[发明专利]一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金

说明书

技术领域

本发明属于锌铝合金制备技术领域，特指一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金。

背景技术

锌铝铸造合金具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、密度较低、热导率和电导率适中、极限抗拉强度高、耐磨性好、承载性好、无磁性、碰撞时不产生火花、减振降噪性能和成本较低，正越来越广泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。锌铝合金以其低能耗、无污染、原材料丰富以及良好的力学性能、工艺性能和机械加工性能等一系列优点，已经成为广泛应用的合金材料。上世纪70年代后期又开发了ZA8和综合力学性能较好的锌铝合金。此后，在世界范围内，人们开始研究、开发锌铝合金，一些国家还将锌铝合金列入国家标准。我国对于高铝锌基合金的研究也比较早，许多科研院所和高等院校在20世纪70年代末，80年代初也开展了这方面的研究。现在，在综合机械性能和使用性能方面已达80年代国际上Zn-Al-Cu系列的先进水平，并已成功地用来做耐磨材料及制造模具等。尽管如此，我国和发达国家相比，在推广应用方面差距仍较大。我国富锌缺铜，以锌代铜符合国情，发展锌铝合金，使资源优势变为经济优势，在我国的现代化建设中有着重大的现实意义。

但是铝锌合金也存在以下问题，一是韧性较差：锌铝合金在一般重力铸造条件下，不发生共析转变，其非平衡组织由η+(η+α)组成，η、α分别为以锌、铝为基的固溶体，在室温下的α相实际上是含锌的过饱和固溶体，它随时间逐渐分解为富铝的α’相合富锌的η相。在分解过程中伴随有体积膨胀，在铸件内形成巨大的内应力，促进晶间腐蚀，塑性明显降低，使合金变脆，这种分解过程即自然时效过程，常称为“老化”。二是凝固组织的枝晶偏析严重：锌铝合金由于结晶温度范围宽，凝固过程中固、液相的成分变化大，故铸态组织的显微偏析极为严重。在枝晶间区域，铜不能再完全保持在固溶体内，而呈CuZn4相析出。枝晶偏析的直接后果是实际固相线下降，导致非平衡共晶组织的出现，锌铝的组织中枝晶出现共晶体。这种枝晶偏析及非平衡共晶组织可通过均匀热处理来消除。但如果枝晶间距过大，通过热处理来进行扩散以消除成分的不均匀性，难度也是颇大的，所以最好缩小枝晶间距或碎化枝晶。三是铸件的缩松倾向大，锌铝合金的结晶温度范围宽、偏析倾向大，缓冷时初生的富铝相枝晶由于比重偏析而上浮，富锌的液体则沉积到铸件底部，最后凝固。凝固末期，枝晶形成网络，残余液相由于能润湿枝晶而上升，流入枝晶间可以补偿收缩，从而出现底面缩松、缩孔。

材料的力学性能是材料在工程应用中首先要考虑的重要方面。铸造锌铝合金强度、塑性虽然较好，但还不能满足需要，这就限制了其应用范围。因此，采用新的手段和工艺方法来进一步提高它的力学性能，使其具有更广泛的应用领域是迫切需要解决的问题。

本发明开发出一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金。

发明内容

本发明开发出一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、复合变质剂(其中Ni20-30％、Ti15-25％、Mn5-15％、Cr5-15％、Si5-10％、Ce5-10％、La5-10％、Y1-6％、Nb1-6％、V1-6％、余为铝)、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al27-29％、Cu2-2.5％(以含铜50％的铝铜中间合金形式加入)、复合变质剂0-1.2％、Mg0.01-0.02％、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600～650℃时保温6min-8min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯，根据加入复合变质剂的不同，浇铸出七组复合变质剂不同含量的锌铝合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％，然后加工成国家标准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。