一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑及其變質(zhì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及火炬3號鋅合金，特指一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑及其變質(zhì)方法。采用低熔點母合金稀釋高熔點鋁鍶合金，即將高熔點的鋁鍶中間合金加入到3號壓鑄鋅合金液中進(jìn)行稀釋處理，制備出適合于壓鑄鋅合金變質(zhì)處理的低熔點鋅鋁鍶長效變質(zhì)劑；采用高溫變質(zhì)+低溫壓鑄的生產(chǎn)工藝，即在較高的熔煉溫度下向鋅合金液中加入一定量的鋅鋁鍶中間合金進(jìn)行變質(zhì)處理、適當(dāng)降溫后進(jìn)行鋅合金的壓鑄的生產(chǎn)工藝，制備具有較高綜合力學(xué)性能的壓鑄鋅合金產(chǎn)品。
【專利說明】一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑及其變質(zhì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火炬3號鋅合金，特指一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑及其變質(zhì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓鑄鋅合金和其它有色金屬合金相比有明顯的優(yōu)勢:材料價廉、熔點低、耗能少、流動性及成型性好、具有良好的力學(xué)性能和耐磨耐蝕性能、減振降噪性能，具有極限抗拉強(qiáng)度高、承載性好和熔化與壓鑄時不吸鐵的特點，適宜制造優(yōu)質(zhì)壓鑄產(chǎn)品；因此，壓鑄鋅合金，特別是3號鋅合金正越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]但是，國內(nèi)的壓鑄鋅合金的質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家相比存在著很大的差距，比如鋅合金中的雜質(zhì)含量過高，而且成分和品質(zhì)很不穩(wěn)定，合金力學(xué)性能偏低；目前，我國高品位的鋅合金還需大量進(jìn)口，特別是對于3號鋅合金的需求量非常大，目前在國際市場上，由澳大利亞太平洋金屬礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的“澳洲三號(EZDA3)鋅合金居于領(lǐng)先地位，“澳洲三號”的抗拉強(qiáng)度和伸長率明顯高于國內(nèi)生產(chǎn)的3號鋅合金；因此，很有必要通過一定的技術(shù)手段改良國產(chǎn)壓鑄鋅合金，以獲得更好和更穩(wěn)定的機(jī)械性能，以便減少優(yōu)質(zhì)鋅合金的進(jìn)口。
[0004]國內(nèi)對壓鑄鋅合金的改良研究取得過一定的成果，但研究工作主要集中于高鋁鋅合金的微合金化和變質(zhì)處理等；目前，采用含鈦、鋯和鈰的變質(zhì)劑對鋅合金進(jìn)行變質(zhì)處理是主流，也取得了一定的效果；有一些對壓鑄鋅合金進(jìn)行微合金化和變質(zhì)處理的研究報道；如:貴州科學(xué)院興科合金研究開發(fā)中心的薛濤和古文全等人在壓鑄鋅合金中加人適量的稀土，能有效地阻止η-Ζη相樹枝狀晶的長大、優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、細(xì)化晶粒和清除晶粒邊界雜質(zhì)，使壓鑄鋅合金的抗拉強(qiáng)度和硬度提高10%以上；王建華等人基于國產(chǎn)ΖΖηΑ14Υ鋅鋁合金進(jìn)行了一系列的試驗研究工作，采用S1、Mn、B、Ti和稀土等對ΖΖηΑ14Υ壓鑄鋅合金進(jìn)行微合金化處理，能不同程度地細(xì)化合金的顯微組織、提高合金的力學(xué)性能；沈陽航空工業(yè)學(xué)院的李秀華等發(fā)現(xiàn)在壓鑄條件下，富鈰稀土和鍶聯(lián)合作用能細(xì)化鋅合金的晶粒組織，抑止雜質(zhì)元素的有害影響，提高其力學(xué)性能；該文獻(xiàn)報道Sr和稀土以中間合金形式加入到鋅合金中，鋅合金的熔煉工藝為:首先將坩堝加熱到暗紅色，放入鋁錠和鋁銅中間合金，待鋁錠全部熔化后，升溫至750°C左右，分批加入鋅塊，待鋅塊全部熔化后，進(jìn)行扒渣，并加入鎂和稀土中間合金或Al-Sr中間合金，最后攪拌均勻，降溫至40(T 450°C壓鑄。該工藝方法的缺點是直接將55Ce -20La _15Pr混合稀土和Al-Sr中間合金加入到鋅合金液中進(jìn)行變質(zhì)處理，采用了很高的合金熔煉溫度(750°C左右)，這樣勢必會造成浪費能源，且稀土和Sr的燒損較大，元素吸收率低，從而影響變質(zhì)效果；因此，開發(fā)適合于壓鑄鋅合金生產(chǎn)的低熔點變質(zhì)劑勢在必行。 [0005]蘇旭平最近公開了“一種Al-RE合金變質(zhì)鋅合金的方法”專利(201410066133.9)，該變質(zhì)劑的制備及變質(zhì)處理工藝為:先將火炬3號鋅合金和Al-RE合金混合物備好，將溫度升高到620°C，60分鐘后，均勻攪拌；保溫15-25分鐘后，澆鑄出爐，出爐溫度600°C，制備得到中間變質(zhì)合金(Al-RE合金);采用該中間合金對鋅合金進(jìn)行變質(zhì)處理時，將中間變質(zhì)合金與計算好配比的火炬3號鋅合金備好，將爐溫調(diào)整440°C，加入火炬3號鋅合金進(jìn)行熔煉，30-50分鐘；溫度仍然保持在440°C，加入火炬3號鋅合金-Al-RE中間合金，25-35分鐘。溫度調(diào)整430°C，保溫15-25分鐘，然后進(jìn)行壓鑄；該工藝方法的缺點是:在制備中間合金時，其工藝是將火炬3號鋅合金和Al-RE合金混合物在620°C下同時進(jìn)行加熱和保溫熔煉，稀土元素的燒損較大；此外，對鋅合金的變質(zhì)處理是在較低的溫度(440°C)下進(jìn)行，變質(zhì)劑難以快速溶解到鋅合金液中，影響了鋅合金的變質(zhì)效果。
[0006]當(dāng)前，國內(nèi)3號鋅合金的變質(zhì)處理及3號鋅合金產(chǎn)品質(zhì)量存在以下問題:
1.國產(chǎn)3號壓鑄鋅合金的力學(xué)性能不太穩(wěn)定，不同用戶對國產(chǎn)合金的評價有所不同。
[0007]2.國產(chǎn)3號鋅合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率明顯低于“澳洲三號”鋅合金。
[0008]3.壓鑄鋅合金缺少專用的變質(zhì)劑，工業(yè)上應(yīng)用的變質(zhì)劑都是借用鋁合金的變質(zhì)劑，變質(zhì)劑的熔點較高，變質(zhì)效果欠佳。
[0009]4.已有的變質(zhì)劑缺少長效性，存在孕育衰退的問題。
[0010]為了克服已有鋅合金變質(zhì)劑的制備與變質(zhì)處理過程中存在的技術(shù)和質(zhì)量問題，開發(fā)出適合于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑，提高國產(chǎn)3號鋅合金的力學(xué)性能，增加合金力學(xué)性能的穩(wěn)定性，本發(fā)明給出了“一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑及其變質(zhì)方法”，即:采用溶解稀釋法制備低熔點含鍶長效變質(zhì)劑，并采用高溫變質(zhì)和低溫壓鑄的工藝方法制備壓鑄鋅
I=1-Wl O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的主要是通過溶解稀釋法制備一種適合于壓鑄鋅合金變質(zhì)處理的低熔點含鍶鋅鋁鍶長效變質(zhì)劑，采用高溫變質(zhì)加降溫壓鑄的工藝方法制備綜合力學(xué)性能較好的壓鑄鋅合金產(chǎn)品。
[0012]一種用于壓鑄鋅合金的低熔點含鍶長效變質(zhì)劑，包括下述步驟:
1、鋅鋁鍶中間合金的制備工藝
首先將3號鋅合金放入石墨坩堝中在井式電爐中進(jìn)行加熱和熔煉，熔煉溫度為600°C，然后將Al-1OSr中間合 金逐步加入鋅合金液中進(jìn)行溶解和熔化，最終保證Al-1OSr中間合金重量與3號鋅合金的重量比為1: 4，待所需的Al-1OSr中間合金完全溶入鋅合金液后對其進(jìn)行機(jī)械攪拌以使合金液成分均勻，然后澆鑄到鑄錠模中，得到本發(fā)明的低熔點含鍶長效鋅合金變質(zhì)劑。
[0013]所述機(jī)械攪拌的時間為2min。
[0014]所述鑄錠模的內(nèi)腔直徑為40毫米。
[0015]圖1為鋅鋁鍶中間合金的顯微組織，合金組織中有大量的Al7Sr8相和少量的SrZn相；Al7Sr8相和SrZn相在鋅合金的變質(zhì)處理過程中將起到異質(zhì)核心的作用，從而細(xì)化鋅合金的晶粒組織。
[0016]2、鋅合金的變質(zhì)處理及其壓鑄工藝
在40噸熱壓室壓鑄機(jī)上進(jìn)行三號鋅合金力學(xué)性能試樣的壓鑄實驗，在鑄鐵坩堝中裝入200公斤的三號鋅合金；為了使鋅鋁鍶變質(zhì)劑能夠充分溶解到鋅合金液體中、以增強(qiáng)變質(zhì)效果，首先將鋅合金在470-490°C進(jìn)行熔化和保溫，然后向熔池中加入鋅鋁鍶變質(zhì)劑進(jìn)行高溫變質(zhì)處理，加入量為三號鋅合金質(zhì)量的1.5-4.5 wt %，開動攪拌器，待變質(zhì)劑完全熔化(溶解)后，開始試壓鑄50-80模，以便利用合金液凝固時散發(fā)的熱量將壓鑄模具型腔預(yù)熱到145-155?，同時將壓鑄后的試樣及連接試樣的澆冒口投入到鋅合金熔池中，將熔池溫度調(diào)整到正常的壓鑄溫度范圍(420-430°C)進(jìn)行低溫壓鑄；在正常的壓鑄實驗過程中，鋅合金液的溫度控制在42(T430°C (將名義溫度設(shè)定在425°C)，壓鑄速度控制為每小時200模，每間隔20分鐘取一批(三根)拉伸試樣以進(jìn)行力學(xué)性能測試；在后續(xù)的壓鑄過程中，每8-10分鐘將多余的試棒和澆冒口返回到熔池中，不再添加新的合金料和變質(zhì)劑，主要目的是:一是保證熔池中鋅合金液有一定的高度，以便進(jìn)行長時間的壓鑄實驗，二是考察該鋅鋁鍶變質(zhì)劑的長效性，在萬能拉伸試驗機(jī)上測試壓鑄鋅合金的力學(xué)性能，同時將變質(zhì)處理鋅合金的力學(xué)性能與未變質(zhì)的鋅合金進(jìn)行對比。
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案與目前現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案相比，本專利的變質(zhì)劑的制備和壓鑄鋅合金的變質(zhì)處理有如下特點:
I)鋅鋁鍶合金的熔點較低，變質(zhì)具有長效性。 [0018]采用低熔點母合金稀釋高熔點鋁鍶合金，制備出適合于壓鑄鋅合金變質(zhì)處理的低熔點鋅鋁鍶長效變質(zhì)劑；由于含有具有長效變質(zhì)元素鍶，對鋅合金的變質(zhì)效果具有長效性。
[0019]2)特殊的“高溫變質(zhì)+低溫壓鑄”生產(chǎn)工藝。
[0020]在較高的熔煉溫度下向鋅合金液中加入一定量的鋅鋁鍶中間合金進(jìn)行變質(zhì)處理、適當(dāng)降溫后進(jìn)行鋅合金的壓鑄的生產(chǎn)工藝，制備具有較高綜合力學(xué)性能的壓鑄鋅合金產(chǎn)品O
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為鋅鋁鍶中間合金的顯微組織。
[0022]圖2為壓鑄鋅合金拉伸試樣尺寸。
【具體實施方式】
[0023]實施案例一
1、鋅鋁鍶中間合金的制備
首先將5公斤3號鋅合金放入石墨坩堝中在井式電爐中進(jìn)行加熱和熔煉，熔煉溫度為600°C，然后將1.25公斤Al-1OSr中間合金加入鋅合金液中進(jìn)行熔化，保證Al-1OSr中間合金重量與3號鋅合金的重量比為1:4，待中間合金完全熔清以后對合金液進(jìn)行均勻攪拌2分鐘，然后澆鑄到內(nèi)腔直徑為40毫米鑄錠模中，得到本發(fā)明的低熔點含鍶長效鋅合金變質(zhì)劑；圖1為鋅鋁鍶中間合金的顯微組織。
[0024]2、鋅合金的變質(zhì)處理與壓鑄
在40噸熱壓室壓鑄機(jī)上進(jìn)行3號鋅合金力學(xué)性能試樣的壓鑄實驗，熔池裝料為200公斤；為了使鋅鋁鍶變質(zhì)劑能夠充分溶解到鋅合金液體中、以增強(qiáng)變質(zhì)效果，首先將鋅合金在470°C進(jìn)行熔化和保溫，然后加入1.5wt.%鋅鋁鍶變質(zhì)劑，開動攪拌器，待變質(zhì)劑完全熔化(溶解)后，開始試壓鑄50模，以便利用合金液凝固時散發(fā)的熱量將壓鑄模具型腔預(yù)熱到145°C ;同時將壓鑄后的試樣及連接試樣的澆冒口投入到鋅合金熔池中，將熔池溫度調(diào)整到正常的壓鑄溫度420進(jìn)行低溫壓鑄；壓鑄實驗過程中，鋅合金液的溫度控制在420°C，壓鑄速度為每小時200模，每間隔20分鐘取三根拉伸試樣以進(jìn)行力學(xué)性能測試；在后續(xù)的壓鑄過程中，將壓鑄后的試棒和澆冒口每8-10分鐘返回到熔池中，不再加新料，整個實驗持續(xù)6個小時。
[0025]3、變質(zhì)壓鑄鋅合金的力學(xué)性能
拉伸試樣采用標(biāo)準(zhǔn)試樣(GB-228)，圖2為壓鑄鋅合金拉伸試樣尺寸；3號鋅合金經(jīng)過1.5wt.%的鋅鋁鍶合金變質(zhì)處理120分鐘后壓鑄取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，室溫抗拉強(qiáng)度和伸長率分別為310MPa和3.0 %，比未變質(zhì)的3號鋅合金的抗拉強(qiáng)度(278MPa)和伸長率(2.6%)分別提高 11.5% 和 15.4%ο
[0026]實施案例二
1、鋅鋁鍶中間合金的制備 鋅鋁鍶中間合金的制備方法同實施案例一。
[0027]2、鋅合金的變質(zhì)處理與壓鑄
在40噸熱壓室壓鑄機(jī)上進(jìn)行3號鋅合金力學(xué)性能試樣的壓鑄實驗，熔池裝料為200公斤；為了使鋅鋁鍶變質(zhì)劑能夠充分溶解到鋅合金液體中、以增強(qiáng)變質(zhì)效果，首先將鋅合金在490°C進(jìn)行熔化和保溫，然后加入3.0wt.%鋅鋁鍶變質(zhì)劑，開動攪拌器，待變質(zhì)劑完全熔化(溶解)后，開始試壓鑄80模，以便利用合金液凝固時散發(fā)的熱量將壓鑄模具型腔預(yù)熱到155°C ;同時將壓鑄后的試樣及連接試樣的澆冒口投入到鋅合金熔池中，將熔池溫度調(diào)整到正常的壓鑄溫度430 V進(jìn)行低溫壓鑄；壓鑄實驗過程中，鋅合金液的溫度控制在430 V，壓鑄速度為每小時200模，每間隔20分鐘取三根拉伸試樣以進(jìn)行力學(xué)性能測試；在后續(xù)的壓鑄過程中，將壓鑄 后的試棒和澆冒口每8-10分鐘返回到熔池中，不再加新料，整個實驗持續(xù)6個小時。
[0028]3、變質(zhì)壓鑄鋅合金的力學(xué)性能
3號鋅合金經(jīng)過3.0wt.%的鋅鋁鍶合金變質(zhì)處理180分鐘后壓鑄取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，室溫抗拉強(qiáng)度和伸長率分別為308MPa和3.1 %，比未變質(zhì)的3號鋅合金的抗拉強(qiáng)度(278MPa)和伸長率(2.6%)分別提高10.8%和19.2%。
[0029]實施案例三
1、鋅鋁鍶中間合金的制備 鋅鋁鍶中間合金的制備方法同實施案例一。
[0030]2、鋅合金的變質(zhì)處理與壓鑄
在40噸熱壓室壓鑄機(jī)上進(jìn)行3號鋅合金力學(xué)性能試樣的壓鑄實驗，熔池裝料為200公斤；為了使鋅鋁鍶變質(zhì)劑能夠充分溶解到鋅合金液體中、以增強(qiáng)變質(zhì)效果，首先將鋅合金在480°C進(jìn)行熔化和保溫，然后加入4.5wt.%鋅鋁鍶變質(zhì)劑，開動攪拌器，待變質(zhì)劑完全熔化(溶解)后，開始試壓鑄70模，以便利用合金液凝固時散發(fā)的熱量將壓鑄模具型腔預(yù)熱到150°C ;同時將壓鑄后的試樣及連接試樣的澆冒口投入到鋅合金熔池中，將熔池溫度調(diào)整到正常的壓鑄溫度425 V進(jìn)行低溫壓鑄；壓鑄實驗過程中，鋅合金液的溫度控制在425 °C，壓鑄速度為每小時200模，每間隔20分鐘取三根拉伸試樣以進(jìn)行力學(xué)性能測試；在后續(xù)的壓鑄過程中，將壓鑄后的試棒和澆冒口每8-10分鐘返回到熔池中，不再加新料，整個實驗持續(xù)6個小時。
[0031]3、變質(zhì)壓鑄鋅合金的力學(xué)性能
3號鋅合金經(jīng)過4.5wt.%的鋅鋁鍶合金變質(zhì)處理210分鐘后壓鑄取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，室 溫抗拉強(qiáng)度和伸長率分別為307MPa和3.0 %，比未變質(zhì)的3號鋅合金的抗拉強(qiáng)度(278MPa)和伸長率(2.6%)分別提高10.4%和15.4%。
【權(quán)利要求】
1.一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行:首先將3號鋅合金放入石墨坩堝中在井式電爐中進(jìn)行加熱和熔煉，熔煉溫度為600°C，然后將Al-1OSr中間合金逐步加入鋅合金液中進(jìn)行溶解和熔化，最終保證Al-1OSr中間合金重量與3號鋅合金的重量比為1: 4，待所需的Al-1OSr中間合金完全溶入鋅合金液后對其進(jìn)行機(jī)械攪拌以使合金液成分均勻，然后澆鑄到鑄錠模中，得到本發(fā)明的低熔點含鍶長效鋅合金變質(zhì)劑。
2.如權(quán)利要求1所述的一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑，其特征在于:所述機(jī)械攪拌的時間為2min。
3.如權(quán)利要求1所述的一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑，其特征在于:所述鑄錠模的內(nèi)腔直徑為40毫米。
4.使用如權(quán)利要求1所述的一種壓鑄鋅合金低熔點含鍶長效變質(zhì)劑對三號鋅合金進(jìn)行變質(zhì)和壓鑄的方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行:在熱壓室壓鑄機(jī)上進(jìn)行三號鋅合金力學(xué)性能試樣的壓鑄實驗，在鑄鐵坩堝中裝入三號鋅合金；為了使鋅鋁鍶變質(zhì)劑能夠充分溶解到鋅合金液體中、以增強(qiáng)變質(zhì)效果，首先將鋅合金在470-490°C進(jìn)行熔化和保溫，然后向熔池中加入鋅鋁鍶變質(zhì)劑進(jìn)行高溫變質(zhì)處理，加入量為三號鋅合金質(zhì)量的1.5-4.5 wt %，開動攪拌器，待變質(zhì)劑完全熔化(溶解)后，開始試壓鑄50-80模，以便利用合金液凝固時散發(fā)的熱量將壓鑄模具型腔預(yù)熱到145-155°C，同時將壓鑄后的試樣及連接試樣的澆冒口投入到鋅合金熔池中，將熔池溫度調(diào)整到正常的壓鑄溫度范圍420-430°C進(jìn)行低溫壓鑄；在正常的壓鑄實驗過程中，鋅合金液的溫度控制在42(T430°C，壓鑄速度控制為每小時200模，每間隔20分鐘取一批拉伸試樣以進(jìn)行力學(xué)性能測試；在后續(xù)的壓鑄過程中，每8-10分鐘將多余的試棒和澆冒口返回到熔池中，不再添加新的合金料和變質(zhì)劑，一是保證熔池中鋅合金液有一定的高度， 以便進(jìn)行長時間的壓鑄實驗，二是考察該鋅鋁鍶變質(zhì)劑的長效性，在萬能拉伸試驗機(jī)上測試壓鑄鋅合金的力學(xué)性能，同時將變質(zhì)處理鋅合金的力學(xué)性能與未變質(zhì)的鋅合金進(jìn)行對比。
5.如權(quán)利要求4所述的對三號鋅合金進(jìn)行變質(zhì)和壓鑄的方法，其特征在于:所述壓鑄溫度為425°C。
6.如權(quán)利要求4所述的對三號鋅合金進(jìn)行變質(zhì)和壓鑄的方法，其特征在于:所述一批拉伸試樣指三根拉伸試樣。
【文檔編號】B22D17/00GK103993193SQ201410190270
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】王建華, 高昂, 孫艷容, 張孝足, 陳堯, 唐威, 蘇旭平 申請人:常州大學(xué)