通過對鋅合金壓鑄進行變質(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),細化晶粒,清除晶粒邊界雜質(zhì),使壓鑄鋅合金的抗拉強度和硬度提高10%以上。同時對稀土合金元素所起的作用進行了分析討論,為進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行變質(zhì)處理,進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 ,同時為壓鑄鋅合金中添加稀土提供參考依據(jù)。
1試驗過程
試驗所用材料為: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)。試驗所用熔煉設(shè)備為45kW坩堝電阻爐和石墨坩堝。試驗是以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進行精煉,C2Cl6用量為爐料總重量的0.3%。然后進行扒渣,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。冷卻時從β相中析出Al,α相則在低于共析溫度(275℃)時轉(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,為進一步確認試驗的可靠性,采用微機統(tǒng)計整理未經(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數(shù)據(jù)。
此外,對合金凝固收縮率進行了測試,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,強度、硬度提高10%以上,改善了工藝性能,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。