CN102719704A

CN102719704A - 一种能提高多元锌铝合金综合力学性能的工艺方法

Info

Publication number: CN102719704A
Application number: CN2012102107521A
Authority: CN
Inventors: 李晓薇; 杨嵩; 司松海; 刘光磊; 陆松华
Original assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102719704B

Abstract

一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金，属于锌铝合金制备技术领域，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、复合变质剂(其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余为铝)、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al27-29％、Cu2-2.5％(以含铜50％的铝铜中间合金形式加入)、复合变质剂0.2-1.2％、Mg0.01-0.02％、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。采用普通金属型和金属型振动铸造方法，浇铸园棒状毛坯，加工成国家标准试棒进行力学性能测试。

Description

一种能提高多元锌铝合金综合力学性能的工艺方法

技术领域

本发明属于锌铝合金制备技术领域，特指一种能提高多元锌铝合金综合力学性能的工艺方法。

背景技术

铝锌合金的应用开发是20世纪80、90年代，是金属材料研究领域的热点之一。这是因为作为铜、锡及其合金的代用材料，铝锌合金具有抗拉强度和硬度高，阻尼性好，耐磨性好，摩擦系数小，摩擦温升低，材料与制造成本低廉等优点。但是，铝锌合金也有塑韧性差，尺寸稳定性低，工作温度低，抗蠕变能力差，耐蚀性差等缺点。多年来，人们为克服这些缺点以便扩大其应用范围进行了不懈的努力。

在改进铝锌合金组织和性能方面，采用加入合金元素、凝固时施加振动场等手段直接控制合金凝固过程，在改善合金组织和性能方面取得了比较理想的效果，其主要表现在细化合金组织，提高致密度，从而提高了合金力学性能及其均匀性。

本发明开发出一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金。

发明内容

本发明开发出一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、复合变质剂(其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余为铝)、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al27-29％、Cu2-2.5％(以含铜50％的铝铜中间合金形式加入)、复合变质剂0.2-1.2％、Mg0.01-0.02％、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600～650℃时保温6min-8min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时准备浇注。铸造工艺为：采用普通金属型和金属型振动铸造方法，金属型振动铸造的振幅为20-35mm，频率为80-120次/分，将熔炼好的锌铝合金浇铸到普通金属型上和带有振动的金属型上，浇铸成尺寸为Φ50mm，长300mm的园棒状毛坯，根据加入复合变质剂的不同，浇铸出七组复合变质剂不同含量的多元锌铝合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％，然后加工成国家标准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。

图1为不同工艺下锌铝合金试样的显微组织图。图1(a)为普通铸造的锌铝合金(ZA27)显微组织，其组织粗大、疏松，枝晶发达，枝晶臂间距大，图1(b)是图1(a)放大图。图1(c)为添加复合变质剂后锌铝合金显微组织，图1(d)是图1(c)放大图。比较图1(a)，发现粗大的树枝晶大大减少，二次枝晶臂间距减小且数量显著减少，合金晶粒明显细化，晶粒尺寸变小，α相由发达的树枝晶转变为花瓣状的细小等轴晶，如图1(c)所示，非平衡凝固共晶体数量也明显减少了，并且变的均匀细小。ε相细小、弥散且较均匀地分布于组织之中，因而提高了合金的强韧性。复合变质剂加入合金后，由于它弥散分布在晶粒生长前沿，影响了晶粒长大速度，并在铝液中形成大量的Al₃Ti、Al₃Ni固相质点，当还未开始凝固时，这些Al₃Ti、Al₃Ni质点就已析出，为锌铝合金提供了外来晶核，增大了合金的形核率，因而合金的晶粒得到了细化。因为Al₃Ti、Al₃Ni细小且弥散分布，对基体的割裂作用小，有效地阻碍了基体的变形和晶界移动，在常温下晶界对位错运动构成强烈地障碍，从而使合金的强度提高。由于晶粒细化，晶界的液态合金在凝固过程中容易得到补充，显微缩松降低，也减少了低熔点元素在晶界的偏聚，晶界上铁相等杂质分布的均化，将会使合金的塑性和韧性指标明显提高。晶粒越细，晶界的面积越多，强度越高，锌铝合金性能得以改善。图1(e)为振动及加入复合变质剂共同作用下的锌铝合金显微组织，图1(f)是图1(e)放大图。通过图1(e)可以发现锌铝合金组织更加细化，二次枝晶已很少，晶粒变得更加细小均匀，且趋于圆整，共晶组织增多。在锌铝合金凝固时施加振动，一方面振动使合金液各部分之间产生相对滑移，各部分之间的速度差产生粘性剪切，可使浮游于液体中的α枝晶被剪切破碎，成为新的晶核；另外一方面，振动使液体内部产生空化作用，生成正压波，增大微区的局部压力，提高合金熔点，使合金结晶的实际过冷度增加，增大形核率；第三方面，振动使合金液的对流加剧，促使了液-固界面处枝晶的熔断，型壁晶体的脱落以及其后的晶体增殖。同时，液体对流加剧，提高了合金液的导热能力，增加了冷速，使已形成的枝晶来不及长大，合金液对流增强了液态金属中溶质元素扩散均匀的能力，促进了枝晶间液相成分的均匀性。所以振动也使锌铝合金显微组织得到明显改善。

附图说明

图1锌铝合金的铸态显微组织

(a，b)ZA27合金普通铸造，(c，d)加入复合变质剂的多元锌铝合金，(e，f)振动及加入复合变质剂的多元锌铝合金

具体实施方式

实施例1

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、复合变质剂(其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余为铝)、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al28％、Cu2.3％(以含铜50％的铝铜中间合金形式加入)、复合变质剂0.6％、Mg0.015％、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600～650℃时保温6min-8min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时准备浇注。采用普通金属型铸造方法，将熔炼好的锌铝合金浇铸到金属型上，浇铸成尺寸为Φ50mm，长300mm的园棒状毛坯，然后加工成国家标准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。加入0.6％复合变质剂后，多元锌铝合金抗拉强度为441MPa，伸长率达到6.1％，硬度为152HB。金相组织如图1(c，d)所示。

实施例2

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、复合变质剂(其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余为铝)、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al28％、Cu2.3％(以含铜50％的铝铜中间合金形式加入)、复合变质剂0.6％、Mg0.015％、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600～650℃时保温6min-8min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时准备浇注。铸造工艺为：采用金属型振动铸造方法，振幅为20-35mm，频率为80-120次/分，将熔炼好的锌铝合金浇铸到带有振动的金属型上，浇铸成尺寸为Φ50mm，长300mm的园棒状毛坯，然后加工成国家标准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。在加入0.6％复合变质剂后再采用振动的方法，多元锌铝合金抗拉强度为460MPa，伸长率达到7.5％，硬度为153HB。金相组织如图1(e，f)所示。

对比例

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al28％、Cu2.3％(以含铜50％的铝铜中间合金形式加入)、Mg0.015％、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金，待材料全部熔化后，升温至600～650℃时保温6min-8min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时准备浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，将熔炼好的锌铝合金浇铸到金属型上，浇铸成尺寸为Φ50mm，长300mm的园棒状毛坯，然后加工成国家标准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。普通锌铝合金(ZA27)力学性能是，抗拉强度为421MPa，伸长率达到4.8％，硬度为138HB。金相组织如图1(a，b)所示。

Claims

1.一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金，其特征为：以工业铝锭A00号，锌锭0号，电解铜，复合变质剂，其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余为铝，纯镁为原料；成分按重量百分比计算，按Al27-29％、Cu2-2.5％、复合变质剂0.2-1.2％、Mg0.01-0.02％、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼；熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、含铜50％的铝铜中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600～650℃时保温6min-8min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl2进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl2压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时准备浇注；铸造工艺为：采用普通金属型和金属型振动铸造方法，金属型振动铸造的振幅为20-35mm，频率为80-120次/分，将熔炼好的锌铝合金浇铸到普通金属型上和带有振动的金属型上，浇铸成尺寸为Φ50mm，长300mm的园棒状毛坯，根据加入复合变质剂的不同，浇铸出七组复合变质剂不同含量的多元锌铝合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％，然后加工成国家标准试棒；室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。

2.根据权利要求1所述一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金，加入0.6％复合变质剂后，多元锌铝合金抗拉强度为441MPa，伸长率达到6.1％，硬度为152HB；金相组织中二次枝晶臂间距减小且数量显著减少，合金晶粒明显细化，晶粒尺寸变小，α相由发达的树枝晶转变为花瓣状的细小等轴晶。

3.根据权利要求1所述一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金，在加入0.6％复合变质剂后再采用振动的方法，多元锌铝合金抗拉强度为460MPa，伸长率达到7.5％，硬度为153HB；金相组织更加细化，二次枝晶已很少，晶粒变得更加细小均匀，且趋于圆整。