專利名稱：一種鑄態(tài)鋅鋁合金材料的均勻化熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種鑄態(tài)鋅鋁合金材料的均勻化熱處理方法；屬于金屬材料熱處理 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ZA27合金是一種含Al為25. 0 28. Owt %的鋅鋁合金，由于具有較高的抗拉強度 和硬度、較好的阻尼性能、較好的耐磨減摩性能、較好的切削加工性能，且熔點低，熔煉耗能 低，生產(chǎn)效率高，制造成本低，因而日益受到人們的重視，目前在美、加、德、英、日、俄等工業(yè) 發(fā)達國家均得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用最多的是代替青銅合金作為耐磨材料，或代替鋁和鑄鐵作 壓鑄件。到目前為止，鋅鋁合金材料已成功地用于各種軸瓦、軸套、渦輪、壓力機用螺母、防 磁儀表零部件、汽車零件外殼、拉伸模具等諸多方面，具有很強的市場競爭力。隨著經(jīng)濟發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，對鋅鋁合金的性能提出了更高的要求，但目前 開發(fā)的鋅鋁合金普遍存在尺寸穩(wěn)定性差、鑄態(tài)下塑性和韌性較低、枝晶偏析嚴(yán)重等缺點，嚴(yán) 重地阻礙了合金的應(yīng)用與發(fā)展。這是由于合金結(jié)晶溫度范圍寬(492 380°C)，凝固過程 中固、液相的成分變化大，鑄態(tài)組織的枝晶偏析嚴(yán)重。合金開始凝固時，結(jié)晶晶粒中的Al含 量較高，隨著晶粒的長大，多余Zn被排在液相中，隨后結(jié)晶的固相中Zn含量就較高，對某一 晶粒來說，其心部Zn含量低，而外部Zn含量高。由于顯微偏析，后期凝固的液體中Zn含量 較高，接近共晶成分時，可能以共晶方式凝固，出現(xiàn)非平衡共晶組織，這種組織在熱力學(xué)上 是亞穩(wěn)定的，有自動向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢，鑄態(tài)合金組織及性能不穩(wěn)定正是這種自動過 程的體現(xiàn)。此外，由于鑄態(tài)組織晶界處存在富Cu的亞穩(wěn)ε相，在自然時效過程中將發(fā)生 α + ε -T' +η四相反應(yīng)，生成穩(wěn)定的T'相，這種轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致明顯的體積膨脹，降低合金 的尺寸穩(wěn)定性，同時晶界富Cu相還可導(dǎo)致晶間腐蝕。目前，ΖΑ27合金常采用的熱處理方式 為230 250°C保溫3h后空冷，由于熱處理溫度低，無法完全消除合金枝晶偏析及非平衡共 晶相，塑韌性仍不能滿足要求。因此，對一定成分的合金鑄錠進行均勻化熱處理，最大限度消除非平衡組織及枝 晶偏析，提高材料組織成分的均勻性，充分發(fā)揮合金元素的有利作用，無疑是提高鋅鋁合金 力學(xué)性能的有效途徑。但是，目前尚未見到有關(guān)鑄態(tài)ZA27合金均勻化熱處理工藝的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種工藝方法簡單、操作方便、有效 改善鋅鋁合金鑄件組織成分均勻性、提高鋅鋁合金鑄件塑性及尺寸穩(wěn)定性的鑄態(tài)鋅鋁合金 材料的均勻化熱處理方法。本發(fā)明一種鑄態(tài)鋅鋁合金材料的均勻化熱處理方法，是采用下述方案實現(xiàn)的將鑄態(tài)ZA27合金放入加熱爐中，加熱至330 360°C，保溫8 24h，隨爐冷卻。本發(fā)明中，所述加熱爐是電阻爐。本發(fā)明由于采用上述工藝方法，直至晶界處的富Cu相基本固溶于基體中，非平衡共晶相及枝晶偏析大部分或全部消除，然后隨爐冷卻。溫度控制通過程序?qū)崿F(xiàn)自動控制。本發(fā)明的均勻化熱處理工藝可使ZA27合金在不過多降低鑄態(tài)合金強度的條件 下，較大幅度的提高合金的塑性，伸長率從鑄態(tài)的7. 8%增加到了 10%以上。鑄態(tài)ZA27合金均勻化熱處理過程的本質(zhì)是通過原子的擴散達到成分均勻，消除 枝晶偏析和非平衡共晶相。將鑄態(tài)合金加熱至330 360°C，能最大程度的提高原子擴散能 力，使組織成分充分均勻化，較快地完成由非平衡向平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程，隨著富Cu相的 消除，ZA27合金的尺寸穩(wěn)定性顯著提高，由于非平衡相的溶解和枝晶偏析的消除，ZA27合 金的成分均勻性提高，塑性指標(biāo)明顯上升，材料的力學(xué)性能和成型性能得到明顯改善。但在 較低溫度下熱處理，由于原子擴散能力不足，非平衡相及富Cu相無法充分溶解，合金的成 分均勻性也不能得到明顯改善，導(dǎo)致合金的塑韌性及尺寸穩(wěn)定性不能滿足要求。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、由于合金非平衡共晶相及枝晶偏析的消除，鑄態(tài)ZA27合金的成分均勻性得到 明顯改善，塑性顯著提高。2、由于晶界處富Cu相的溶解，鑄態(tài)ZA27合金的尺寸穩(wěn)定性顯著提高。綜上所述，本發(fā)明工藝方法簡單、操作方便、有效改善鋅鋁合金鑄件組織成分均勻 性、提高鋅鋁合金鑄件塑性及尺寸穩(wěn)定性。通過提高Cu元素在基體中的固溶程度，提高材 料尺寸和性能的穩(wěn)定性，同時最大限度的減少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料組織的 均勻性，改善合金塑性。適于工業(yè)化生產(chǎn)，有效改善鑄態(tài)鋁合金的力學(xué)性能，拓展其應(yīng)用范 圍。


附圖1是對比例未進行均勻化處理的鑄態(tài)ZA27合金SEM照片。附圖2是本發(fā)明實施例1均勻化處理后鑄態(tài)ZA27合金SEM照片。附圖3是本發(fā)明實施例2均勻化處理后鑄態(tài)ZA27合金SEM照片。附圖4是本發(fā)明實施例3均勻化處理后鑄態(tài)ZA27合金SEM照片。附圖5是本發(fā)明實施例4均勻化處理后鑄態(tài)ZA27合金SEM照片。
具體實施例方式下面將參照附圖，通過實施例對本發(fā)明進一步說明，而不會限制本發(fā)明。對比例將成分為Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量為 Zn 的 ZA27 合金鑄錠放入電阻爐 中，加熱至240°C，保溫3h，然后出爐空冷。對熱處理后的合金進行組織觀察及力學(xué)性能測 試，參見附圖1，ZA27合金組織存在明顯的枝晶偏析，枝晶網(wǎng)胞間分布著大量的β+ η共晶 組織，晶界處分布著較多粗大的白色富Cu相。力學(xué)性能指標(biāo)見表1。實施例1將成分為Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量為 Zn 的 ZA27 合金鑄錠在電阻爐中 進行均勻化熱處理，隨爐升溫加熱至360°C，保溫12h，然后隨爐冷卻。對均勻化處理后鑄態(tài)
4ZA27合金進行組織觀察及力學(xué)性能測試，參見附圖2，與對比例相比，本實施例均勻化處理 后的鑄態(tài)ZA27合金組織中，非平衡共晶β相基本消失，晶界處富Cu的ε相已經(jīng)基本消除， 枝晶偏析大大減少。本實施例均勻化處理后的鑄態(tài)ΖΑ27合金力學(xué)性能指標(biāo)見表1。實施例2將成分為Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量為 Zn 的 ZA27 合金鑄錠在電阻爐中 進行均勻化熱處理，隨爐升溫加熱至330°C，保溫24h，然后隨爐冷卻。對均勻化處理后鑄態(tài) ZA27合金進行組織觀察及力學(xué)性能測試，參見附圖3，與對比例相比，本實施例均勻化處理 后的鑄態(tài)ZA27合金組織中，非平衡共晶β相基本消失，出現(xiàn)明顯的層片狀形貌及不連續(xù)析 出物，說明此時β相已發(fā)生共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成α+ η，另外初生α相形貌發(fā)生變化，通過調(diào) 幅分解，初生α相轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織細(xì)小的α+ η層片狀組織，同時晶界處的ε相有所減少，形 態(tài)從長條形變?yōu)闄E圓形，但仍然比較粗大。本實施例均勻化處理后的鑄態(tài)ΖΑ27合金力學(xué)性 能指標(biāo)見表1。實施例3將成分為Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量為 Zn 的 ZA27 合金鑄錠在電阻爐中 進行均勻化熱處理，隨爐升溫加熱至360°C，保溫8h，然后隨爐冷卻。對均勻化處理后鑄態(tài) ZA27合金進行組織觀察及力學(xué)性能測試，參見附圖4，與對比例相比，本實施例均勻化處理 后的鑄態(tài)ZA27合金組織中，初生α相開始轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織細(xì)小的層片狀組織，同時晶界處富Cu 的ε相的數(shù)量大大減少，而且分布得更加彌散、細(xì)小。本實施例均勻化處理后的鑄態(tài)ΖΑ27 合金力學(xué)性能指標(biāo)見表1。實施例4將成分為Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量為 Zn 的 ZA27 合金鑄錠在電阻爐中 進行均勻化熱處理，隨爐升溫加熱至360°C，保溫24h，然后隨爐冷卻。對均勻化處理后鑄態(tài) ZA27合金進行組織觀察及力學(xué)性能測試，參見附圖5，與實施例1的組織相比，組織并未發(fā) 生明顯變化，說明繼續(xù)延長保溫時間對合金組織的影響不大。本實施例均勻化處理后的鑄 態(tài)ZA27合金力學(xué)性能指標(biāo)見表1。表1實施例及對比例的力學(xué)性能 表1的結(jié)果表明，實施例1和實施例3的組織及力學(xué)性能較為理想，實施例2中晶 界處的富Cu相比較粗大，說明此時均勻化溫度偏低，實施例4由于均勻化時間過長，不適于 工廠生產(chǎn)的要求，由此可知，合金鑄錠在360°C均勻化8 12h后，不僅可以最大限度的提高 合金的尺寸穩(wěn)定性，同時又能減少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料組織的均勻性，改善 合金塑性。
權(quán)利要求
一種鑄態(tài)鋅鋁合金材料的均勻化熱處理方法，其特征在于將鑄態(tài)ZA27合金放入加熱爐中，加熱至330～360℃，保溫8～24h，隨爐冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄態(tài)鋅鋁合金材料的均勻化熱處理方法，其特征在于 所述加熱爐為電阻爐。
全文摘要
一種鑄態(tài)鋅鋁合金材料的均勻化熱處理方法，將成分質(zhì)量百分含量為Al 25.0～28.0wt％，Cu 2.0～2.5wt％，Mg 0.015～0.020wt％，F(xiàn)e＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，Zn余量的鑄錠進行均勻化熱處理，加熱溫度為330～360℃，保溫8～24h，然后隨爐冷卻。本發(fā)明工藝方法簡單、操作方便、有效改善鋅鋁合金鑄件組織成分均勻性、提高鋅鋁合金鑄件塑性及尺寸穩(wěn)定性。通過提高Cu元素在基體中的固溶程度，提高材料尺寸和性能的穩(wěn)定性，同時最大限度的減少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料組織的均勻性，改善合金塑性。適于工業(yè)化生產(chǎn)，有效改善鑄態(tài)鋁合金的力學(xué)性能，拓展其應(yīng)用范圍。
文檔編號C22F1/16GK101892446SQ20101023007
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者劉洋, 李紅英, 武岳, 趙延闊 申請人:中南大學(xué);湖南有色金屬控股集團有限公司