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金石博览|稀土,盘尼西林?

作者:本站编辑      2024-05-03 00:11:44     1

点蓝字回顾 稀土的故事

前面讲了那么多稀土的知识,现在我考考你啊!知不知道稀土的作用?

知道! 我正攥着的手机里就有稀土!

呦呵!偷摸学习来着?不错的,稀土藏在每一部手机的零部件里,你瞧!

昨天睡不着就搜了搜,记得好像……汽车里也有吧?

你是真没少学。汽车里可太有了!

咱们看的电视里,鲜艳的红色来自稀土元素铕和钇;照相机镜头里有稀土元素镧;在航空航天、电子信息等行业都有稀土的身影。

哇哦!这真是太酷了!

还有更酷的:
它们是钢中的“盘尼西林”!
稀土对钢的作用包括净化变质和合金化两个方面,主要是脱硫、脱氧和去除气体,消除低熔点有害杂质的影响及细化晶粒和组织,从而提高钢的力学性能等。稀土钢、稀土球墨铸铁在现代军事技术中不可或缺。

稀土在钢中的作用

稀土元素作为添加剂用于钢铁材料中,具有消除杂质、细化晶粒和改善组织的神奇功效,从而能够改善钢铁材料的机械、物理和加工性能,提高其强度、硬度、韧性和耐腐蚀性。每吨钢只要加300g左右的稀土,钢的横向冲击韧性可提高50%以上、耐腐蚀性能可提高60%;加入稀土元素制成的装甲钢的抗冲击力可提高70%左右。

稀土钢分两类:

第一类是含铜、磷类的低合金钢,主要利用稀土改善钢的耐蚀性;

第二类是添加稀土的锰、铌、钒、钛的低合金钢,这类钢除利用稀土可改善钢的耐腐蚀性外,更主要利用其改善钢的强度和提高钢的耐磨性。

稀土钢的钢种包括工程结构钢、齿轮钢、超高强度结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、耐候钢、不锈耐酸钢、耐热钢和电热合金、高锰钢、铸钢等。

稀土钢不仅用于桥梁、车船、铁轨、管道等大型钢结构的建造,在装甲钢、炮钢、航母甲板用钢等领域也有体现

早在20世纪60年代初,中国先后研究和生产出601、603、623等几种牌号的稀土装甲钢,开创了中国坦克生产中的关键材料立足于国内的新纪元。

20世纪60年代中期,在碳素钢中加入0.05%的稀土制成了稀土碳素钢。这种钢较原来的碳素钢的横向冲击值提高了70%以上,在-40℃时的冲击值提高了近1倍,实现了中国在药筒材料方面以钢代铜的夙愿。

稀土高锰钢用于制造坦克履带板,稀土铸钢用于制造高速脱壳穿甲弹的尾翼、炮口制退器和火炮结构件,可以减少加工工序,提高钢材的利用率。

现已研制出的稀土钢的屈服强度为1250MPa,远远超过航母、潜艇用钢,特别是航母飞行甲板用钢的屈服强度(850MPa)的要求,达到了世界领先水平。

稀土与铸铁

铸铁也是稀土应用的主要领域之一,是稀土使用量最大的用户。从20世纪70年代开始,稀土就在球墨铸铁、蠕墨铸铁和灰铸铁中“冲锋陷阵”。

铸铁中,稀土具有良好的球化效果,并且有抗微量反球化元素干扰的作用,以及脱氧和净化铁液等作用,在国内球墨铸铁件的生产中,稀土作为球化剂的主要成分之一而受到青睐。由于稀土-镁球墨铸铁具有强度、韧性和塑性好等优良性能,在各行业的机械产品中逐渐代替部分灰铸铁件、可锻铁件和铸钢件。

采用稀土球墨铸铁制造各种口径的迫击炮,使其力学性能提高1~2倍,有效杀伤破片数量成倍增加,破片刃口锋利,大大提高了杀伤威力。它的有效杀伤破片数和密集杀伤半径比钢质壳体略胜一筹。

稀土球墨铸铁制造的柴油机曲轴

添加适量的钇基重稀土复合球化剂,并采用强制冷却、顺序凝固、延后孕育技术已成功地制作出38t重的大型复杂结构件、17.5t重的柴油机体、截面为805mm的球墨铸铁轧辊等。用稀土球墨铸铁制造柴油机曲轴,不仅成本降低,且寿命更长,实现了以铁代钢,以铸代锻的梦想。


稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能,因此,它在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。

当今,蠕墨铸铁已经成为大批量生产发动机气缸体的标准设计材料。

4.3L V8平置V形航空发动机缸体

中国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素,形成了适合国情的蠕化剂系列,如稀土-硅-铁-钛-镁合金、稀土-硅-铁合金、稀土-硅-钙合金、稀土-锌-镁-硅-铁合金等。随着汽车工业的发展,多年来发动机缸体、缸盖排气管已大批量使用了蠕墨铸铁,取代了普遍使用的灰铸铁。


加入稀土作孕育剂可使灰铸铁具有较强的抗衰退性降低白口倾向改善断面均匀性,提高铸件力学性能、耐磨性、致密性和耐压性

可使暖气片材质的抗拉强度提高20~50MPa,耐压性能可提高1~2kg/cm2(0.098~0.196MPa),并提高了铸件的成品率。

稀土与有色金属

稀土对有色金属为基的各种合金都有良好的作用:能改善合金的物理化学性能和提高合金室温及高温力学性能减少其杂质的有害影响、改变夹杂物的形态和分布、提高抗腐蚀和抗氧化性能等。
在超声速飞机中应用含稀土的АЦР1和ЖП207合金,可在400℃以下长期工作。现已开发出许多航空用稀土-镁合金、稀土-铝合金、稀土-钛合金等,应用最多的是铝、镁、铜三个系列。

Al

稀土金属用作铝合金添加剂
改变铝合金的物理性质,增加其耐磨性、耐高温性,提高强度,改善加工性能。
中国研制的含稀土耐热铸造铝合金(HZL206),与国外含镍的合金比较,具有优越的高温和常温力学性能,并已达到国外同类合金的先进水平。现已用于直升机和歼击机及工作温度达300℃的耐压阀门,取代了钢或钛合金。
中国生产的稀土-铝合金制成的电线电缆的导电性能比国际标准提高2%~4%,强度提高20%,抗腐蚀性能提高近1倍,现已成功地用作50万伏超高压输电线。
在200~300℃下,稀土-铝-硅共晶合金(ZL117)的耐磨性能比常用活塞合金(ZL108)大幅度提高,线膨胀系数小,尺寸稳定性好,已用于航空附件的KY-5型和KY-7型空压机及航模发动机活塞。
稀土泡沫铝合金被认为是一种未来汽车与其他交通工具用的优质材料。

Mg

镁合金中添加适量稀土元素
可以起到变质作用,使合金组织细化;可以与镁合金中的有害杂质,如铁、铜、镍等作用形成中间化合物而达到除杂的作用;可以与氢、氧等作用达到除气、除渣、净化晶界的作用,改善镁合金的脆性和耐腐蚀性能;稀土与镁形成强化相起到固溶强化和沉淀强化的作用,大大提高镁合金的强度和韧性;稀土还可以改善镁合金的流动性,提高铸造性能,提高摩擦磨损性能等。
以金属钕为主要添加元素的ZM6铸造镁合金已大量用于直升机后减速机匣、歼击机翼肋及30kW发电机的转子引线压板等。中国研制的高强稀土-镁合金(BM25)已代替部分中强铝合金,在歼击机上获得应用。
相结构特征类似于耐热的镁-钍系合金的高强耐热稀土-镁合金主要应用于航空、航天领域和汽车工业。
稀土-铝-镁合金是一种可以复合在碳钢结构表面的高强耐腐蚀材料,可以在海水及相似的环境中应用,适合于水工钢结构长效防腐。稀土-铝-镁合金作为轻质高性能结构材料也可广泛应用于汽车、轨道交通车辆、手机、电脑等的零部件。

Cu

稀土加入铜及铜合金
能起到脱氧、脱硫和脱氢作用,达到脱除铅、铋的目的,从而可以改善铜及铜合金的铸造性能。对不同种类的铜合金,加入稀土后流动性可提高30%~40%并可提高电导率。
在高锰-铝青铜中添加稀土,可使其干摩擦磨损量减少20%左右,润滑摩擦磨损量减少约50%。

Ti

钛合金中的稀土

稀土-钛合金是航空、航天、航海、化工、机械制造及其他工业不可或缺的材料,对国防工业及尖端科学技术的发展起着重要的作用。20世纪70年代初,中国研制出性能优良的含铈的铸造高温钛合金,用这种合金制造的压气机匣用于WP13Ⅱ型发动机,每架飞机减重39kg,提高推重比1.5%。空客A380、波音787的飞机机体特别是机翼都使用了稀土合金材料。

稀土简直是冶金工业的“维生素”!

那可不嘛!书里还介绍了稀土新材料,那叫一个出神入化!

文章内容出自《走进稀土世界》

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