专利名称：一种ZZnAl4Y压铸锌合金的反向变质处理方法
技术领域：
本发明涉及压铸锌合金，特指一种UnA14Y压铸锌合金的反向变质处理方法，能使压铸锌合金的力学性能得到大幅度提高。
背景技术：
锌是重要的有色金属原材料，目前，锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝。金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多种金属制成物理与化学性能更加优良的合金。压铸锌合金和其他有色金属合金相比有明显的优势材料价廉、熔点低、耗能少、流动性及成型性好、具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、减振降噪性能，具有极限抗拉强度高、承载性好和熔化与压铸时不吸铁的特点，适宜制造优质压铸产品。因此压铸锌合金正越来越广泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。国内对压铸锌合金的变质研究取得过一定的成果，如贵州科学院兴科合金研究开发中心的薛涛和古文全等人在压铸锌合金中加入适量的稀土，能有效地阻止n-ai相树枝状晶的长大、优化组织结构、细化晶粒和清除晶粒边界杂质，使压铸锌合金的抗拉强度和硬度提高10%以上；湘潭大学的王先德等研究了元素B对UnA14Y锌合金显微组织和力学性能的影响，指出元素B可以与锌合金中的铝生成片状的AW2，此化合物可以作为α "Al相有效的异质核心、增加α-Al相的形核率，使初生α-Al相得到明显的细化，从而使锌合金的综合力学性能得到提高等。常州大学王建华等在UnA14Y锌合金中加入稀土 0. 05wt. %镧元素，使锌铝合金具有较好的综合力学性能。但是国内的压铸锌合金与其他各国相比存在着很大的差距，比如锌合金中的杂质含量过高，而且成分和品质很不稳定，各项力学性能指标不高。目前我国的锌合金还需大量进口。因此很有必要改良压铸锌合金，以获得更好和更稳定的机械性能，以便减少优质锌合金的进口。
发明内容
本发明的目的是，提出了一种反向变质处理铸态压铸锌合金组织的方法，将它用于对锌合金熔体变质处理，能显著改善其各项力学性能指标，该反向变质方法可普遍应用于优质锌合金的工业生产，制造出高品质的锌合金产品。本发明的技术方案之一是，一种压铸锌合金的反向变质处理方法
(1)预热石墨坩埚至暗红色，然后升温至650°C完全熔化锌合金；
(2)升温至670°C-690°C，加入工业Al_5Ti_B变质剂进行反向变质处理，搅拌均勻，保温5-10分钟；
(3)降温至550°C_600°C，静置5分钟后浇铸。注工业Α1-5 -Β变质剂的原料重量百分比组成是Ti :5. 0 %，B :1. 0%，A1 余量， 从中间合金生产厂家购置或用Ti剂、B剂和Al粉混勻而成。本发明的原理是变质剂中生成的微细高温相质点在锌合金熔炼温度下不熔化或不完全溶解，同时存在的几种高温相质点分别与铝相具有良好的共格关系，且错配度低，为锌合金中的铝相的形成提供了许多成核基点；在充分对铝相形核的同时，反过来抑制了大块状锌相的生长；随着含铝的变质剂加入量的增加，局部区域内合金成分波动，导致铝的富集，共晶点成分偏向锌，合金成分在某些区域内由亚共晶转变成过共晶(见图1)，因此锌合金中的初晶铝相逐渐增多，初晶锌相减少且得到细化，初晶铝相是一种面心立方结构相属于锌合金中的强化相且塑性较好，初晶铝相的增多不但提高锌合金的硬度和强度，还提高合金的塑性和韧性，益于延长压铸锌合金的使用寿命。而常规的变质处理，是在熔融的合金中直接加入含有对锌相起形核作用的粒子，虽然细化了锌相，却未能促使强化相铝相的形成、细化，达不到同等条件反向变质处理的效果。Α1-5Τ -Β的加入量范围是0. 2wt%-2wt%,当Al_5Ti_B的加入量小于0. 5wt%时， 压铸锌合金的抗拉强度、硬度、冲击韧性和延伸率随着加入量的增加而增加；当Α1-5 -Β 的加入量达到0. 5wt%时，压铸锌合金具有最好的综合性能；当Α1-5 -Β的加入量超过 0. 5wt%时，压铸锌合金的抗拉强度和硬度随着加入量的增加而增加，但是其冲击韧性和延伸率却随着加入量的增加逐渐降低。本发明的优点是变质后的压铸锌合金力学性能显著提高，其中抗拉强度最大可提高四.1%、硬度提高22. 4%、延伸率提高43. 9%。特别是经变质处理后的锌合金冲击韧性最大可以提高133%。能为用户生产出满足性能要求的高品质压铸锌合金产品。
图1表示常规变质处理和反向变质处理后合金共晶点的异同示意图，从图中可以明显的看出经过反向变质处理后锌合金的共晶点成分偏向锌一侧，UnA14Y压铸锌合金成分由亚共晶转变成过共晶，促进强化相-初生铝相的形成；
图2是不同变质剂量变质后的UnA14Y压铸锌合金显微组织对比SEM图，从图2 (a)可以明显看出原始组织由灰白色的初生树枝晶n-ai相和共晶组织组成；加入锌合金总重量 0. 的变质剂后，合金组织中粗大的n-ai相由树枝状变成了细小的菊花状，且数量有明显的减少，如图2(b)所示；当变质剂的量达到0.5%的时，共晶组织数量增多，而初生II-Zn 相数量急剧减少，并且有少量的点状α-Al出现，如图2(c)所示；当变质剂的量达到0.8% 的时，组织中有较多均勻分布的黑色团絮状初生α-Al相析出，如图2(d)所示；当变质剂的量达到1. 3%的时，团絮状初生α -Al相转变成菊花状，如图2(e)所示；当变质剂的量达到m的时，除存在菊花状初生α -Al相外，还出现了数量较多的细小颗粒状α -Al相；如图 2 (f)所示；
图3是采用不同质量百分比的变质剂反向变质后的UnA14Y压铸锌合金的拉伸试样断口形貌图，从图中可以看出，未变质的UnA14Y压铸锌合金的断口存在较多的粗大解理面， 这些粗大的解理面是由粗大的初生n-ai断裂造成的；当Α1-5 -Β加入量达到0. 5wt. % 时，断口面上粗大的解理面明显减少，出现大量的细小的解理面，并且有较细小的撕裂脊出现，证明变质后初生n-Zn的数量减少、尺寸变小，而共晶组织增多，当Al-5Ti-B的量达到 0. 8wt%时，断口上又出现较多的尺寸较大的解理面，这些解理面对应于初生的α -Al相。
具体实施例方式实施例1 将Α1-5 -Β变质剂按锌合金总重量的0.洲在680°C加入到完全熔化的 UnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温10分钟，然后在560°C浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图2 (b)所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的2号合金，抗拉强度提高9. 1%，延伸率提高14. 6%，硬度提高3. 4%，冲击韧性提高55. 4%。实施例2 将Α1-5 -Β变质剂按合金总重量的0. 5%在680°C加入到完全熔化的 UnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温10分钟，然后在560°C浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图2 (c)所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的3号合金，抗拉强度提高17. 3%，延伸率提高43. 9%，硬度提高6. 2%，冲击韧性提高133%。试棒断口扫描电镜照片如图三(b)所示。实施例3 将Α1-5 -Β变质剂按合金总重量的0. 8%在680°C加入到完全熔化的 UnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温10分钟，然后在560°C浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图2 (d)所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的4号合金，抗拉强度提高19. 5%，延伸率提高31. 7%，硬度提高11. 2%，冲击韧性提高87. 11试棒断口扫描电镜照片如图3 (c)所示。实施例4 将Α1-5 -Β变质剂按合金总重量的1. 3%在680°C加入到完全熔化的 UnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温10分钟，然后在560°C浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图2 (e)所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的5号合金，抗拉强度提高25%，延伸率提高26. 8%，硬度提高19. 7%，冲击韧性提高66. 5%。实施例5 将Α1-5 -Β变质剂按合金总重量的洲在680°C加入到完全熔化的 UnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温10分钟，然后在560°C浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图2 (f)所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的6号合金，抗拉强度提高29. 1%，延伸率提高19. 5%，硬度提高22. 4%，冲击韧性提高33. 7%。表一是不同变质剂量反向变质后的UnA14Y压铸锌合金的力学性能数据，从表中可以明显的看出，经过反向变质处理后的锌合金与未变质处理的锌合金相比，力学性能有了显著的提高。当Α1-5 -Β加入量达到0. 5wt. %时，变质处理后的锌合金具有最佳的综合机械性能。表一不同变质剂量变质后的UnA14Y压铸锌合金的力学性能
权利要求
1.一种UnA14Y压铸锌合金的反向变质处理方法，其特征在于(1)预热石墨坩埚至暗红色，然后升温至650°C完全熔化锌合金；(2)升温至670°C-690°C，加入工业Al_5Ti_B变质剂进行反向变质处理，搅拌均勻，保温5-10分钟；(3)降温至550°C_600°C，静置5分钟后浇铸。
2.如权利要求1所述的一种UnA14Y压铸锌合金的反向变质处理方法，其特征在于 所述工业Α1-5 -Β变质剂的加入量为UnA14Y压铸锌合金重量的0. 2wt%_2wt%。
3.如权利要求2所述的一种UnA14Y压铸锌合金的反向变质处理方法，其特征在于 所述工业Α1-5 -Β变质剂的加入量为UnA14Y压铸锌合金重量的0. 5wt%。
4.如权利要求1所述的一种UnA14Y压铸锌合金的反向变质处理方法，其特征在于 所述工业Α1-5 -Β变质剂的重量百分比组成是Ti 5. 0 %，B :1. 0%，Al 余量。
全文摘要
本发明涉及压铸锌合金，特指一种ZZnAl4Y压铸锌合金的反向变质处理方法，其特征在于在锌合金熔化过程中加入含变质、细化α-Al相的变质剂，如Al-5Ti-B(Al-5wt.%Ti-1wt.%B)中间合金。变质后的压铸锌合金力学性能显著提高。其中抗拉强度最大可提高29.1%、硬度提高22.4%、延伸率提高43.9%。特别是经变质处理后的锌合金冲击韧性最大可以提高133%。能为用户生产出满足性能要求的高品质压铸锌合金产品。
文档编号C22C18/00GK102433452SQ20111044123
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘亚, 吴长军, 涂浩, 王建华, 苏旭平, 黄剑锋 申请人:常州大学