稀土對壓鑄鋅合金金相組織及力學(xué)性能的影響
來源：
譽(yù)格壓鑄
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發(fā)布時(shí)間： 2019-11-04
通過對鋅合金壓鑄進(jìn)行變質(zhì)處理
，研究稀土合金對壓鑄鋅合金微觀組織及性能的影響
。結(jié)果表明．在壓鑄鋅合金中加人適量的稀土，能有效地阻止樹枝狀晶的長大
，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)
，細(xì)化晶粒
，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
。同時(shí)對稀土合金元素所起的作用進(jìn)行了分析討論
，為進(jìn)一步改善壓鑄鋅合金的力學(xué)性能和抗晶間腐蝕提供了一條有效途徑。
傳統(tǒng)壓鑄鋅合金最常見的缺陷是晶間腐蝕
，是造成產(chǎn)品質(zhì)量低劣的最主要原因
。為解決這一問題
，從早期美國新澤西鋅金屬公司開始至今，一直都依據(jù)Brauer和Peirce的理論
，認(rèn)為雜質(zhì)元素是引起晶間腐蝕的根源
。因此，世界各地廠商包括譽(yù)格均采用高純度和低雜質(zhì)鋅并嚴(yán)格控制壓鑄鋅合金化學(xué)成分來減輕晶間腐蝕
，而關(guān)于如何使用稀土材料對壓鑄鋅合金進(jìn)行變質(zhì)處理
，進(jìn)一步提高壓鑄鋅合金力學(xué)性能、降低晶問腐蝕傾向的研究甚少
。為此
，本試驗(yàn)著重探討稀土變質(zhì)處理對壓鑄鋅合金金相組織及力學(xué)性能的影響，以期獲得性能良好
、適應(yīng)范圍更廣的新型壓鑄鋅合金
，同時(shí)為壓鑄鋅合金中添加稀土提供參考依據(jù)。
1試驗(yàn)過程
試驗(yàn)所用材料為：1號鋅錠(Al—00)
，1號電解銅
，1號工業(yè)鎂錠，混合稀土金屬(La45％
，Ce20％
，其余為Pr、Nd等)
。試驗(yàn)所用熔煉設(shè)備為45kW坩堝電阻爐和石墨坩堝
。試驗(yàn)是以ZnAl4-1壓鑄鋅合金(Al3．9％～4．2％Cu0.73％～1．25％，Mg0．03％～0．06％
，余量為Zn)為基礎(chǔ)
，加入適量稀土合金，以研究對合金金相組織及力學(xué)性能的影響
。其中銅和稀土以中間合金形式加入
。
熔煉工藝為：首先將石墨坩堝加熱到暗紅色，放人鋁錠和鋁銅中間合金
，待出現(xiàn)部分鋁液后
，加入占爐料總重量2％左右的覆蓋劑。覆蓋劑的組成為NaCl 40％
，KCl 20％
，Na3AlF6 20%。鋁錠全部熔化后
，升溫至750℃左右，分批加入鋅塊
，待鋅塊全部熔化后
，用C2Cl6進(jìn)行精煉
，C2Cl6用量為爐料總重量的0.3％。然后進(jìn)行扒渣
，并加入鎂和稀土中間合金
，最后攪拌均勻，澆注成錠
，澆注溫度為550℃
，澆注的鋅合金錠即可用于壓鑄。
2試驗(yàn)結(jié)果及分析
2．1稀土對壓鑄鋅合金微觀盒相組織的影響
2．1．1對鑄態(tài)組織的影響
含Al 4％左右的壓鑄鋅合金屬于亞共晶合金
，凝固時(shí)首先析出初生富鋅固溶體相
，隨后于約380℃發(fā)生共晶反應(yīng)，形成由β相和高溫α相組成的層片狀共晶體
。冷卻時(shí)從β相中析出Al
，α相則在低于共析溫度(275℃)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛搔料嗪挺孪嘟M成的共析體。經(jīng)變質(zhì)處理后ZnAl4—1合金的等軸相比未經(jīng)變質(zhì)處理的ZnAl4—1合金等軸相小且分布趨向均勻
，共晶區(qū)增加
，整個(gè)組織顯得較為均勻優(yōu)化。
不少等軸相及晶界易腐蝕相在稀土的作用下
，已逐步轉(zhuǎn)變成共析相
，無疑為改善合金力學(xué)性能、降低晶間腐蝕
、提高抗老化能力創(chuàng)造了條件
。
此外，為進(jìn)一步了解觀察合金經(jīng)變質(zhì)處理后主要元素的分布狀況得出經(jīng)變質(zhì)處理后的ZnAl 4-1合金
，即使在鑄態(tài)下Al
、cu及變質(zhì)元素的分布也是較均勻的，沒有出現(xiàn)富集狀態(tài)
。證實(shí)稀土在變質(zhì)ZnAl 4-1合金中分布均勻
。
2．1．2對壓鑄件組織的影響
經(jīng)變質(zhì)處理的ZnAl 4-1合金壓鑄件組織無論是在初生的β相還是共晶相均比沒有變質(zhì)的ZnA14-1合金細(xì)小、彌散
、圓鈍
、均勻，這更加說明經(jīng)稀土變質(zhì)處理后的壓鑄鋅合金具有較好的力學(xué)性能
、抗晶問腐蝕和抗老化性能
。
2．2稀土對力學(xué)性能的影響
為了研究稀土變質(zhì)處理對合金力學(xué)性能的影響，深圳譽(yù)格采用JB3072-82中規(guī)定的試樣來測定合金的力學(xué)性能
，并將試樣的壓鑄工藝參數(shù)控制在如下范圍：壓鑄溫度420～440℃
，模具溫度130～150℃，壓射比壓4O一50MPa
，填充速度12～15m／s
，保壓時(shí)間5～8s
。經(jīng)變質(zhì)處理的ZnAl 4-1合金σb=298MPa，δb=2．1％
，HBS95
；未經(jīng)變質(zhì)處理的ZnAl 4-1合金=270MPa，以=2％
，HBS84
。同時(shí)，為進(jìn)一步確認(rèn)試驗(yàn)的可靠性
，采用微機(jī)統(tǒng)計(jì)整理未經(jīng)變質(zhì)的ZnAl 4-1合金與變質(zhì)ZnAl 4-1合金在不同條件下獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)
。
此外，對合金凝固收縮率進(jìn)行了測試
，結(jié)果表明
，經(jīng)稀土變質(zhì)處理的ZnAl 4-1壓鑄鋅合金與未經(jīng)變質(zhì)處理的ZnAl 4-1壓鑄鋅合金相比，抗拉強(qiáng)度
、硬度提高10％以上
，伸長率和凝固收縮率相當(dāng)．前者加工過程中開裂和變形傾向減少，表面光潔度和合格率提高
。
3結(jié)論
1．加入0．5％～1％稀土
，能顯著改變壓鑄鋅合金的金相組織特征，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)
，細(xì)化晶粒
，清除晶粒邊界雜質(zhì)，抑制雜質(zhì)元素的有害影響
。
2．經(jīng)稀土變質(zhì)的ZnAl 4-1壓鑄鋅合金與未經(jīng)變質(zhì)的ZnAl 4-1壓鑄鋅合金相比
，前者的晶問腐蝕傾向較小。
3．在相同壓鑄條件下
，變質(zhì)ZnAl 4-1壓鑄鋅合金與未變質(zhì)ZnAl 4-1壓鑄鋅合金相比
，強(qiáng)度、硬度提高10％以上
，改善了工藝性能
，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
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