一種製備高性能壓鑄鋅合金的方法

2023-04-24 19:40:06 1

專利名稱：一種製備高性能壓鑄鋅合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備高性能壓鑄鋅合金的方法，使壓鑄鋅合金的力學性能得到大幅度提高，屬於合金生產技術(C22C合金)。
背景技術：
鋅是重要的有色金屬原材料，目前，鋅在有色金屬的消費中僅次於銅和鋁；金屬具有良好的壓延性、耐磨性和抗腐性，能與多種金屬製成物理與化學性能更加優良的合金；壓鑄鋅合金和其他有色金屬合金相比有明顯的優勢材料價廉、熔點低、耗能少、流動性及成型性好、具有良好的力學性能和耐磨耐蝕性能、減振降噪性能，具有極限抗拉強度高、承載性好和熔化與壓鑄時不吸鐵的特點，適宜製造優質壓鑄產品，因此壓鑄鋅合金正越來越廣
泛地應用於各個領域，並帶來顯著的經濟效益。國內對壓鑄鋅合金性能的研究取得過一定的成果，如湘潭大學的王先德等研究了元素Mn對ZZnA14Y鋅合金顯微組織和力學性能的影響，指出Mn加入量在某個範圍內時，可明顯提高鋅合金的綜合力學性能；瀋陽航空工業學院的李秀華等人在壓鑄鋅合金中加入適量的富Ce稀土，能優化壓鑄件的微觀組織、細化晶粒和清除晶粒邊界雜質，使壓鑄鋅合金的伸長率提高4. 8%以上；常州大學王建華等在ZZnA14Y鋅合金中加入稀土 0. 05wt. %鑭元素，使鋅鋁合金具有較好的綜合力學性能。但是國內的壓鑄鋅合金與其他各國相比存在著很大的差距，比如鋅合金中的雜質含量過高，而且成分和品質很不穩定，尤其是各項力學性能指標不高；目前我國的鋅合金還需大量進口，因此很有必要開發一種高性能的壓鑄鋅合金，以獲得更好和更穩定的機械性能，以便減少優質鋅合金的進口。

發明內容
本發明的目的是，提出了一種製備高性能壓鑄鋅合金的工藝方法，將它用於壓鑄鋅合金鑄造過程中，能顯著改善其各項力學性能指標。該方法可普遍應用於優質鋅合金的工業生產，製造出高品質的鋅合金產品。本發明的技術方案之一是，一種製備高性能壓鑄鋅合金的工藝方法
(1)預熱石墨坩堝至暗紅色，然後升溫至650°C-680°C完全熔化鋅合金；
(2)往熔體中加入不同含量Al-90wt%Cu合金粉，然後均勻攪拌；
(3)待溫度降至430°C_450°C時，靜置2_5分鐘後澆鑄。本發明的原理是加入的含量Al_90wt%Cu合金粉末在鋅熔體中有部分熔化，Cu元素固溶到n-Zn相、a-Al相和共晶組織中，起固溶強化作用，還有部分Cu和Zn形成e相(CuZn4相)，在合金中起第二相強化作用；另外部分沒有熔化的小顆粒粉末，同樣均勻分布在合金基體中，起到復相增強作用。Al-90wt%Cu合金粉的加入量範圍是2wt%_6wt%，壓鑄鋅合金的硬度和衝擊韌性隨著加入量的增加而增加；當Al-90wt%Cu合金粉的加入量超過6wt%時，壓鑄鋅合金的硬度和衝擊韌性開始降低；所述的Al-90wt%Cu合金粉是是天勤實業科技發展有限公司採用霧化制粉的方法得到，牌號為Titd-CuAl-3，粒度為100目。本發明的優點是固液混合鑄造的ZZnA14Y壓鑄鋅合金力學性能顯著提高，其中抗拉強度、衝擊韌性、硬度和延伸率分別提高了 17. 5,201%,47. 1%和14. 9%。能為用戶生產出滿足性能要求的高品質壓鑄鋅合金產品。


圖I是Al-90wt%Cu合金粉外觀形貌；從圖中可以看出粉末都是以粒狀或長條狀的形式存在的，平均粒度大概是IOOiim ;
圖2是不同量的Al-90wt%Cu合金粉與ZZnA14Y壓鑄鋅合金固液混合鑄造後的試 樣顯微組織；當Al-90wt%Cu合金粉的加入量範圍是2wt%-6wt%時，隨著合金粉的加入，ZZnA14Y鋅合金中的初生n-Zn相呈逐漸細化的趨勢；從圖2 (a)可以看出原始組織由灰白色的初生樹枝晶n -Zn相和共晶組織組成；加入鋅合金總重量2%的合金粉後，n -Zn相變得細小並且在數量上有一定程度的增加，如圖2 (b)所示；當Al-90wt%Cu合金粉量達到4%時，n-Zn相得到進一步的細化，並且有小部分細長條狀的e相的析出，如圖2 (c)所示；當Al_90wt%Cu合金粉量達到6%時，n_Zn相尺寸達到最小,細長條狀的e相的量達到最大值，同時共晶組織變得更加緻密，如圖2 (d)所示；當Al-90wt%Cu合金粉量達到8%時，n-Zn相開始粗化，e相的尺寸也逐漸變大，如圖2 (e)所示；(a) 0 wt.%; (b) 2 wt.%;
(c)4 wt.%; (d) 6 wt.%; (e) 8 wt. % ；
圖3是不同量的Al-90wt%Cu合金粉與ZZnA14Y壓鑄鋅合金固液混合鑄造的試樣衝擊試驗後的斷口形貌；從圖3 (a)中可以明顯的看出，原始的ZZnA14Y壓鑄鋅合金的斷口主要是粗大的解理面，這些粗大的解理面是由粗大的初生n-Zn斷裂造成的；當合金粉的量達到6被％時，斷口面上粗大的解理面明顯減少，並且有許多酒窩型的撕裂脊的出現如圖3(c)所示，證明此時的初生n-Zn較細，同時長條狀的e相和共晶組織的數量較多；當合金粉的量達到8被％時，斷口上又出現較多尺寸較大的解理面如圖3 (d)所示，因為此時的n-Zn相和 e 相尺寸開始變粗；(a) 0 wt. %; (b) 2 wt. %; (c) 6 wt.%; (d) 8 wt. %。
具體實施例方式實施例I :將Al-90wt%Cu合金粉按鋅合金總重量的2%在680°C加入到完全熔化的ZZnA14Y壓鑄鋅合金中，經過充分攪拌，然後在430°C靜置5分鐘後澆注試棒和鑄件；經過處理後的合金組織如圖2 (b)所示，經過處理後的機械性能見表I中的2號合金，抗拉強度提高5. 9%，硬度提高20%，衝擊韌性提高28. 8%，延伸率提高2. 9%，試棒斷口掃描電鏡照片如圖3 (b)所示。實施例2 :將Al_90wt%Cu合金粉按鋅合金總重量的4%在650°C加入到完全熔化的ZZnA14Y壓鑄鋅合金中，經過充分攪拌，然後在450°C靜置2分鐘後澆注試棒和鑄件；經過處理後的機械性能見表I中的3號合金，抗拉強度提高I. 0%，硬度提高12. 9%，衝擊韌性提高27. 1%，延伸率略有所下降。實施例3 :將Al_90wt%Cu合金粉按鋅合金總重量的4%在670°C加入到完全熔化的ZZnA14Y壓鑄鋅合金中，經過充分攪拌，然後在440°C靜置3分鐘後澆注試棒和鑄件；經過處理後的合金組織如圖2 (c)所示，經過處理後的機械性能見表I中的4號合金，抗拉強度提聞10. 6%，硬度提聞34. 1%，衝擊朝性提聞108%，延伸率提聞12. 6%o實施例4 :將Al_90wt%Cu合金粉按鋅合金總重量的6%在680°C加入到完全熔化的ZZnA14Y壓鑄鋅合金中，經過充分攪拌，然後在430°C靜置5分鐘後澆注試棒和鑄件；經過處理後的合金組織如圖2 (d)所示，經過處理後的機械性能見表I中的5號合金，抗拉強度提高17. 5%，硬度提高47. 1%，衝擊韌性提高201%，延伸率提高14. 9%。試棒斷口掃描電鏡照片如圖3 (c)所示。實施例5 :將Al_90wt%Cu合金粉按鋅合金總重量的8%在680°C加入到完全熔化的ZZnA14Y壓鑄鋅合金中，經過充分攪拌，然後在450°C靜置2分鐘後澆注試棒和鑄件；經過處理後的合金組織如圖2 (e)所示，經過處理後的機械性能見表一中的6號合金，抗拉強度提高8. 3%，硬度提高28. 2%，衝擊韌性提高67. 8%，延伸率提高10. 2%。試棒斷口掃描電鏡照片如圖三(d)所示。
表I是不同量Al_90wt%Cu合金粉與ZZnA14Y壓鑄鋅合金固液混合鑄造後的力學性能數據，從表中可得知，經過固液混合鑄造後的鋅合金與未做任何處理的鋅合金相比，力學性能有了顯著的提高；當Al-90wt%Cu合金粉加入量達到6wt%時，ZZnA14Y壓鑄鋅合金具有最佳的綜合機械性能。表I不同量的Al_90wt%Cu合金粉與ZZnA14Y壓鑄鋅合金固液混合鑄造的力學性能數據
合金I鑄液溫度I抗拉強廣I衝擊養性I伸長率^釀
編號I Ct) I (Mt) I CJ/cm2) I (%) (HB)
^I........................0........................--麗--j—302—......................RM—.......................1J7.........................—......................85.............................
—2..........................................2..............................................6S0..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................320..............................................18:06..................................................1:72......................................................102..........................
~34 j 650 I 305 [ 11820799
^4^ 467033429.16l.gg114
—56 j 680 j 35542.251.92125
—68 I 680 I 327 I 23.53 I 184109
權利要求
1.一種製備高性能壓鑄鋅合金的方法其特徵在於包括如下步驟 (1)預熱石墨坩堝至暗紅色，然後升溫至650°C-680°C完全熔化鋅合金；(2)往熔體中加入鋅合金重量2wt.%-6wt. %的Al-90wt%Cu合金粉，然後均勻攪拌； (3)待溫度降至430°C_450°C時，靜置2_5分鐘後澆鑄。
2.如權利要求I所述的一種製備高性能壓鑄鋅合金的方法其特徵在於所述Al-90wt%Cu合金粉的加入量為鋅合金重量的6wt%。
全文摘要
本發明涉及一種製備高性能壓鑄鋅合金的方法，使壓鑄鋅合金的力學性能得到大幅度提高，屬於合金生產技術(C22C合金)。其特徵在於包括如下步驟(1)預熱石墨坩堝至暗紅色，然後升溫至650℃-680℃完全熔化鋅合金；(2)往熔體中加入鋅合金重量2wt%-6wt%的Al-90wt%Cu合金粉，然後均勻攪拌；(3)待溫度降至430℃-450℃時，靜置2-5分鐘後澆鑄。本發明的優點是固液混合鑄造的ZZnAl4Y壓鑄鋅合金力學性能顯著提高。其中抗拉強度、衝擊韌性、硬度和延伸率分別提高了17.5、201%、47.1%和14.9%。能為用戶生產出滿足性能要求的高品質壓鑄鋅合金產品。
文檔編號B22D17/00GK102808116SQ201210186939
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者王建華, 王輝, 黃劍鋒, 蘇旭平, 魏文武, 苗華磊 申請人:常州大學, 株洲冶煉集團股份有限公司