專利名稱：一種能提高多元鋅鋁合金綜合力學(xué)性能的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋅鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種能提高多元鋅鋁合金綜合力學(xué)性能的工藝方法。
背景技術(shù)：
鋁鋅合金的應(yīng)用開發(fā)是20世紀(jì)80、90年代，是金屬材料研究領(lǐng)域的熱點之一。這是因為作為銅、錫及其合金的代用材料，鋁鋅合金具有抗拉強度和硬度高，阻尼性好，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，摩擦溫升低，材料與制造成本·低廉等優(yōu)點。但是，鋁鋅合金也有塑韌性差，尺寸穩(wěn)定性低，工作溫度低，抗蠕變能力差，耐蝕性差等缺點。多年來，人們?yōu)榭朔@些缺點以便擴大其應(yīng)用范圍進行了不懈的努力。在改進鋁鋅合金組織和性能方面，采用加入合金元素、凝固時施加振動場等手段直接控制合金凝固過程，在改善合金組織和性能方面取得了比較理想的效果，其主要表現(xiàn)在細(xì)化合金組織，提高致密度，從而提高了合金力學(xué)性能及其均勻性。本發(fā)明開發(fā)出一種能提高綜合力學(xué)性能的多元鋅鋁合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)出一種能提高綜合力學(xué)性能的多元鋅鋁合金，其特征為以工業(yè)鋁錠AOO號、鋅錠0號、電解銅、復(fù)合變質(zhì)劑(其中Ni20-30%, Ti 15-25%,Mn5-15%, Cr5-15%,Si5-10%, Ce5-10%, La5-10%, Yl-6%, Nbl-6%, Vl_6%、余為鋁)、純鎂為原料。成分按重量百分比計算，按A127-29 %、Cu2-2. 5 % (以含銅50 %的鋁銅中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0. 2-1. 2%, MgO. 01-0. 02%、余量是Zn的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為先加入鋁錠、鋅錠、鋁銅中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至600 650°C時保溫6min-8min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0. 2%的脫水ZnCl2進行精煉，精煉時用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為560°C _580°C時準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為采用普通金屬型和金屬型振動鑄造方法，金屬型振動鑄造的振幅為20-35mm，頻率為80-120次/分，將熔煉好的鋅鋁合金澆鑄到普通金屬型上和帶有振動的金屬型上，澆鑄成尺寸為O50mm，長300mm的園棒狀毛坯，根據(jù)加入復(fù)合變質(zhì)劑的不同，澆鑄出七組復(fù)合變質(zhì)劑不同含量的多元鋅鋁合金毛坯，其復(fù)合變質(zhì)劑加入量分別為0%,0. 2%,0. 4%,0. 6%,0. 8%U. 0%U. 2%,然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒。室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。圖I為不同工藝下鋅鋁合金試樣的顯微組織圖。圖1(a)為普通鑄造的鋅鋁合金(ZA27)顯微組織，其組織粗大、疏松，枝晶發(fā)達(dá)，枝晶臂間距大，圖1(b)是圖1(a)放大圖。圖I (C)為添加復(fù)合變質(zhì)劑后鋅鋁合金顯微組織，圖I (d)是圖I (C)放大圖。比較圖I (a)，發(fā)現(xiàn)粗大的樹枝晶大大減少，二次枝晶臂間距減小且數(shù)量顯著減少，合金晶粒明顯細(xì)化，晶粒尺寸變小，a相由發(fā)達(dá)的樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊畹募?xì)小等軸晶，如圖1(c)所示，非平衡凝固共晶體數(shù)量也明顯減少了，并且變的均勻細(xì)小。e相細(xì)小、彌散且較均勻地分布于組織之中，因而提高了合金的強韌性。復(fù)合變質(zhì)劑加入合金后，由于它彌散分布在晶粒生長前沿，影響了晶粒長大速度，并在招液中形成大量的Al3Ti、Al3Ni固相質(zhì)點，當(dāng)還未開始凝固時，這些Al3Ti、Al3Ni質(zhì)點就已析出，為鋅鋁合金提供了外來晶核，增大了合金的形核率，因而合金的晶粒得到了細(xì)化。因為Al3Ti、Al3Ni細(xì)小且彌散分布，對基體的割裂作用小，有效地阻礙了基體的變形和晶界移動，在常溫下晶界對位錯運動構(gòu)成強烈地障礙，從而使合金的強度提高。由于晶粒細(xì)化，晶界的液態(tài)合金在凝固過程中容易得到補充，顯微縮松降低，也減少了低熔點元素在晶界的偏聚，晶界上鐵相等雜質(zhì)分布的均化，將會使合金的塑性和韌性指標(biāo)明顯提高。晶粒越細(xì)，晶界的面積越多，強度越高，鋅鋁合金性能得以改善。圖1(e)為振動及加入復(fù)合變質(zhì)劑共同作用下的鋅鋁合金顯微組織，圖1(f)是圖1(e)放大圖。通過圖1(e)可以發(fā)現(xiàn)鋅鋁合金組織更加細(xì)化，二次枝晶已很少，晶粒變得更加細(xì)小均勻，且趨于圓整，共晶組織增多。在鋅鋁合金凝固時施加振動，一方面振動使合金液各部分之間產(chǎn)生相對滑移，各部分之間的速度差產(chǎn)生粘性剪切，可使浮游于液體中的a枝晶被剪切破碎，成為新的晶核；另外一方面，振動使液體內(nèi)部產(chǎn)生空化作用，生成正壓波，增大微區(qū)的局部壓力，提高合金熔點，使合金結(jié)晶的實際過冷度增加，增大形核率；第三方面，振動使合金 液的對流加劇，促使了液-固界面處枝晶的熔斷，型壁晶體的脫落以及其后的晶體增殖。同時，液體對流加劇，提高了合金液的導(dǎo)熱能力，增加了冷速，使已形成的枝晶來不及長大，合金液對流增強了液態(tài)金屬中溶質(zhì)元素擴散均勻的能力，促進了枝晶間液相成分的均勻性。所以振動也使鋅鋁合金顯微組織得到明顯改善。


圖I鋅鋁合金的鑄態(tài)顯微組織(a, b) ZA27合金普通鑄造，(c，d)加入復(fù)合變質(zhì)劑的多元鋅鋁合金，(e, f)振動及加入復(fù)合變質(zhì)劑的多元鋅鋁合金
具體實施例方式實施例I以工業(yè)鋁錠AOO號、鋅錠0號、電解銅、復(fù)合變質(zhì)劑(其中Ni20-30%、Til5-25%、Mn5-15%、Cr5-15%、Si5-10%、Ce5-10%、La5-10%、Yl-6%、Nbl-6%、Vl-6%、余為鋁)、純鎂為原料。成分按重量百分比計算，按A128%、CU2.3% (以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0. 6%、MgO. 015%、余量是Zn的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為先加入鋁錠、鋅錠、鋁銅中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至600 650°C時保溫6min-8min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0. 2%的脫水ZnCl2進行精煉，精煉時用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為560°C _580°C時準(zhǔn)備澆注。采用普通金屬型鑄造方法，將熔煉好的鋅鋁合金澆鑄到金屬型上，澆鑄成尺寸為O 50mm，長300mm的園棒狀毛坯，然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒。室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。加入
0.6%復(fù)合變質(zhì)劑后，多元鋅鋁合金抗拉強度為441MPa，伸長率達(dá)到6. 1%，硬度為152HB。金相組織如圖I (c，d)所示。實施例2
以工業(yè)鋁錠AOO號、鋅錠0號、電解銅、復(fù)合變質(zhì)劑(其中Ni20-30%、Til5-25%、Mn5-15%、Cr5-15%、Si5-10%、Ce5-10%、La5-10%、Yl-6%、Nbl-6%、Vl-6%、余為鋁)、純鎂為原料。成分按重量百分比計算，按A128%、CU2.3% (以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0. 6%、MgO. 015%、余量是Zn的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為先加入鋁錠、鋅錠、鋁銅中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至600 650°C時保溫6min-8min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0. 2%的脫水ZnCl2進行精煉，精煉時用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為560°C _580°C時準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為采用金屬型振動鑄造方法，振幅為20-35mm，頻率為80-120次/分，將熔煉好的鋅鋁合金澆鑄到帶有振動的金屬型上，澆鑄成尺寸為O50mm，長300mm的園棒狀毛坯，然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒。室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。在加入0. 6%復(fù)合變質(zhì)劑后再采用振動的方法，多元鋅鋁合金抗拉強度為460MPa，伸長率達(dá)到7. 5%，硬度為153HB。金相組織如圖I (e，f)所示。 對比例以工業(yè)鋁錠AOO號、鋅錠0號、電解銅、純鎂為原料。成分按重量百分比計算，按A128%,Cu2. 3% (以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、MgO. 015%、余量是Zn的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為先加入鋁錠、鋅錠、鋁銅中間合金，待材料全部熔化后，升溫至600 650°C時保溫6min-8min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0. 2%的脫水ZnCl2進行精煉，精煉時用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為560°C-580°C時準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為采用普通金屬型鑄造方法，將熔煉好的鋅鋁合金澆鑄到金屬型上，澆鑄成尺寸為O 50mm，長300mm的園棒狀毛坯，然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒。室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。普通鋅鋁合金(ZA27)力學(xué)性能是，抗拉強度為421MPa，伸長率達(dá)到4.8%，硬度為138HB。金相組織如圖l(a，b)所示。
權(quán)利要求
1.一種能提高綜合力學(xué)性能的多元鋅鋁合金，其特征為以工業(yè)鋁錠AOO號，鋅錠0 號，電解銅，復(fù)合變質(zhì)劑，其中 Ni20-30%, Til5-25%, Mn5-15%, Cr5-15%, Si5-10%,Ce5-10%, La5-10%, Yl-6%, Nbl-6%, Vl-6%、余為鋁，純鎂為原料；成分按重量百分比計算，按 A127-29%、Cu2-2. 5%、復(fù)合變質(zhì)劑 0. 2-1. 2%, MgO. 01-0. 02%、余量是 Zn 的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉；熔煉工藝為先加入鋁錠、鋅錠、含銅50%的鋁銅中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至600 650°C時保溫6min-8min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0. 2 %的脫水ZnC12進行精煉，精煉時用鐘罩將脫水ZnC12壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為5600C -580°C時準(zhǔn)備澆注；鑄造工藝為采用普通金屬型和金屬型振動鑄造方法，金屬型振動鑄造的振幅為20-35mm，頻率為80-120次/分，將熔煉好的鋅鋁合金澆鑄到普通金屬型上和帶有振動的金屬型上,澆鑄成尺寸為O 50mm，長300mm的園棒狀毛坯，根據(jù)加入復(fù)合變質(zhì)劑的不同，澆鑄出七組復(fù)合變質(zhì)劑不同含量的多元鋅鋁合金毛坯，其復(fù)合變質(zhì)劑加入量分別為0%,0. 2%,0. 4%,0. 6%,0. 8%,1.0%,1. 2%，然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒；室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種能提高綜合力學(xué)性能的多元鋅鋁合金，加入0.6%復(fù)合變質(zhì)劑后，多元鋅鋁合金抗拉強度為441MPa，伸長率達(dá)到6. 1%，硬度為152HB ;金相組織中二次枝晶臂間距減小且數(shù)量顯著減少，合金晶粒明顯細(xì)化，晶粒尺寸變小，a相由發(fā)達(dá)的樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榛ò隊畹募?xì)小等軸晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種能提高綜合力學(xué)性能的多元鋅鋁合金，在加入0.6%復(fù)合變質(zhì)劑后再采用振動的方法，多元鋅鋁合金抗拉強度為460MPa，伸長率達(dá)到7. 5%，硬度為153HB ;金相組織更加細(xì)化，二次枝晶已很少，晶粒變得更加細(xì)小均勻，且趨于圓整。
全文摘要
一種能提高綜合力學(xué)性能的多元鋅鋁合金，屬于鋅鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，其特征為以工業(yè)鋁錠A00號、鋅錠0號、電解銅、復(fù)合變質(zhì)劑(其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余為鋁)、純鎂為原料。成分按重量百分比計算，按Al27-29％、Cu2-2.5％(以含銅50％的鋁銅中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0.2-1.2％、Mg0.01-0.02％、余量是Zn的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。采用普通金屬型和金屬型振動鑄造方法，澆鑄園棒狀毛坯，加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒進行力學(xué)性能測試。
文檔編號C22C30/06GK102719704SQ20121021075
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者劉光磊, 司松海, 李曉薇, 楊嵩, 陸松華 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司