CN115874084A - 一种Zn-Li系抗蠕变锌合金及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Zn‑Li系抗蠕变锌合金及其制备方法与应用,其主元素为锌,合金化元素为锂和X,所述X为钛或铬;以质量百分比计,锂的质量百分数为>0~1.0wt.%,X的质量百分数为>0~1.0wt.%,余量为锌;采用热挤压‑温挤压变形工艺制备各到。该Zn‑Li系抗蠕变锌合金具有优异的显微组织和力学稳定性、蠕变抗性、热加工性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于锌合金材料领域,具体涉及一种Zn-Li系抗蠕变锌合金及其制备方法与应用。
背景技术
锌合金具备低熔点的特性,铸造成本低、耗能少、熔体流动性好,可以压铸形状复杂的精密铸件,壁厚低至零点几毫米。但是,锌合金的蠕变抗性较低,在低应力的状态下可以持续变形,随时间的累积产生极大的应变,从而引发器件松动甚至断裂。因此,抗蠕变锌合金的研发极具意义,可以扩大锌合金的使用场景,实现对现有材料的廉价替代。
现有的抗蠕变锌合金主要包括通用公司的ACuZinc合金和国际铅锌组织(ILZRO)研发的ILZRO16合金,相比传统锌合金,这些合金的蠕变抗性均有优化但并不显著,尤其是具备蠕变抗性的合金大多为铸态,力学性能尤其是塑性较差,难以通过加工塑造成理想的器件。此外,现有抗蠕变锌合金体系成分极为复杂,添加了至少三种合金化元素,稍有不慎就会导致合金在相组成上不稳定,产生室温时效现象,进而在尺寸和力学性能上出现波动,不利于合金的回收再利用和材料的可持续应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点,提供一种Zn-Li系抗蠕变锌合金及其制备方法与应用,该材料具有优异的显微组织和力学稳定性、蠕变抗性、热加工性能和力学性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种Zn-Li系抗蠕变锌合金,其主元素为锌,合金化元素为锂和X,所述X为钛或铬;以质量百分比计,锂的质量百分数为>0~1.0wt.%,X的质量百分数为>0~1.0wt.%,余量为锌。优选的,锂的质量百分数为>0~0.1wt.%,X的质量百分数为>0~0.4wt.%,余量为锌。
所述Zn-Li系抗蠕变锌合金的制备方法,包括下述步骤:
(1)将锌和锂在500~600℃下混合熔炼,静置,浇铸,得到中间合金Zn-5.0wt.%Li;
(2)在稻谷壳覆盖下,将所述中间合金Zn-5.0wt.%Li进行融化,按合金元素质量百分比加入锌和X,所述X为钛或铬,混合熔炼,静置,浇铸,冷却,得到铸锭,再进行新型热挤压-温挤压变形,得到Zn-Li系抗蠕变锌合金。
步骤(1)、(2)中,混合熔炼后进行静置,其目的是为了让杂质分离,提高材料纯度。
步骤(2)中,所述新型热挤压-温挤压变形,是先在300~350℃通过三道次将铸锭热挤压为直径30~35mm的棒材,挤压比在1.8:1~1.3:1之间,挤压速度为0.1~0.5mm/s;然后在冷水(0~25℃)中淬火,在100~150℃退火10~60分钟;再在100~150℃下一道次挤压至棒材直径为8~12mm,挤压比在19:1~6:1之间,挤压速度为0.5~1.0mm/s,挤压后的试样在空气中冷却,以保证物相组成和显微组织的稳定。
步骤(2)中,在进行热挤压-温挤压之前,对铸锭进行均匀化处理;所述均匀化处理的温度为200℃~400℃,处理时间12~48h;所述均匀化处理后进行水淬、油淬或空冷。
所述Zn-Li系抗蠕变锌合金的应用,是用于制备建筑材料、汽车零件、仪器仪表零件;所述建筑材料包括屋顶、门窗边框、天花板隔层、地基、墙壁、立面、雨水系统中的至少一种;所述汽车零件包括发动机罩、保险杠、车门框、车门、车顶中的至少一种;所述仪器仪表零件包括仪器箱体外壳、操作把手、传动装置中的至少一种。
本发明的原理是:(1)本发明采用的合金化元素之一为锂,锂的作用在于细化晶粒组织结构和引入新型固溶体相,起到强化和增塑的作用,加入锂可以在合金中形成独特的显微组织,有利于优化合金的力学性能,还能提升合金的蠕变抗性。(2)本发明采用的合金化元素之一为钛或铬,一方面,钛、铬均属于难熔金属(refractory metal),即熔点高,添加这类金属元素有助于提升合金的热稳定性,从而有利于合金的蠕变抗性;另一方面,钛或铬的添加可以在合金基体中引入热稳定性极好的沉淀相,通过阻碍位错运动来提高蠕变抗性。(3)从元素含量的角度,本发明合金中只包括Zn和两种合金化元素,合金化元素数量少,实现合金的素化,有利于材料力学性能的稳定和废弃材料的回收,同时合金化元素的添加量很低,处于微合金化的范畴,与现有抗蠕变锌合金中大量添加合金化元素的做法不同,这使得本发明的锌合金相组成和微观组织更稳定,相应的产品稳定性更容易控制。(4)本发明采用一种新型挤压工艺,即热挤压-温挤压工艺,该工艺可以有效提升合金的蠕变抗性,先通过前面的热挤压工艺初步细化晶粒、形成织构,提升材料的热加工性能,为后面的更大变形量的温挤压工艺做铺垫;同时,在相对更高的温度下挤压有助于合金化元素Ti、Cr的固溶,以便在温挤压时沉淀相能够在基体中均匀地析出;在更低温度进行的温挤压,有助于抑制动态再结晶过程中的晶粒长大,提升材料的力学性能,同时促进金属间化合物相析出,起到提升蠕变抗性的作用。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果:
(1)本发明的Zn-Li系抗蠕变锌合金具有优异的蠕变抗性,其稳态蠕变速率可低至1.3×10-9/s,显著低于现有抗蠕变锌合金,且在低于70MPa的应力作用下几乎不发生蠕变。
(2)本发明的Zn-Li系抗蠕变锌合金具有优异的力学性能和加工性能,其抗拉强度在250~400MPa之间,延伸率在15%~50%之间,如Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Ti合金的延伸率为37.9%,具有优异的塑性。
(3)本发明的Zn-Li系抗蠕变锌合金可以进一步进行轧制、拉拔等变形量很大的加工,制备成不同形状的器件,具有广泛的应用领域。
附图说明
图1为实施例1的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr锌合金铸锭照片。
图2为实施例1的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金棒材照片。
图3为实施例11的Zn-Li-Cr抗蠕变锌合金的显微组织。
图4为实施例12的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线。
图5为实施例13的Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线。
图6为实施例14的Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线。
图7为实施例15的Zn-Li-Cr抗蠕变锌合金的蠕变应力指数分析。
图8为实施例16的Zn-Li-Ti抗蠕变锌合金的显微组织形貌。
图9为实施例17的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线。
图10为实施例18的Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线。
图11为实施例19的Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线。
图12为实施例20的Zn-Li-Ti抗蠕变锌合金的蠕变应力指数分析。
图13为实施例21的Zn-Li系抗蠕变锌合金应力-应变曲线。
图14为实施例22的Zn-0.06wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金在制备和存放不同时间后的拉伸应力-应变曲线。
图15为实施例22的Zn-0.06wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金在制备和存放不同时间后的显微组织形貌图。
图16为实施例23的Zn-0.02wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金通过拉拔制备的毛细管照片。
图17为本发明与对比例2的蠕变曲线。
图18为本发明与对比例2的应力-应变曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但是,不以任何形式限制本发明。应该指出的是,对本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,本发明还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
实施例1、制备Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金
采用中频炉非真空熔炼,石墨坩埚,使用谷壳覆盖熔炼,按Li的质量百分含量为5.0wt.%、余量为锌的比例称重并熔炼、静置并浇铸制备出Zn-5wt.%Li中间合金,将计算好质量的Zn-5wt.%Li中间合金与锌、铬混合融化中频炉非真空熔炼,温度为550℃,浇铸后得到Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr铸锭,检测合格,车皮,得到的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr锌合金铸锭的形态如图1所示。
随后,采用新型热挤压-温挤压的方式制备Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金棒材。首先把预先准备好的挤压锭在350℃通过三道次逐渐热挤压为直径30mm的棒材,挤压速度为0.1mm/s,挤压比为1.8:1,随后在冷水中淬火,然后在100℃退火30分钟并随后在该温度下一道次挤压至直径10mm,挤压速度为1mm/s,挤压比为9:1,挤压后的试样在空气中冷却以保证物相组成和显微组织的稳定。通过这一方法制备的挤压棒材如图2所示。
实施例2-10
表1、实施例2~10、不同成分抗蠕变Zn-Li系合金的制备工艺参数
实施例11、Zn-Li-Cr抗蠕变锌合金的显微组织
图3是经过新型热挤压-温挤压变形之后的Zn-Li-Cr抗蠕变锌合金的显微组织形貌。从图3中可以看出,合金基体的晶粒尺寸几乎不变,约5微米,随着铬元素含量的增加,合金中沉淀相CrZn17颗粒的占比也逐渐增加,这些沉淀相既能够起到强化作用,也能够通过阻碍位错运动来提升合金的蠕变抗性。
实施例12、Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线
图4为Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线实例。将制备好的新型热挤压-温挤压锌合金棒材,按照GB/T 2039-2012标准加工成棒状蠕变试样,随后采用蠕变试验机在室温下进行不同载荷的恒载荷蠕变试验,初始应力值为30~110MPa,测试时间为300h或直至样品断裂,得到的蠕变曲线如图4所示。对原始数据拟合分析可以得到各样品的稳态蠕变速率,在应力值小于50MPa时几乎观察不到蠕变应变,而当应力值为50MPa时,该合金的稳态蠕变速率为1.5×10-9/s,应力值为70MPa、90MPa、110MPa时,稳态蠕变速率分别为5.9×10-9/s、2.0×10-8/s、7.7×10-8/s,这一量级(10-8~10-9/s)的稳态蠕变速率显著低于绝大多数文献和专利中报道的抗蠕变锌合金,充分说明了采用新型热挤压-温挤压制备的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr抗蠕变锌合金优异的蠕变抗性。
实施例13、Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线
图5为Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线实例。将制备好的挤压态锌合金棒材,按照GB/T 2039-2012标准加工成棒状蠕变试样,随后采用蠕变试验机在室温下进行不同载荷的恒载荷蠕变试验,初始应力值为30~110MPa,测试时间为300h或直至样品断裂,得到的蠕变曲线如图5所示。对原始数据拟合分析可以得到各样品的稳态蠕变速率,在应力值小于70MPa时几乎观察不到蠕变应变,而当应力值为70MPa时,该合金的稳态蠕变速率为1.0×10-8/s,应力值为90MPa、110MPa时,稳态蠕变速率分别为5.9×10-8/s、2.0×10-7/s,其中大多数样品的稳态蠕变速率处于较低量级(10-8/s),显著低于绝大多数文献和专利中报道的抗蠕变锌合金,充分说明了采用新型热挤压-温挤压制备的Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Cr抗蠕变锌合金优异的蠕变抗性。
实施例14、Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线
图6为Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金的蠕变曲线实例。将制备好的挤压态锌合金棒材,按照GB/T 2039-2012标准加工成棒状蠕变试样,随后采用蠕变试验机在室温下进行不同载荷的恒载荷蠕变试验,初始应力值为30~110MPa,测试时间为300h或直至样品断裂,得到的蠕变曲线如图4所示。对原始数据拟合分析可以得到各样品的稳态蠕变速率,在应力值小于70MPa时几乎观察不到蠕变应变,而当应力值为70MPa时,该合金的稳态蠕变速率为1.3×10-9/s,应力值为90MPa、110MPa时,稳态蠕变速率分别为4.5×10-9/s、3.9×10-8/s,这一量级(10-8~10-9/s)的稳态蠕变速率显著低于绝大多数文献和专利中报道的抗蠕变锌合金,充分说明了采用新型热挤压-温挤压制备的Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金优异的蠕变抗性。
实施例15、Zn-Li-Cr抗蠕变锌合金的蠕变应力指数
图7是新型热挤压-温挤压Zn-Li-Cr抗蠕变锌合金的应力指数分析,依据Mukherjee-Bird-Dorn方程进行拟合,在恒定温度下,该方程可简化为:
其中/>为稳态蠕变速率,A为与材料有关的参数,Q为蠕变激活能,R为理想气体常数,T为开尔文温度,σ为蠕变应力值,G为材料剪切模量,n为应力指数。Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr、Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Cr、Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Cr合金的应力指数n分别为4.9、6.6和7.3。对于Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr合金而言,接近5的应力指数说明其蠕变机理属于位错蠕变,其决速步骤在于位错攀移绕过障碍物的过程。对于另外两种合金而言,应力指数接近7是沉淀强化合金的典型特征,这说明在这两种合金中金属间化合物相对蠕变抗性的提升作用极大,铬元素的添加起到了预期的效果。
实施例16、Zn-Li-Ti抗蠕变锌合金的显微组织
图8是经过热挤压-温挤压变形处理之后的Zn-Li-Ti抗蠕变锌合金的显微组织形貌。从图中可以看出,合金基体的晶粒尺寸几乎不变,约1微米,随着钛元素含量的增加,合金中沉淀相TiZn16颗粒的尺寸显著增大,这些沉淀相能够起到强化作用,也能够通过阻碍位错运动来提升合金的蠕变抗性。
实施例17、Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线
图9为Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线实例。将制备好的挤压态锌合金棒材,按照GB/T 2039-2012标准加工成棒状蠕变试样,随后采用蠕变试验机在室温下进行不同载荷的恒载荷蠕变试验,初始应力值为30~110MPa,测试时间为300h或直至样品断裂,得到的蠕变曲线如图4所示。对原始数据拟合分析可以得到各样品的稳态蠕变速率,在应力值小于50MPa时几乎观察不到蠕变应变,而当应力值为50MPa时,该合金的稳态蠕变速率为1.8×10-9/s,应力值为70MPa、90MPa、110MPa时,稳态蠕变速率分别为1.5×10-8/s、8.4×10-8/s、4.1×10-7/s,其中大多数样品的稳态蠕变速率处于较低量级(10-8~10-9/s),显著低于绝大多数文献和专利中报道的抗蠕变锌合金,充分说明了采用新型热挤压-温挤压制备的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金优异的蠕变抗性。
实施例18、Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线
图10为Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线实例。将制备好的挤压态锌合金棒材,按照GB/T 2039-2012标准加工成棒状蠕变试样,随后采用蠕变试验机在室温下进行不同载荷的恒载荷蠕变试验,初始应力值为30~110MPa,测试时间为300h或直至样品断裂,得到的蠕变曲线如图10所示。对原始数据拟合分析可以得到各样品的稳态蠕变速率,在应力值小于70MPa时几乎观察不到蠕变应变,而当应力值为70MPa时,该合金的稳态蠕变速率为1.1×10-8/s,应力值为90MPa、110MPa时,稳态蠕变速率分别为3.0×10-7/s、1.1×10-6/s,其中部分样品的稳态蠕变速率处于较低量级(10-8/s),显著低于绝大多数文献和专利中报道的抗蠕变锌合金,充分说明了采用新型热挤压-温挤压制备的Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Ti抗蠕变锌合金优异的蠕变抗性。
实施例19、Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线
图11为Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Ti抗蠕变锌合金的蠕变曲线实例。将制备好的挤压态锌合金棒材,按照GB/T 2039-2012标准加工成棒状蠕变试样,随后采用蠕变试验机在室温下进行不同载荷的恒载荷蠕变试验,初始应力值为30~110MPa,测试时间为300h或直至样品断裂,得到的蠕变曲线如图11所示。对原始数据拟合分析可以得到各样品的稳态蠕变速率,在应力值小于70MPa时几乎观察不到蠕变应变,而当应力值为70MPa时,该合金的稳态蠕变速率为2.3×10-9/s,应力值为90MPa、110MPa时,稳态蠕变速率分别为8.7×10-8/s、4.8×10-7/s,其中大多数样品的稳态蠕变速率处于较低量级(10-8~10-9/s),显著低于绝大多数文献和专利中报道的抗蠕变锌合金,充分说明了采用新型热挤压-温挤压制备的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金优异的蠕变抗性。
实施例20、Zn-Li-Ti抗蠕变锌合金的蠕变应力指数
图12是热挤压-温挤压制备的Zn-Li-Ti抗蠕变锌合金的应力指数分析,依据Mukherjee-Bird-Dorn方程进行拟合,在恒定温度下,该方程可简化为:
其中/>为稳态蠕变速率,A为与材料有关的参数,Q为蠕变激活能,R为理想气体常数,T为开尔文温度,σ为蠕变应力值,G为材料剪切模量,n为应力指数。Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti、Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Ti、Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Ti合金的应力指数n分别为6.8、10.3和11.9。对于Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti合金而言,应力指数接近7是沉淀强化合金的典型特征,另外两种合金的应力指数更高,类似无机非金属材料,这说明在这两种合金中金属间化合物对蠕变性能的影响极大,尤其是在低应力下,它们的蠕变抗性极好,证明钛元素的添加也起到了预期的效果。/>
实施例21、Zn-Li系抗蠕变锌合金的应力-应变曲线
图13为热挤压-温挤压制备的Zn-Li系抗蠕变锌合金拉伸测试曲线实例,将合金试样的尺寸按照ASTM-E8m-09标准加工,用万能试验机进行拉伸测试,应变速率为0.001/s,由图13可以看出,Zn-Li-Cr合金的强塑性随铬元素含量的增加,其中Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr合金的抗拉强度为297.4±12.0MPa,断裂延伸率为26.2±5.5%;Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Cr合金的抗拉强度为321.9±3.4MPa,断裂延伸率为38.3±7.5%;Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Cr合金的强塑性最高,其抗拉强度为339.4±1.7MPa,断裂延伸率为42.5±1.5%。Zn-Li-Ti合金则相反,其强度随着钛元素含量的增加而降低,其中Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Ti合金的抗拉强度为369.0±6.2MPa,断裂延伸率为19.7±6.1%;Zn-0.1wt.%Li-0.2wt.%Ti合金的抗拉强度为336.4±5.0MPa,断裂延伸率为48.0±9.4%;Zn-0.1wt.%Li-0.4wt.%Ti合金的强塑性最高,其抗拉强度为324.2±7.5MPa,断裂延伸率为37.9±13.7%。综合来讲,挤压态Zn-Li系抗蠕变锌合金兼具优异的强塑性,方便后续通过各类加工方式成型为各类器件,拓展其应用范围。
实施例22、Zn-0.06wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金的力学性能和显微组织稳定性
图14、图15分别给出了Zn-0.06wt.%Li-0.4wt.%Cr抗蠕变锌合金在挤压后、室温存放1年、3年后拉伸测试的应力-应变曲线和显微组织形貌。可以看出,该合金在室温存放三年的时间范围内几乎没有发生力学性能和显微组织的变化,这充分说明该材料显微组织和力学性能的稳定性是可靠的。
实施例23、Zn-0.02wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金通过拉拔制备毛细管
图16给出了新型热挤压-温挤压Zn-0.02wt.%Li-0.1wt.%Ti抗蠕变锌合金通过拉拔制备的毛细管照片,拉拔中变形量极大,这说明该合金具备优异的热加工性能,可以制备出形状复杂的器件,从而极大地丰富其应用场景。
对比例1、采用专利(CN 101906555 B)制备的一种含Mn的抗蠕变轧制锌合金板带材
由该专利文件可以发现,其中蠕变抗性最高且力学性能最优异的材料为一种Zn-Cu-Mn-Ti-Al合金,其稳态蠕变速率为2.21×10-9/s,抗拉强度为225MPa,延伸率为32%。该合金含有五种元素,比本发明的合金元素多两种。相比之下,本发明的合金元素更为素化,更有利于合金组织的稳定以及材料的回收和循环利用。从性能上来讲,对比例1的稳态蠕变速率高于本发明的部分合金,同时其抗拉强度低于本发明中的大部分合金,延伸率也低于本发明中的部分合金,可见本发明合金的加工性能优于对比例1。
对比例2、与采用常规挤压方法制备的Zn-Li-Cr合金对比
采用常规挤压方法制备的Zn-Li-Cr合金的制备工艺如下:采用中频炉非真空熔炼,石墨坩埚,使用谷壳覆盖熔炼,按Li的质量百分含量为5.0wt.%、余量为锌的比例称重并熔炼制备Zn-5wt.%Li中间合金,将计算好质量的Zn-5wt.%Li中间合金与锌、铬混合融化中频炉非真空熔炼,温度为550℃,浇铸后得到Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr铸锭,检测合格,车皮,得到的Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr锌合金铸锭。随后,采用普通的热挤压工艺制备Zn-0.1wt.%Li-0.1wt.%Cr合金棒材。把预先准备好的挤压锭在350℃热挤压为直径10mm的棒材,挤压速率1mm/s,随后在空气中冷却。
按照本发明新型热挤压-温挤压工艺制备的抗蠕变锌合金与对比例2的相同成分、采用传统热挤压工艺制备的锌合金的蠕变抗性和力学性能对比,分别如图17、图18所示。可以看出,采用传统工艺制备的锌合金在蠕变抗性、强度和塑性方面均不及本发明的抗蠕变锌合金,这充分说明这种新型热挤压-温挤压工艺对于制备抗蠕变锌合金的重要意义。
以上所述仅为本发明的实施例,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种Zn-Li系抗蠕变锌合金,其特征在于:合金的主元素为锌,合金化元素为锂和X,所述X为钛或铬;以质量百分比计,锂的质量百分数为>0~1.0wt.%,X的质量百分数为>0~1.0wt.%,余量为锌。
2.根据权利要求1所述的Zn-Li系抗蠕变锌合金,其特征在于:锂的质量百分数为>0~0.1wt.%,X的质量百分数为>0~0.4wt.%,余量为锌。
3.一种权利要求1或2所述的Zn-Li系抗蠕变锌合金的制备方法,其特征在于包括下述步骤:
(1)将锌和锂在500~600℃下混合熔炼,静置,浇铸,得到中间合金Zn-5.0wt.%Li;
(2)在稻谷壳覆盖下,将所述中间合金Zn-5.0wt.%Li进行融化,按合金元素质量百分比加入锌和X,所述X为钛或铬,混合熔炼,静置,浇铸,冷却,得到铸锭,再进行新型热挤压-温挤压变形,得到Zn-Li系抗蠕变锌合金。
4.根据权利要求3所述的Zn-Li系抗蠕变锌合金的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述新型热挤压-温挤压变形,是先在300~350℃通过三道次将铸锭热挤压为直径30~35mm的棒材,挤压比在1.8:1~1.3:1之间,挤压速度为0.1~0.5mm/s;然后在冷水中淬火,在100~150℃退火10~60分钟;再在100~150℃下一道次挤压至棒材直径为8~12mm,挤压比在19:1~6:1之间,挤压速度为0.5~1.0mm/s,挤压后的试样在空气中冷却。
5.根据权利要求3所述的Zn-Li系抗蠕变锌合金的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,在进行热挤压-温挤压之前,对铸锭进行均匀化处理。
6.根据权利要求5所述的Zn-Li系抗蠕变锌合金的制备方法,其特征在于:所述均匀化处理的温度为200℃~400℃,处理时间12~48h;所述均匀化处理后进行水淬、油淬或空冷。
7.一种权利要求1或2所述的Zn-Li系抗蠕变锌合金的应用,其特征在于:是用于制备建筑材料、汽车零件、仪器仪表零件。
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