一種提高鋅鋁銅鎳鉬錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋅鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種提高鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能 的復(fù)合變質(zhì)劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄造鋅鋁合金憑借優(yōu)良的力學(xué)性能、機(jī)加工性能、耐磨損性能、低能耗、無污染等 優(yōu)良特點(diǎn)在工程上獲得了較為廣泛的應(yīng)用。目前，生產(chǎn)生活上使用鋅鋁合金代替黃銅、錫青 銅、鋁青銅用于結(jié)構(gòu)件、耐磨件、塑料及橡膠模具等，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。但鋅鋁合金的 線膨脹系數(shù)較大，尺寸穩(wěn)定性差，在室溫或中高溫下，材料發(fā)生持續(xù)不回復(fù)膨脹，這對(duì)于應(yīng) 用于過盈配合和速度變化的工況，就產(chǎn)生嚴(yán)重問題。另外，該材料在高于120°C時(shí)，將發(fā)生軟 化，高溫力學(xué)性能、機(jī)械性能急劇下降，喪失使用性能，這些缺點(diǎn)使其工作溫度限制在120°C 以下，僅適合低速重載，因此，若有辦法彌補(bǔ)高鋁鋅基合金的這些不足，，必能大大擴(kuò)展其工 程應(yīng)用的價(jià)值。
[0003] 由于鋅鋁合金的共晶溫度以及再結(jié)晶溫度較低，因而合金的高溫強(qiáng)度低，而鋅鋁 合金的使用很多都牽涉到高溫的環(huán)境，熱疲勞斷裂是一大重要的使用隱患。目前，關(guān)于鋅 鋁合金熱疲勞性能的研究很少，因此對(duì)鋅鋁合金熱疲勞性能的研究相當(dāng)迫切。國內(nèi)熱疲勞 的定量研究還比較落后，更難以解決生產(chǎn)實(shí)踐中的熱疲勞問題。很多元素在鋅鋁合金中主 要用于改善熱加工性能和鑄件組織，防止偏析；獲得高強(qiáng)度、良好的熱疲勞性能以及耐磨性 能。因此，本發(fā)明開發(fā)出一種提高鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明開發(fā)出一種提高鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑。其特征為： 成分按重量百分比計(jì)算，c〇l〇-15%、Sr8-12%、Na8-12%、Ca6-10%、Mo6-10%、Cr3-7%、Ce3-7%、 Eul-4%、Sml-4%、B1-4%、余為鋁。所述變質(zhì)劑為塊狀灰白色合金，粒度范圍0. 5~40mm，熔點(diǎn) 范圍70(n〇00°C。復(fù)合變質(zhì)劑加入量范圍為0. 3%-l. 1%。
[0005] 上述用于鋅鋁銅鎳鑰錳合金的復(fù)合變質(zhì)劑，成分可優(yōu)選為：Col2_13%、Srl〇-ll%、 NalO-11%、Ca8-9%、Mo8-9%、Cr5-6%、Ce5-6%、Eu2-3%、Sm2-3%、B2-3%、余為鋁。復(fù)合變質(zhì)劑 加入量優(yōu)選范圍為〇. 7%-0. 9%。
[0006]
【附圖說明】 圖1熱疲勞試樣尺寸(單位mm) 圖2未加入復(fù)合變質(zhì)劑試樣在20°C-2KTC循環(huán)7000次裂紋圖 圖3加入0. 3%復(fù)合變質(zhì)劑試樣在20°C-2KTC循環(huán)7000次裂紋圖 圖4加入0. 5%復(fù)合變質(zhì)劑試樣在20°C-2KTC循環(huán)7000次裂紋圖 圖5加入0. 9%復(fù)合變質(zhì)劑試樣在20°C-2KTC循環(huán)7000次裂紋圖 圖6加入1. 1%復(fù)合變質(zhì)劑試樣在20°C-2KTC循環(huán)7000次裂紋圖 圖2 - 6為熱循環(huán)次數(shù)到9000次時(shí)，5組試樣的V型缺口處熱疲勞裂紋形貌。隨著熱 循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，各試樣主裂紋變得更長更粗。加入0. 5 - 0. 9%復(fù)合變質(zhì) 劑試樣的裂紋較短且細(xì)?。▓D4 一圖5)，主裂紋沒有出現(xiàn)分叉，試樣基體強(qiáng)度保持較好。主 要是因?yàn)橐韵滤狞c(diǎn)，一是加入復(fù)合變質(zhì)劑量適中，在熱應(yīng)力作用下缺口塑性變形時(shí)，復(fù)雜化 合物相相能隨基體一起協(xié)同作用，不容易脫落引起應(yīng)力集中；二是因?yàn)閺?fù)雜化合物相的存 在，阻止了原子的擴(kuò)散和晶粒的長大，提高了合金的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性；三是因?yàn)閺?fù)雜化合 物相大小適中，數(shù)量較多，分布均勻，裂紋很容易會(huì)遇到富復(fù)雜化合物相，當(dāng)復(fù)雜化合物相 與裂紋面發(fā)生接觸時(shí)，可能會(huì)引起裂紋的閉合；未加入復(fù)合變質(zhì)劑試樣（圖2)，氧容易進(jìn)入 基體內(nèi)部，引起高溫氧化反應(yīng)，促進(jìn)了熱疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。如圖1所示，試樣離缺口 較遠(yuǎn)處出現(xiàn)很多與缺口主裂紋未連接的微裂紋，這些微裂紋大多是在晶間處形成，并且沿 著晶間擴(kuò)展，有相互連接趨勢(shì)，逐漸形成網(wǎng)狀裂紋，促進(jìn)了之后的裂紋擴(kuò)展，裂紋通過分叉 以尋求最佳的擴(kuò)展路徑，晶界與裂紋擴(kuò)展方向偏差較大，裂紋沿著曲折的晶界擴(kuò)展。加入 1. 1%復(fù)合變質(zhì)劑試樣主裂紋出現(xiàn)了分叉（圖6)，表面氧化較嚴(yán)重。這主要是由于試樣析出 的復(fù)雜化合物相較大，在熱循環(huán)過程中，大尺寸復(fù)雜化合物相較難協(xié)同基體的流動(dòng)，容易受 到位錯(cuò)塞積，因而在復(fù)雜化合物相與界面處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。當(dāng)滑移的切應(yīng)力大于復(fù) 雜化合物相與基體的界面結(jié)合力時(shí)，復(fù)雜化合物相會(huì)脫落，在復(fù)雜化合物相脫落處，容易氧 化，并且會(huì)引起應(yīng)力集中，吸引主裂紋向該處擴(kuò)展，使主裂紋出現(xiàn)了分叉。從上述分析可知， 加入0. 5 - 0. 9%復(fù)合變質(zhì)劑試樣在熱循環(huán)過程中產(chǎn)生的裂紋最少，反應(yīng)出鋅鋁銅鎳鑰錳合 金材料的熱疲勞性能最好。
[0007]
【具體實(shí)施方式】。 實(shí)施例
[0008] 以工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、鋅錠0號(hào)、鋁銅中間合金、鋁鎳中間合金、鋁鑰中間合金、鋁 錳中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑（其中W12-16%、Mol2-16%、Zr8-12%、Ni5-10%、Ti4-6%、Sr4-6%、 1^3-5%、他3-5%、￥1-3%、制1-3%、？^-3%、余為鋁)、純鎂為原料。成分按重量百分比計(jì)算，按 A137-39%、Cu2-2. 5% (以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、NiO. 4-0. 5% (以含鎳40%的鋁 鎳中間合金形式加入)、M〇0. 3-0. 4%(以含鑰40%的鋁鑰中間合金形式加入)、MnO. 2-0. 3%(以 含Mn40%的鋁錳中間合金形式加入）、復(fù)合變質(zhì)劑0-1. 1%、MgO. 014-0. 02%、余量是Zn的比 例稱重后在感應(yīng)溶煉爐中溶煉。溶煉工藝為：先加入錯(cuò)徒、鋒徒、錯(cuò)銅中間合金、錯(cuò)媒中間 合金、鋁鑰中間合金、鋁錳中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至60(T65(TC時(shí) 保溫6min-8min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液 0. 2%的脫水ZnCl2進(jìn)行精煉，精煉時(shí)用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min 后扒渣除氣，待溫度為560°C-58(TC時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為：砂型鑄造，底板為金屬型，將 熔煉好的鋅鋁銅鎳鑰錳合金澆鑄成長250mm、寬40mm、高70mm的毛坯，根據(jù)加入復(fù)合變質(zhì)劑 的含量不同，澆鑄出六組復(fù)合變質(zhì)劑不同含量的鋅鋁銅鎳鑰錳合金毛坯，其復(fù)合變質(zhì)劑加 入量分別為〇%、〇. 3%、0. 5%、0. 7%、0. 9%、1. 1%、，然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒。室溫拉伸力學(xué)性 能測(cè)試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣 尺寸為長40mm、寬10mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。
[0009] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。板狀試樣裝卡在立方卡 具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá) 到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫 20°C至210°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫 2KTC，水溫20°C(流動(dòng)自來水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán)，每次循環(huán) 加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為5s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。對(duì)于研究熱疲勞裂紋萌生的試 樣，每循環(huán)500次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長度，以0.Imm作為裂紋 萌生長度，記下試樣裂紋萌生循環(huán)次數(shù)，觀察并對(duì)裂紋的萌生位置照相。對(duì)于研究熱疲勞裂 紋擴(kuò)展的試樣，每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光并觀察。測(cè)量表面裂紋長度。表1為加入不 同復(fù)合變質(zhì)劑對(duì)鋅鋁銅鎳鑰錳合金裂紋長度的影響。由表1可以看出，復(fù)合變質(zhì)劑加入量 為0. 5%-0. 9%時(shí)，鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能最好。
[0010] 表1鋅鋁銅鎳鑰錳合金加入不同復(fù)合變質(zhì)劑在20°C-2KTC循環(huán)后的的裂紋長度 (mm)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑，其特征為：成分按重量百 分比計(jì)算，Col〇-15%、Sr8-12%、Na8-12%、Ca6-10%、M〇6-10%、Cr3-7%、Ce3-7%、Eul-4%、 Sml-4%、B1-4%、余為鋁；所述變質(zhì)劑為塊狀灰白色合金，粒度范圍0. 5~40mm，熔點(diǎn)范圍 70(T100 (rC ;復(fù)合變質(zhì)劑加入量范圍為0? 3%-L 1%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑，成分 可優(yōu)選為：Col2-13%、Srl〇-ll%、NalO-11%、Ca8-9%、Mo8-9%、Cr5-6%、Ce5-6%、Eu2-3%、 Sm2-3%、B2-3%、余為鋁。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高鋅鋁銅鎳鑰錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑，加入量 優(yōu)選范圍為0. 7%-0. 9%。
【專利摘要】一種提高鋅鋁銅鎳鉬錳合金熱疲勞性能的復(fù)合變質(zhì)劑，屬于鋅鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，其特征為：成分按重量百分比計(jì)算，Co10-15%、Sr8-12%、Na8-12%、Ca6-10%、Mo6-10%、Cr3-7%、Ce3-7%、Eu1-4%、Sm1-4%、B1-4%、余為鋁。所述變質(zhì)劑為塊狀灰白色合金，粒度范圍0.5~40mm，熔點(diǎn)范圍700~1000℃。復(fù)合變質(zhì)劑加入量范圍為0.3%-1.1%。
【IPC分類】C22C1/06, C22C21/00, C22C30/00, B22D27/20
【公開號(hào)】CN105088046
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410198655
【發(fā)明人】李曉薇, 許亮, 許超, 趙羅根, 陸松華
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月13日