CN1098934C - 一种锌铝合金制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锌铝合金制备工艺属材料制作工艺技术领域。通过合金化和热处理工艺，改善了现有锌铝合金材料机械性能和耐磨性能，提高了合金材料阻尼性能，且可用铸造工艺直接成型各种复杂构件。采用合金化及特殊的热处理工艺制备高阻尼减振锌铝合金，减振性能Q-1值达到17.1×10-2。主要用于电力、电子、家电、通用机械以及仪表等领域作耐磨件和减震件使用。
Description
本发明涉及有色金合金材料制备技术领域。
高阻尼锌铝合金最早于1986年，日本Mistsubish金属株式会报道了可采用铸造工艺成型的锌铝基高阻尼合金，因铸造工艺可直接成型各种复杂构件，使锌铝基高阻尼合金的应用范围得到扩展，进而兴起了高阻尼锌铝合金的研究势头。我国对阻尼材料的研究起步较晚，性能也较低，品种规格也较少，尤其对锌铝合金材料阻尼性能的研究报道更少，目前只有郑州机械研究所，中科院固体物理研究所以及东南大学在做这方面的工作，但都限于实验室阶段，大量应用性工作尚有待于进一步的研究和发展。现有耐磨材料如锡青铜6-6-3，阻尼性能较低，其合金成型工艺复杂，且生产成本较高。
本发明的目的是提供一种锌铝合金制备工艺、它能有效地提高合金材料的减振阻尼性能。
本发明的目的可以由以下技术方案实现：为提高稀土高阻尼锌铝合金阻尼性能，可以采用合金化和热处理两种技术方案，本发明主要采用热处理方案。
一、合金化。通过合金中添加Ti、Re(合金中稀土含量0.01～0.08％，钛元素含量0.01～0.10％)微量元素，在合金熔炼的高温阶段与铝反应生成高熔点的金属是化合物TiAl3、LaAl4等，具有较强的变质细化作用，且只作为晶核质点，使合金枝晶由一次枝晶臂发达的羽箭状变为短小花瓣状，也使原合金中的硬相组织形态由粗大块、棒状形态改为均匀分布的星状。微量元素的添加不影响界面可动性，在改善组织、改善机械性能的同时保持ZDA系列合金的高阻尼特性。
二、热处理：可分为固溶处理和时效处理两个部分，以工业性应用为目的减振降噪合金要求具有高阻尼和高强韧等综合性能。而铸造态锌—铝基合金，因其铸造过程的非平衡凝固，组织不均匀，其塑性、韧性较低，而且因非平衡凝固造成的枝晶偏析，影响固态相变，使得Spinodal业稳转变和共析转变等不能充分进行，故而阻尼值也较低。适当的热处理工艺可以控制合金固态相变，改善其组织结构，获得微细粒状的共析(α+β)复相组织，是获得理想阻尼性能，提高强韧化的重要手段。
(1)固溶处理
a.固溶处理温度选择：原则上应在r固溶体区内，下限温度应高于共析转变温度(290℃)，为避免出现非平衡共晶组织过烧，严重损害机械性能，上限温度需控制在共晶线(400℃)之下适当温度。
b.固溶处理时间选择：既要保证原子充分扩散行移，使合金均一化，又要时间不过长，不致无谓耗能或组织长大。一般在45～75分钟。
c.固溶处理后冷却速度：在冷却过程中及其后的一段时间内将发生一系列固态相变，因而不同的冷却方式将得到完全不同的组织形态。按锌—铝共析合金等温相变曲线可知，固溶冷却等温保持在100℃以上得到富铝固溶体α相和富锌固溶体β相的片状共析分解组织。转变温度越高，所得到的组织越粗。在50℃以下，分解产物为微细粒状。在中间温度范围，分解产物是片状和粒状共析体混合组织。粗大片状(α+β)，α相和β相间形成共格相界，共格界面结合力较强，是不易动的；而非共格界面的粒状相界的可动性则大得多，故内耗值也大，阻尼性能好。水介质急冷至室温。
固溶处理后合金组织均匀化，消除枝晶偏析和非平衡共晶，因而将改善合金机械性能，合金的抗拉强度、韧性都大幅度提高。
(2)时效处理
长时自然时效：时效半月的合金共析分解转变完成，其后共析组织随时间延伸有粗化长大倾向，也即使以消耗振动能量的活动界面总面积减少，对合金的阻尼性能有消极影响，但经至三个月时间后，阻尼性能下降趋势减缓，趋于平稳，有较好的阻尼耐久性。
高温时效：高温时效将加速合金共析组织长大粗化，对阻尼性能和机械性能稳定有调整作用。再加热至400℃，采用400度×8小时的高温时效工艺。
本发明与现有技术相比的效果与优点如下：经过大量实验和测试得到，添加一定量复合稀土元素，制备的锌—铝27合金材料，其机械性能和阻尼性能良好。采用优化的热处理工艺过程(350℃，1小时固溶处理→急冷→人工时效→自然时效)，制得热处理态具有高阻尼性能的锌—铝27合金材料。用高阻尼稀土减振锌铝合金替代锡青铜6-6-3制做轴套、轴瓦、滑块等耐磨件，不仅降产了生产成本(约1/3)，简化了成型工艺，提高了使用寿命(寿命提高2～3倍)，由于其高阻尼减振特性，还可起到很好的减振降噪作用。用稀土高阻尼减振锌铝合金替代灰铸铁作音响设备类微型电机机轴，合金材料自身减振性能提高，为达到较好综合音响效果提供了可靠保障。该合金材料可采用铸造工艺直接成型各种复杂构件，适用于电力、电子、家电、通用机械及仪表等领域作耐磨件和减震件。
其锌—铝27合金材料优良的耐磨性能和突出的高阻尼减振性能，见表1，表2。
表1 高阻尼稀土锌—铝27合金磨损试验结果
| 试验载荷(kg/cm2) | 试验材料 | 磨损量(mm) | 试验载荷(kg/cm2) | 试验材料 | 磨损量(mm) |
| 6.1 | 锌铝27 | 0.314 | 2.0 | 锌铝27 | 0.191 |
| 黄铜 | 3.92 | 黄铜 | 1.35 | ||
| 铝青铜 | 0.139 | 铝青铜 | 0.081 | ||
| 磷青铜 | 0.292 | 磷青铜 | 0.049 |
表2 灰铸铁与锌铝27合金阻尼性能比较
*1#合金：350℃，1小时，固溶处理后，长时间自然时效；
2#合金：350℃，1小时，固溶处理后，进行高温人工时效(400℃×8小时)
本发明的实施例如下：
温度和时间条件表3设定固溶处理工艺参数，测试其材料阻尼性能如表4。测试结果表明，选择以350℃，保温1小时为合金材料固溶处理最佳条件。
表3 固溶处理工艺参数
表4 材料的内耗测试结果(f＝0.75Hz，Q-1数量级为×10-3)
| 工作温度 | 铸态合金 | 01号 | 02号 | 03号 | 11号 | 12号 | 13号 | 21号 | 22号 | 23号 | 31号 | 32号 | 33号 |
| 105℃ | 15.8 | 65.4 | 98.5 | 54.2 | 87.5 | 108.1 | 63.8 | 102 | 158.8 | 100.3 | 97.6 | 118.5 | 107.6 |
| 125℃ | 43.2 | 60.1 | 187.2 | 76.1 | 102.2 | 111.5 | 89.7 | 110 | 368.4 | 149.8 | 132.6 | 278.3 | 146.2 |
| 145℃ | 65.1 | 171.2 | 209.3 | 103.3 | 169.4 | 146.2 | 119.7 | 180.5 | 325.8 | 175.8 | 128.1 | 198.6 | 175.7 |
用稀土高阻尼锌—铝27合金制做的轴套、轴瓦、滑块和小型电机机轴，经有关单位装机试用测试，结果表明高阻尼稀土锌—铝27合金材料不仅具有优良的机械强度，韧性和耐磨性能，使用寿命提高一倍以上，且具有良好的减振、降噪效果。
Claims (2)
1.一种锌铝合金制备工艺，按锌铝27合金成份配比，添加稀土含量为0.01％～0.08％和钛元素含量为0.01％～0.10％的微量元素，铸造锌铝27合金材料，其特征在于在温度为290℃～400℃的条件下，固溶强化处理，保温时间为45分钟～75分钟，水介质急冷至室温，再加热至400℃，经8小时保温高温人工时效。
2.根据权利要求1所述的一种锌铝合金制备工艺，其特征在于固溶强化的温度为350℃，保温1小时。
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