种二元化合物YbAl2和和YhAl3。vYb在在Al中几乎不固溶。中几乎不固溶。vTb和和Al可以形成可以形成Tb2Al、Tb3Al2、TbAl、TbAl2和和TbA

37、l3 五种二元化合物，目前尚无合适的五种二元化合物，目前尚无合适的Al-Tb相图。相图。TbAl4是是否存在，还有诸多不同意见。否存在，还有诸多不同意见。v相比之下，人们对相比之下，人们对Al-Tm的研究更少，已经发现的二元化的研究更少，已经发现的二元化合物包括合物包括TmAl、TmAl2和和TmAl3三种化合物。三种化合物。TmAl3具具有立方结构。有立方结构。vTm在在Al中的最大固溶度中的最大固溶度0.016%(质量质量)。v(4)Al-MM(混合混合轻轻稀土稀土)化合物化合物 v混合轻稀土作为添加剂在铝合金中应用已越来越广泛。混合轻稀土作为添加剂在铝合金中应用已越来越广泛。v但是，由于

38、它含有但是，由于它含有Ce、La、Nd、Pr等多种稀土元素，其等多种稀土元素，其作用机理的研究要复杂得多。作用机理的研究要复杂得多。v复合的稀土化合物的形成规律一直受到人们的关注，可采复合的稀土化合物的形成规律一直受到人们的关注，可采用有关方法进行估算。用有关方法进行估算。v假定混合稀土的含量为假定混合稀土的含量为27%(质量质量)La、48%(质量质量)Ce、5%(质量质量)Pr、16%(质量质量)Nd和和4%(质量质量)其它稀土元素，则计其它稀土元素，则计算表明，算表明，Al-MM可以形成可以形成MM3Al、MMAl、MMAl2、MMAl3、-MM3Al11和和-MM3Al11等等6种稀土

39、化合物。种稀土化合物。v(5)Ce-Si、Ce-Fe、Ce-Mg 和和 La-Mg v由于铝合金中或多或少存在着由于铝合金中或多或少存在着Si和和Fe两种元素，所以，两种元素，所以，Ce-Fe和和Ce-Si二元化合物同样可能在铝及铝合金中出现。二元化合物同样可能在铝及铝合金中出现。vCe和和Si可以形成可以形成Ce5Si3、Ce3Si2、Ce5Si4、CeSi、Ce3Si5和和CeSi2等六种稀土化合物。等六种稀土化合物。v由于铝合金中由于铝合金中Ce和和Si的量都较少，在非平衡凝固中，这些的量都较少，在非平衡凝固中，这些稀土硅化合物都有可能出现，其中尤以稀土硅化合物都有可能出现，其中尤以Ce

40、Si2的可能性为的可能性为最大，最大，CeSi2属四方晶系，属四方晶系，Ce3Si5为正交晶系，它们的晶为正交晶系，它们的晶格常数实际上随化合物中格常数实际上随化合物中Si含量的升高而增加。含量的升高而增加。vCe和和Fe可以形成可以形成CeFe2和和Ce2Fe17两种两种平衡平衡化合物。化合物。v在实际合金中，还可能形成在实际合金中，还可能形成CeFe5稀土化合物，这种稀土化稀土化合物，这种稀土化合物在铝合金中的存在已有许多文献报道。它具有简单六方合物在铝合金中的存在已有许多文献报道。它具有简单六方结构，结构，a=0.490 nm，c=0.4136 nm。vMg是铝合金中的主要元素之一，是铝

41、合金中的主要元素之一，稀土的加入有可能形成稀土的加入有可能形成Mg-稀土化合物稀土化合物。v有文献报道有文献报道Ce和和Mg可以形成可以形成Mg12Ce(I)、Mg12Ce(II)、Mg10Ce、Mg41Ce5、Mg3Ce、Mg2Ce和和MgCe等二元稀土化等二元稀土化合物。合物。v这些稀土化合物常常有较大的固溶度范围，因此晶格常数是这些稀土化合物常常有较大的固溶度范围，因此晶格常数是变化的。变化的。vLa和和Mg则可以形成则可以形成Mg2La、Mg17La2、Mg3La、Mg2La和和MgLa等五种稀土化合物等五种稀土化合物。v2.6.2 三元稀土化合物三元稀土化合物v铝合金中出现的三元稀土

42、化合物种类铝合金中出现的三元稀土化合物种类远远大于远远大于二元稀土化合二元稀土化合物。物。v但是，由于研究工作很不系统，大量的三元稀土化合物还有但是，由于研究工作很不系统，大量的三元稀土化合物还有待于分析和验证。待于分析和验证。v(1)Al-Cu-La 和和 Al-Cu-Ce vAl-Cu-La系中有多个三元稀土化合物，其中两个是系中有多个三元稀土化合物，其中两个是Cu2LaAl10和和La(CuAl)4，它们能和铝处于平衡。，它们能和铝处于平衡。vCu2LaAl10属四方晶系，晶格常数为属四方晶系，晶格常数为a=0.88nm，c=0.517nm。vLa(CuAl)4的成分范围从的成分范围从C

43、uLa2Al7到到CuLa2Al3变化，也属变化，也属体心四方晶系，体心四方晶系，a=0.43290.4294 nm，c=1.081.053nm。vAl-Cu-Ce系中两个三元稀土化合物是系中两个三元稀土化合物是CeCu4Al8和和CeCuAl4。vCeCu4Al8属四方晶系，属四方晶系，a=0.8824 nm，c=0.5158 nm，这是最近的这是最近的JCPDS卡中的晶格常数，按照过去的文献，卡中的晶格常数，按照过去的文献，a=0.884 nm，c=0.517nm，维氏硬度为，维氏硬度为3860 MN/m2。vCeCuAl4是一成分可变的化合物是一成分可变的化合物43%47%(质量质量)C

44、e和和1%19%(质量质量)Cu，维氏硬度为，维氏硬度为3170 MN/m2，另一个，另一个Al-Cu-Ce化合物为化合物为Ce2Cu7Al10，可看作六方晶系，可看作六方晶系，a=0.8960.889 nm，c=4.32041.307 nm，这是一个，这是一个非非平衡化平衡化合物。合物。v(2)Al-Ce-Si 和和 Al-Ho-Si v在铝合金中已发现了在铝合金中已发现了Ce2Si2Al3、CeSi2Al2和和Ce2SiAl3等三元等三元稀土化合物。稀土化合物。Ce2Si2Al3属六方晶系，属六方晶系，a=0.624 nm，c=0.730 nm，=5.620 g/cm3，维氏硬度为，维氏硬

45、度为2490 MN/m2。Ge2SiAl3实际上是实际上是CeSi2化合物，但晶格常数已变为化合物，但晶格常数已变为a=0.431 nm，c=1.510 nm。vAl-Ho-Si系中已有四个三元稀土化合物被发现，它们是系中已有四个三元稀土化合物被发现，它们是HoAl2Si、HoAl14Si、Ho35Al30Si35和和Ho37.5Al32.5Si30。其中，。其中，Ho35Al30Si35属四方晶系，属四方晶系，a=1.212 nm，c=1.514 nm；Ho37.5Al32.5Si30也属四方晶系，也属四方晶系，a=0.7900 nm，c=0.4255 nm。v(3)Al-Si-Y 和和 A

46、l-Mn-Y v已有已有Si2YAl2、SiY5Al11、SiYAl2等多个三元稀土化合物被等多个三元稀土化合物被证实。证实。v其中，其中，SiYAl2属六方晶系，属六方晶系，a=0.419 nm，c=0.6559 nm；SiY5Al14也属六晶系，也属六晶系，a=0.6247nm，c=0.4590nm。v这些化合物有可能实际上是这些化合物有可能实际上是YAl3化合物。化合物。vSiYAl2的结构尚未确定。的结构尚未确定。vAl-Mn-Y同样可形成多个三元稀土化合物。同样可形成多个三元稀土化合物。v在富铝端是在富铝端是MnYAl8，它属四方晶系，它属四方晶系，a=0.886nm，c=0.509

47、nm。v(4)Al-Fe-Nd 和和 Al-Fe-La v在铝合金中，在铝合金中，Al8NdFe4、Al10NdFe2等化合物已被证实。等化合物已被证实。v其中，其中，Al10NdFe2和和Al10CeFe2、Al10LaFe2的结构相同，为的结构相同，为体心正方晶系。体心正方晶系。v另一种稀土化合物另一种稀土化合物Al8NdFe4也属体心正方晶系。也属体心正方晶系。v在在Al-Fe-La系中存在着系中存在着Fe2LaAl10、Fe4LaAl8、FeLaAl7、Fe6LaAl7、Fe7La2Al10等多种稀土化合物。等多种稀土化合物。v其中，其中，Fe4LaAl8属体心正方晶系，属体心正方晶系

48、，a=0.882 nm，c=0.519 nm。v(5)Al-Cr-Y 和和 Al-Ce-Mn v已有已有Cr4YAl8和和Cr2YAl20两种三元稀土化合物被确定。两种三元稀土化合物被确定。v前者为体心四方晶系，前者为体心四方晶系，a=0.893 nm，c=0.512 nm。v后者为体心立方晶系，后者为体心立方晶系，a=1.437 nm。v在这两种化合物中，在这两种化合物中，Mg、Zn、Cu等元素可占据其中等元素可占据其中Al的部的部分位置，分位置，Ti 可以部分替代可以部分替代Cr。vCeMn4Al8和和CeMn3Al4是是Al-Ce-Mn中的两个三元稀土化合物。中的两个三元稀土化合物。v前者属体心四方晶系，前者属体心四方晶系，a=0.88 nm，c=0.517 nm。v后者属三角晶系，用六方晶系处理时，后者属三角晶系，用六方晶系处理时，a=0.885 nm，c=1.295 nm。v后者是一种非平衡化合物相。后者是一种非平衡化合物相。Thanks!