CN101386936B

CN101386936B - 一种多元耐热疲劳锌基合金

Info

Publication number: CN101386936B
Application number: CN2008101563906A
Authority: CN
Inventors: 司松海; 司乃潮
Original assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: CN101386936A

Abstract

本发明涉及一种新型多元耐热疲劳锌基合金，其特征在于，Si：2.5～3.5％，RE：0.1～0.27％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.1～0.2％，Cr：0.1～0.2％，Al：40～46％，Cu：2.0～3.0％，Mg：0.01～0.02％，余量为Zn。本发明能够明显提高锌铝合金热疲劳性能。

Description

一种多元耐热疲劳锌基合金

技术领域

本发明涉及锌铝合金材料，特指一种能够明显提高锌基合金热疲劳性能的多元锌基合金。

背景技术

目前对合金热疲劳研究主要以耐热钢和高温合金为研究重点，而对锌基合金的研究相对较少。铸造锌基合金由于具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、密度较低、热导率和电导率适中、极限抗拉强度高、耐磨性好、承载性好、无磁性、碰撞时不产生火花、减振降噪性能和成本较低，广泛应用于各个领域，并带来显著的经济效益。对锌铝合金的大量研究表明，通过微量元素合金化，能够缩小结晶温度间隔，改善合金铸造性能，增加热脆区的强度和塑性，细化晶粒等，均可在一定程度上提高合金的热疲劳性能。热疲劳性能与合金在凝固过程中的力学行为、晶界状态以及合金在凝固过程中的自身特点有密切关系。文献[1](蔡强.《锌合金》.中南工业大学出版社，1987，50～62.)发现稀土元素超过0.15％后组织得到细化，还会出现一些块状物。文献[2](赵浩峰等.《铸造锌合金及其复合材料》.中国标准出版社，2002，3：52～53.)研究发现在锌铝合金(ZA27)中加入稀土和硅后，组织中出现一些颗粒状的第二相，这些物相分布在晶界及枝晶间阻止晶粒长大。然而直到现在，人们对锌基合金热疲劳的认识仍不是很全面，国内锌基合金热疲劳的定量研究还比较落后，生产实践中的热疲劳问题也没有得到彻底解决。

综上可见，目前对锌铝合金热疲劳性能进行系统的研究较少。本发明针对这一问题，开发出一种能够明显提高锌铝合金热疲劳性能的多元锌基合金。

发明内容

一种多元耐热疲劳锌基合金，其特征在于，Si：2.5～3.5％，RE：0.1～0.27％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.1～0.2％，Cr：0.1～0.2％，Al：40～46％，Cu：2.0～3.0％，Mg：0.01～0.02％，余量为Zn。

对于以上成分可优选为Si：3.0％，RE：0.2％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.15％，Cr：0.15％，Al：43％，Cu：2.5％，Mg：0.015％，余量为Zn。

附图说明

图1为热疲劳试样示意图

图2冷热循环与疲劳裂纹的关系

具体实施方式

实施例1：

选择锌铝合金成分为(1号试样)，Si：2.5％，RE：0.1％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.1％，Cr：0.1％，Al：40％，Cu：2.0％，Mg：0.01％，余量为Zn。熔炼工艺为：在感应熔炼电炉中先加入铝锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、锌锭和适量的Si、Ni-Ti合金，待完全熔化后，充分搅拌，加入适量的RE，在700～750℃时保温5min使各元素均匀化，而后用钟罩压入镁条以减少烧损率。用0.2％的锌合金除气精炼剂进行除气精炼，静置10min后扒渣，待温度为650～670℃时浇注，然后制成如图1所示的试样。

采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致。通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度。试样在室温25℃至250℃之间进行加热与冷却的热循环。采用计数器进行自动计数。试验步骤：(1)调整并保持炉温250℃，水温20℃(流动自来水)；(2)快速加热试样；(3)加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数；(4)对于研究热疲劳裂纹萌生的试样，每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，记下试样裂纹萌生循环次数，观察并对裂纹的萌生位置照相；(5)对于研究热疲劳裂纹扩展的试样，每循环400次，取下试样，抛光并测量表面裂纹长度。当缺口处裂纹达到萌生长度以后，每循环200次测量裂纹长度和表面硬度，在此过程中对裂纹形貌观察并照相。试验结果见表1和图2。

实施例2：

选择锌铝合金成分为(2号试样)，Si：3.5％，RE：0.27％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.2％，Cr：0.2％，Al：46％，Cu：3.0％，Mg：0.02％，余量为Zn。熔炼工艺和热疲劳试验同实施例1，试验结果见表1和图2。

实施例3

选择锌铝合金成分为(3号试样)，Si：3.0％，RE：0.2％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.15％，Cr：0.15％，Al：43％，Cu：2.5％，Mg：0.015％，余量为Zn。熔炼工艺和热疲劳试验同实施例1，试验结果见表1和图2。

对比例

选取锌铝合金(ZA27)(4号试样)，其成分为，Al：28％，Cu：2.5％，Mg：0.01％，余量为Zn。熔炼工艺为：在感应熔炼电炉中先加入铝锭、铝铜中间合金、锌锭，待完全熔化后，充分搅拌，在700～750℃时保温5min使各元素均匀化，而后用钟罩压入镁条以减少烧损率。用0.2％的锌合金除气精炼剂进行除气精炼，静置10min后扒渣，待温度为570～590℃时浇注，然后制成如图1所示的试样，磨损实验同实施例1，试验结果见表1和图2。

通过表1和图2可以看出，与常规锌铝合金(ZA27)相比，经过本发明提出的新型多元耐热疲劳锌基合金的耐热疲劳性能大幅度提高，并且用优选成分的多元锌基合金的实施例3的热疲劳性能比实施例1和实施例2又有明显提高。

表1热疲劳裂纹扩展数据

Claims

1.一种多元耐热疲劳锌基合金，其特征在于，Si：2.5～3.5％，RE：0.1～0.27％，50％Ni-50％Ti：0.1～0.2％，Cr：0.1～0.2％，Al：40～46％，Cu：2.0～3.0％，Mg：0.01～0.02％，余量为Zn。

2.根据权利要求1所述的一种多元耐热疲劳锌基合金，其成分为，Si：3.0％，RE：0.2％，50％Ni-50％Ti：0.15％，Cr：0.15％，Al：43％，Cu：2.5％，Mg：0.015％，余量为Zn。