CN109022918B - 一种含硅的高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金及其制备方法 - Google Patents

一种含硅的高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种提高含硅ZZnAl4Y压铸锌合金韧性的制备方法。本发明采用液态锌铝合金与近液相线温度的铝硅合金液进行均匀混合的方法制备含硅ZZnAl4Y压铸锌合金，以提高合金的韧性为目的。具体实施工艺为：首先在石墨坩埚中熔炼温度为430～460℃的Zn‑3.2Al合金熔体，与此同时在另一个石墨坩埚中熔炼Al‑30Si中间合金，熔炼温度控制在液相线温度以下10‑80℃。然后，将Al‑30Si中间合金熔体加入到锌铝合金液中并充分混合，制备出初生锌为块状的韧性较高的含硅ZZnAl4Y压铸锌合金。

Description

一种含硅的高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及的领域属于有色金属加工领域，具体涉及一种含硅的高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法。
背景技术
现有压铸锌合金以锌为基加入其它合金元素组成，与其他有色合金相比具有材料价廉、熔点低、耗能少、流动性及成型性好、具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、减振降噪性能等优势。因此，压铸锌合金广泛应用于工业生产中。
我国对锌铝合金的研究是从20世纪90年代开始的，锌铝合金在我国的发展时间较短，与其他发达国家比较还存在着很大的差距。塑性和韧性较低、耐蚀性较差、杂质含量较高等缺点是现阶段我国锌铝合金存在的普遍现象。所以，就目前而言，我国的高质量的锌铝合金很难达到自给自足，还需要从欧美等发达国家进口大量高质量的压铸锌合金，比如从澳大利亚进口“澳洲三号”锌合金。
随着我国科学技术的快速发展和研究水平的不断提高，对锌铝合金的研究也越来越深入。如薛涛等研究了稀土合金对压铸锌合金微观组织及力学性能的影响，通过向压铸锌合金中加入适量稀土，阻止α树枝状晶的长大，细化晶粒，减少杂质对晶粒边界的影响，使合金的抗拉强度和硬度提高10％左右。李安铭等研究了硅锰稀土元素对锌基合金的力学性能的影响，发现适量的硅和锰元素及加入稀土元素对锌合金进行变质处理，可得到强韧性较好的耐磨锌合金。李建春等研究了镁元素对锌基合金力学性能的影响，研究结果表明，同时加入适量的硅和镁元素，可在锌合金中生成Mg2Si相，使锌合金的硬度得到提高，但合金的冲击韧性有所下降。在前期的研究工作中，我们采用稀土元素镧对锌铝合金进行了微合金化处理，研究结果表明，稀土与合金熔液中的锌和铝反应生成的细小稀土化合物可作为α-Al相的有效异质形核核心，适量的稀土元素镧能阻碍初生η-Zn相枝晶的生长，细化锌铝合金的显微组织，使锌铝合金的抗拉强度和伸长率明显提高，稀土镧元素的最佳加入量为0.05％。
发明内容
本发明采用近液相线温度的Al-30Si中间合金熔体与锌铝合金熔体进行均匀处理，目的是要制备出一种含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金。
一种含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，所述的合金制备方法是将430～460℃的Zn-3.2Al合金熔体与在液相线温度以下10-80℃的Al-30Si中间合金液进行均匀混合，然后将其浇注到室温金属铸型中，制备出初生锌相为块状的含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金。
进一步优化的，Al-30Si中间合金熔体温度为730-810℃。
为了更有效防止烧损和氧化，进一步优化的，Zn-3.2Al合金熔体温度为450℃。
进一步优化的，Al-30Si中间合金，其熔炼工艺为：将合金的熔炼温度控制在固液两相区以内(约为577-830℃)。
进一步优化的，Al-30Si中间合金，其熔炼工艺为：将合金的熔炼温度控制在在730-810℃。
进一步优化的，上述混合方法为将Al-30Si中间合金熔体浇入所述Zn-3.2Al合金熔体中，充分搅拌至均匀混合。其中Al-30Si中间合金熔体的加入量为合金总重量的1.2wt.％。
本发明取得的技术效果在于：目前，压铸锌合金采用的制备技术是将Al-30Si合金块直接加入锌铝合金熔体中，由于Al-30Si合金块中初生硅相尺寸较大，加入锌铝合金熔体后很难得到有效细化。此外，Al-30Si合金块加入锌铝合金熔体后，需要较长时间才能使熔体成分均匀化。因此，当将Al-30Si合金块直接加入锌铝合金熔体后，凝固后将形成较多韧性较差的初生锌相，且有较粗的初生硅相存在，使得合金的韧性不能得到有效提高。
与现有技术相比，本申请将液相线温度以下10-80℃的Al-30Si合金熔体浇入Zn-3.2Al合金熔体，以制备高韧性含硅ZZnAl4Y压铸锌合金，这种制备方法与与现有技术方法具有明显的优势。在液相线温度以下10-80℃时，Al-30Si合金熔体处于固液两相区，它由具有一定硅含量的液态铝硅合金熔体和尺寸较小的初生硅相组成。将这种铝硅合金熔体混入锌铝合金熔体后，由于混合比较均匀，使得合金熔体凝固组织中韧性较差的初生锌相数量减少，且初生硅的尺寸相对较小，因此合金的冲击韧性较高。
附图说明
图1为Al-30Si合金熔炼温度为810℃时含硅ZZnAl4Y压铸锌合金的显微组织；
图2为Al-30Si合金熔炼温度为790℃时含硅ZZnAl4Y压铸锌合金的显微组织；
图3为未含硅时ZZnAl4Y合金的显微组织；
图4为加入Al-30Si合金块时含硅ZZnAl4Y压铸锌合金的显微组织；
图5为压铸锌合金冲击试样尺寸。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1
首先，将956.4g工业纯锌和31.6g工业纯铝放入石墨坩埚中在井式电炉中进行加热和熔炼，熔炼温度为450℃，得到Zn-3.2Al合金熔体。待合金完全熔化后进行适当的搅拌，静置5分钟。将12g的Al-30Si合金放入石墨坩埚中熔炼，熔炼温度控制在810℃。然后将Al-30Si合金熔体浇入Zn-3.2Al合金熔体，混合均匀后得到Zn-4Al-0.36Si合金熔体，最后浇注到室温金属铸型中得到直径12毫米、长度为70毫米的冲击试样。
图1为Al-30Si合金熔炼温度为810℃时含硅压铸锌合金的显微组织，可见合金组织中初生锌相由树枝状转变为块状，与未加硅合金相比初生锌相数量有所增多。
研究表明，经硅合金化处理的ZZnAl4Y压铸锌合金的冲击韧性为128.2J/cm2，比未合金化处理的参比合金提高了61％。
实施例2
首先，将956.4g工业纯锌和31.6g工业纯铝放入石墨坩埚中在井式电炉中进行加热和熔炼，熔炼温度为450℃，得到Zn-3.2Al合金熔体。待合金完全熔化后进行适当的搅拌，静置5分钟。将12g的Al-30Si合金放入石墨坩埚中熔炼，熔炼温度控制在790℃。然后将Al-30Si合金熔体浇入Zn-3.2Al合金熔体，混合均匀后得到Zn-4Al-0.36Si合金熔体，最后浇注到室温金属铸型中得到直径12毫米、长度为70毫米的冲击试样。
图2为Al-30Si合金熔炼温度为790℃时含硅压铸锌合金的显微组织，可见合金组织中初生锌相由树枝状转变为块状，与图1相比初生锌相数量进一步增多。
研究表明，经硅合金化处理的ZZnAl4Y压铸锌合金的冲击韧性为103.5J/cm2，比未合金化处理的参比合金提高了30％。
对比实施例1：
首先，将960g工业纯锌和40g工业纯铝放入石墨坩埚中在井式电炉中进行加热和熔炼，熔炼温度为450℃，得到Zn-4.0Al合金熔体。待合金完全熔化后进行适当的搅拌，静置5分钟。最后浇注到室温金属铸型中得到直径12毫米、长度为70毫米的冲击试样。图3为不含硅压铸锌合金的显微组织，合金组织中可见较发达的树枝晶初生锌相。
采用冲击试验机测试合金的冲击韧性，研究表明未经硅合金化处理的ZZnAl4Y压铸锌合金的冲击韧性为79.6J/cm2。
对比实施例2
首先，将956.4g工业纯锌和31.6g工业纯铝放入石墨坩埚中在井式电炉中进行加热和熔炼，熔炼温度为450℃，得到Zn-3.2Al合金熔体。待合金完全熔化后进行适当的搅拌，静置5分钟。将12g的Al-30Si合金块混入Zn-3.2Al合金熔体，混合均匀后得到Zn-4Al-0.36Si合金熔体，最后浇注到室温金属铸型中得到直径12毫米、长度为70毫米的冲击试样。
图4为加入Al-30Si合金块时含硅压铸锌合金的显微组织，与图1相比初生锌相数量明显增多。
研究表明，经硅合金化处理的ZZnAl4Y压铸锌合金的冲击韧性为83.5J/cm2，与未进行合金化处理的对比实例1合金基本相当。

Claims (4)

1.一种含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，其特征在于：所述合金的 制备方法是将430~460℃的Zn-3.2Al合金熔体与在液相线温度以下10-80℃的Al-30Si中间合金熔体进行均匀混合，然后将其浇注到室温金属铸型中，制备出初生锌相为块状的含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金；所述Al-30Si中间合金熔体温度为730-810℃。
2.如权利要求1所述的含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，其特征在于，Zn-3.2Al合金熔体温度为450℃。
3.如权利要求1所述的含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，其特征在于，所述Al-30Si中间合金熔体是在730-810℃温度下熔炼制得。
4.如权利要求1至3中任一项所述的含硅高韧性ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，其特征在于，所述混合方法为将1.2wt.%的Al-30Si中间合金熔体浇入所述Zn-3.2Al合金熔体中，充分搅拌至均匀混合。
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