CN101892446A

CN101892446A - 一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法

Info

Publication number: CN101892446A
Application number: CN 201010230077
Authority: CN
Inventors: 李红英; 刘洋; 武岳; 赵延阔
Original assignee: Hu'nan Nonferrous Metals Holding Group Co Ltd; Central South University
Current assignee: Hu'nan Nonferrous Metals Holding Group Co Ltd; Central South University
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2010-11-24

Abstract

一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法，将成分质量百分含量为：Al 25.0～28.0wt％，Cu 2.0～2.5wt％，Mg 0.015～0.020wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，Zn余量的铸锭进行均匀化热处理，加热温度为330～360℃，保温8～24h，然后随炉冷却。本发明工艺方法简单、操作方便、有效改善锌铝合金铸件组织成分均匀性、提高锌铝合金铸件塑性及尺寸稳定性。通过提高Cu元素在基体中的固溶程度，提高材料尺寸和性能的稳定性，同时最大限度的减少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料组织的均匀性，改善合金塑性。适于工业化生产，有效改善铸态铝合金的力学性能，拓展其应用范围。

Description

一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法

技术领域

本发明公开了一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法；属于金属材料热处理技术领域。

背景技术

ZA27合金是一种含Al为25.0～28.0wt％的锌铝合金，由于具有较高的抗拉强度和硬度、较好的阻尼性能、较好的耐磨减摩性能、较好的切削加工性能，且熔点低，熔炼耗能低，生产效率高，制造成本低，因而日益受到人们的重视，目前在美、加、德、英、日、俄等工业发达国家均得到广泛应用，应用最多的是代替青铜合金作为耐磨材料，或代替铝和铸铁作压铸件。到目前为止，锌铝合金材料已成功地用于各种轴瓦、轴套、涡轮、压力机用螺母、防磁仪表零部件、汽车零件外壳、拉伸模具等诸多方面，具有很强的市场竞争力。

随着经济发展和应用领域的拓展，对锌铝合金的性能提出了更高的要求，但目前开发的锌铝合金普遍存在尺寸稳定性差、铸态下塑性和韧性较低、枝晶偏析严重等缺点，严重地阻碍了合金的应用与发展。这是由于合金结晶温度范围宽(492～380℃)，凝固过程中固、液相的成分变化大，铸态组织的枝晶偏析严重。合金开始凝固时，结晶晶粒中的Al含量较高，随着晶粒的长大，多余Zn被排在液相中，随后结晶的固相中Zn含量就较高，对某一晶粒来说，其心部Zn含量低，而外部Zn含量高。由于显微偏析，后期凝固的液体中Zn含量较高，接近共晶成分时，可能以共晶方式凝固，出现非平衡共晶组织，这种组织在热力学上是亚稳定的，有自动向平衡状态转化的趋势，铸态合金组织及性能不稳定正是这种自动过程的体现。此外，由于铸态组织晶界处存在富Cu的亚稳ε相，在自然时效过程中将发生α+ε→T′+η四相反应，生成稳定的T′相，这种转变会导致明显的体积膨胀，降低合金的尺寸稳定性，同时晶界富Cu相还可导致晶间腐蚀。目前，ZA27合金常采用的热处理方式为230～250℃保温3h后空冷，由于热处理温度低，无法完全消除合金枝晶偏析及非平衡共晶相，塑韧性仍不能满足要求。

因此，对一定成分的合金铸锭进行均匀化热处理，最大限度消除非平衡组织及枝晶偏析，提高材料组织成分的均匀性，充分发挥合金元素的有利作用，无疑是提高锌铝合金力学性能的有效途径。但是，目前尚未见到有关铸态ZA27合金均匀化热处理工艺的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种工艺方法简单、操作方便、有效改善锌铝合金铸件组织成分均匀性、提高锌铝合金铸件塑性及尺寸稳定性的铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法。

本发明一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法，是采用下述方案实现的：

将铸态ZA27合金放入加热炉中，加热至330～360℃，保温8～24h，随炉冷却。

本发明中，所述加热炉是电阻炉。

本发明由于采用上述工艺方法，直至晶界处的富Cu相基本固溶于基体中，非平衡共晶相及枝晶偏析大部分或全部消除，然后随炉冷却。温度控制通过程序实现自动控制。

本发明的均匀化热处理工艺可使ZA27合金在不过多降低铸态合金强度的条件下，较大幅度的提高合金的塑性，伸长率从铸态的7.8％增加到了10％以上。

铸态ZA27合金均匀化热处理过程的本质是通过原子的扩散达到成分均匀，消除枝晶偏析和非平衡共晶相。将铸态合金加热至330～360℃，能最大程度的提高原子扩散能力，使组织成分充分均匀化，较快地完成由非平衡向平衡状态的转化过程，随着富Cu相的消除，ZA27合金的尺寸稳定性显著提高，由于非平衡相的溶解和枝晶偏析的消除，ZA27合金的成分均匀性提高，塑性指标明显上升，材料的力学性能和成型性能得到明显改善。但在较低温度下热处理，由于原子扩散能力不足，非平衡相及富Cu相无法充分溶解，合金的成分均匀性也不能得到明显改善，导致合金的塑韧性及尺寸稳定性不能满足要求。

本发明的优点在于：

1、由于合金非平衡共晶相及枝晶偏析的消除，铸态ZA27合金的成分均匀性得到明显改善，塑性显著提高。

2、由于晶界处富Cu相的溶解，铸态ZA27合金的尺寸稳定性显著提高。

综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便、有效改善锌铝合金铸件组织成分均匀性、提高锌铝合金铸件塑性及尺寸稳定性。通过提高Cu元素在基体中的固溶程度，提高材料尺寸和性能的稳定性，同时最大限度的减少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料组织的均匀性，改善合金塑性。适于工业化生产，有效改善铸态铝合金的力学性能，拓展其应用范围。

附图说明

附图1是对比例未进行均匀化处理的铸态ZA27合金SEM照片。

附图2是本发明实施例1均匀化处理后铸态ZA27合金SEM照片。

附图3是本发明实施例2均匀化处理后铸态ZA27合金SEM照片。

附图4是本发明实施例3均匀化处理后铸态ZA27合金SEM照片。

附图5是本发明实施例4均匀化处理后铸态ZA27合金SEM照片。

具体实施方式

下面将参照附图，通过实施例对本发明进一步说明，而不会限制本发明。

对比例

将成分为Al 26.0wt％，Cu 2.3wt％，Mg 0.018wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，余量为Zn的ZA27合金铸锭放入电阻炉中，加热至240℃，保温3h，然后出炉空冷。对热处理后的合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图1，ZA27合金组织存在明显的枝晶偏析，枝晶网胞间分布着大量的β+η共晶组织，晶界处分布着较多粗大的白色富Cu相。力学性能指标见表1。

实施例1

将成分为Al 26.0wt％，Cu 2.3wt％，Mg 0.018wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，余量为Zn的ZA27合金铸锭在电阻炉中进行均匀化热处理，随炉升温加热至360℃，保温12h，然后随炉冷却。对均匀化处理后铸态ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图2，与对比例相比，本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金组织中，非平衡共晶β相基本消失，晶界处富Cu的ε相已经基本消除，枝晶偏析大大减少。本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金力学性能指标见表1。

实施例2

将成分为Al 26.0wt％，Cu 2.3wt％，Mg 0.018wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，余量为Zn的ZA27合金铸锭在电阻炉中进行均匀化热处理，随炉升温加热至330℃，保温24h，然后随炉冷却。对均匀化处理后铸态ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图3，与对比例相比，本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金组织中，非平衡共晶β相基本消失，出现明显的层片状形貌及不连续析出物，说明此时β相已发生共析反应而转变成α+η，另外初生α相形貌发生变化，通过调幅分解，初生α相转变为组织细小的α+η层片状组织，同时晶界处的ε相有所减少，形态从长条形变为椭圆形，但仍然比较粗大。本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金力学性能指标见表1。

实施例3

将成分为Al 26.0wt％，Cu 2.3wt％，Mg 0.018wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，余量为Zn的ZA27合金铸锭在电阻炉中进行均匀化热处理，随炉升温加热至360℃，保温8h，然后随炉冷却。对均匀化处理后铸态ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图4，与对比例相比，本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金组织中，初生α相开始转变为组织细小的层片状组织，同时晶界处富Cu的ε相的数量大大减少，而且分布得更加弥散、细小。本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金力学性能指标见表1。

实施例4

将成分为Al 26.0wt％，Cu 2.3wt％，Mg 0.018wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，余量为Zn的ZA27合金铸锭在电阻炉中进行均匀化热处理，随炉升温加热至360℃，保温24h，然后随炉冷却。对均匀化处理后铸态ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图5，与实施例1的组织相比，组织并未发生明显变化，说明继续延长保温时间对合金组织的影响不大。本实施例均匀化处理后的铸态ZA27合金力学性能指标见表1。

表1 实施例及对比例的力学性能

表1的结果表明，实施例1和实施例3的组织及力学性能较为理想，实施例2中晶界处的富Cu相比较粗大，说明此时均匀化温度偏低，实施例4由于均匀化时间过长，不适于工厂生产的要求，由此可知，合金铸锭在360℃均匀化8～12h后，不仅可以最大限度的提高合金的尺寸稳定性，同时又能减少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料组织的均匀性，改善合金塑性。

Claims

1.一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法，其特征在于：将铸态ZA27合金放入加热炉中，加热至330～360℃，保温8～24h，随炉冷却。

2.根据权利要求1所述的一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法，其特征在于：所述加热炉为电阻炉。