[发明专利]高强韧锌合金棒材/线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种高强韧锌合金棒材/线材及其制备方法。

背景技术

随着社会发展和经济进步，铜及铜合金的应用越来越广泛。然而，随着铜资源的开采与消耗，导致其价格不断攀升。所以寻找新型铜及其合金的替代材料以满足现代工业和社会发展的需求越来越迫切。锌及锌合金具有优越的抗摩擦性能、高阻尼性、适宜的力学性能、熔点低且熔体流动性好等特点，使得锌和锌合金成为优良的铜合金替代材料。目前，锌基合金主要包括Zn-Al和Zn-Cu系。其中，Zn-Al(-Cu-Mg)合金以其良好的力学性能、耐磨性和耐蚀性，作为铜及铜合金代用品方面受到广泛关注，可作为中、低速中温重载轴承、轴瓦、轴套等耐磨零部件替代黄铜。但是Zn-Al(-Cu-Mg)合金由于合金元素的添加，容易发生点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀，表现出力学性能下降、尺寸不稳定等现象，进而老化失效。而Zn-Cu-Ti合金尽管具有优异的抗蠕变性能，但其变形态Zn-Cu-Ti合金的抗拉强度为250～350MPa，仅达到黄铜软态的水平，导致其应用范围有限。

因此，开发新型不含铜的锌合金体系，以替代价格昂贵的铜合金，从而进一步扩大其应用范围，具有显著的实际意义和价值。本发明公开了一种新型不含铜的高强韧锌合金体系及其制备工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供高强韧锌合金棒材/线材及其制备方法，通过原料熔铸、均匀化处理、反向热挤压、室温拉拔和中间退火处理获得不同外形尺寸、力学性能优异的高强度、韧性好的棒材、线材。

本发明的高强韧锌合金棒材/线材，组分按质量百分比为：Mn：0.5～2％，Mg：0.05～1％，不可避免杂质≤0.3％，余量为Zn；其中，高强韧锌合金棒材的直径为5～12mm；高强韧锌合金线材的直径为0.05～3mm。

本发明的高强韧锌合金棒材，抗拉强度为300～450MPa，拉伸屈服强度为280～420MPa，延伸率15～30％；本发明的高强韧锌合金棒材，中性盐雾试验增重法测得其腐蚀速率为1.2～6.4g/m²/day。

本发明的高强韧锌合金线材，抗拉强度为380～520MPa，拉伸屈服强度为350～490MPa，延伸率10～25％。

本发明的高强韧锌合金棒材/线材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，熔铸：

(1)配料：按高强韧锌合金的质量百分比，称量配料；

(2)将纯金属锌加热至530～560℃，熔化后依次加入金属镁和金属锰，待全部金属熔化后，搅拌至混合均匀，获得锌合金熔体；

(3)将锌合金熔体温度降至460～490℃，向锌合金熔体中加入六氯乙烷，六氯乙烷的加入量为熔体质量的0.3～0.5％，之后在460～490℃保温静置15～25min；

(4)将锌合金熔体温度降至430～470℃，进行浇铸，浇铸过程中模具通水冷却，获得直径为40～60mm的圆柱形铸锭；

步骤2，均匀化处理：

(1)将铸锭，在300～330℃保温2～4小时；

(2)随炉升温至350～380℃保温1～3小时；

(3)水冷至室温；

步骤3，反向热挤压：

(1)将铸锭加工成挤压尺寸的锭坯，在140～310℃保温30～50min；

(2)将锭坯，在140～310℃进行反向热挤压，其中，挤压比16～64；

(3)空冷至室温，获得高强韧锌合金棒材；

步骤4，室温拉拔和中间退火：

将锌合金棒材，通过室温拉拔-中间退火工艺制备线材，单道次变形量为5～15％，每次室温拉拔的累计变形量达到40～70％时进行一次退火；当室温拉拔的总累计变形量大于等于90％时，进行最后一次退火；之后空冷到室温，获得高强韧锌合金线材，其中，退火温度为90～260℃，退火时间为30～50min。

其中：

上述的步骤1(3)中，利用石墨钟罩向熔体中加入六氯乙烷；所述步骤1中，采用的加热设备为电阻炉。

本发明高强韧锌合金棒材/线材及其制备方法，与现有技术相比，优点在于：