专利名称：一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法
技术领域：
本发明公开了一种铸态锌铝合金材料的均勻化热处理方法；属于金属材料热处理 技术领域。
背景技术：
ZA27合金是一种含Al为25. 0 28. Owt %的锌铝合金，由于具有较高的抗拉强度 和硬度、较好的阻尼性能、较好的耐磨减摩性能、较好的切削加工性能，且熔点低，熔炼耗能 低，生产效率高，制造成本低，因而日益受到人们的重视，目前在美、加、德、英、日、俄等工业 发达国家均得到广泛应用，应用最多的是代替青铜合金作为耐磨材料，或代替铝和铸铁作 压铸件。到目前为止，锌铝合金材料已成功地用于各种轴瓦、轴套、涡轮、压力机用螺母、防 磁仪表零部件、汽车零件外壳、拉伸模具等诸多方面，具有很强的市场竞争力。随着经济发展和应用领域的拓展，对锌铝合金的性能提出了更高的要求，但目前 开发的锌铝合金普遍存在尺寸稳定性差、铸态下塑性和韧性较低、枝晶偏析严重等缺点，严 重地阻碍了合金的应用与发展。这是由于合金结晶温度范围宽(492 380°C)，凝固过程 中固、液相的成分变化大，铸态组织的枝晶偏析严重。合金开始凝固时，结晶晶粒中的Al含 量较高，随着晶粒的长大，多余Zn被排在液相中，随后结晶的固相中Zn含量就较高，对某一 晶粒来说，其心部Zn含量低，而外部Zn含量高。由于显微偏析，后期凝固的液体中Zn含量 较高，接近共晶成分时，可能以共晶方式凝固，出现非平衡共晶组织，这种组织在热力学上 是亚稳定的，有自动向平衡状态转化的趋势，铸态合金组织及性能不稳定正是这种自动过 程的体现。此外，由于铸态组织晶界处存在富Cu的亚稳ε相，在自然时效过程中将发生 α + ε -T' +η四相反应，生成稳定的T'相，这种转变会导致明显的体积膨胀，降低合金 的尺寸稳定性，同时晶界富Cu相还可导致晶间腐蚀。目前，ΖΑ27合金常采用的热处理方式 为230 250°C保温3h后空冷，由于热处理温度低，无法完全消除合金枝晶偏析及非平衡共 晶相，塑韧性仍不能满足要求。因此，对一定成分的合金铸锭进行均勻化热处理，最大限度消除非平衡组织及枝 晶偏析，提高材料组织成分的均勻性，充分发挥合金元素的有利作用，无疑是提高锌铝合金 力学性能的有效途径。但是，目前尚未见到有关铸态ZA27合金均勻化热处理工艺的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种工艺方法简单、操作方便、有效 改善锌铝合金铸件组织成分均勻性、提高锌铝合金铸件塑性及尺寸稳定性的铸态锌铝合金 材料的均勻化热处理方法。本发明一种铸态锌铝合金材料的均勻化热处理方法，是采用下述方案实现的将铸态ZA27合金放入加热炉中，加热至330 360°C，保温8 24h，随炉冷却。本发明中，所述加热炉是电阻炉。本发明由于采用上述工艺方法，直至晶界处的富Cu相基本固溶于基体中，非平衡共晶相及枝晶偏析大部分或全部消除，然后随炉冷却。温度控制通过程序实现自动控制。本发明的均勻化热处理工艺可使ZA27合金在不过多降低铸态合金强度的条件 下，较大幅度的提高合金的塑性，伸长率从铸态的7. 8%增加到了 10%以上。铸态ZA27合金均勻化热处理过程的本质是通过原子的扩散达到成分均勻，消除 枝晶偏析和非平衡共晶相。将铸态合金加热至330 360°C，能最大程度的提高原子扩散能 力，使组织成分充分均勻化，较快地完成由非平衡向平衡状态的转化过程，随着富Cu相的 消除，ZA27合金的尺寸稳定性显著提高，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，塑性指标明显上升，材料的力学性能和成型性能得到明显改善。但在 较低温度下热处理，由于原子扩散能力不足，非平衡相及富Cu相无法充分溶解，合金的成 分均勻性也不能得到明显改善，导致合金的塑韧性及尺寸稳定性不能满足要求。本发明的优点在于1、由于合金非平衡共晶相及枝晶偏析的消除，铸态ZA27合金的成分均勻性得到 明显改善，塑性显著提高。2、由于晶界处富Cu相的溶解，铸态ZA27合金的尺寸稳定性显著提高。综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便、有效改善锌铝合金铸件组织成分均勻 性、提高锌铝合金铸件塑性及尺寸稳定性。通过提高Cu元素在基体中的固溶程度，提高材 料尺寸和性能的稳定性，同时最大限度的减少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料组织的 均勻性，改善合金塑性。适于工业化生产，有效改善铸态铝合金的力学性能，拓展其应用范 围。
附图1是对比例未进行均勻化处理的铸态ZA27合金SEM照片。附图2是本发明实施例1均勻化处理后铸态ZA27合金SEM照片。附图3是本发明实施例2均勻化处理后铸态ZA27合金SEM照片。附图4是本发明实施例3均勻化处理后铸态ZA27合金SEM照片。附图5是本发明实施例4均勻化处理后铸态ZA27合金SEM照片。
具体实施例方式下面将参照附图，通过实施例对本发明进一步说明，而不会限制本发明。对比例将成分为Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量为 Zn 的 ZA27 合金铸锭放入电阻炉 中，加热至240°C，保温3h，然后出炉空冷。对热处理后的合金进行组织观察及力学性能测 试，参见附图1，ZA27合金组织存在明显的枝晶偏析，枝晶网胞间分布着大量的β+ η共晶 组织，晶界处分布着较多粗大的白色富Cu相。力学性能指标见表1。实施例1将成分为Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量为 Zn 的 ZA27 合金铸锭在电阻炉中 进行均勻化热处理，随炉升温加热至360°C，保温12h，然后随炉冷却。对均勻化处理后铸态
4ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图2，与对比例相比，本实施例均勻化处理 后的铸态ZA27合金组织中，非平衡共晶β相基本消失，晶界处富Cu的ε相已经基本消除， 枝晶偏析大大减少。本实施例均勻化处理后的铸态ΖΑ27合金力学性能指标见表1。实施例2将成分为Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量为 Zn 的 ZA27 合金铸锭在电阻炉中 进行均勻化热处理，随炉升温加热至330°C，保温24h，然后随炉冷却。对均勻化处理后铸态 ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图3，与对比例相比，本实施例均勻化处理 后的铸态ZA27合金组织中，非平衡共晶β相基本消失，出现明显的层片状形貌及不连续析 出物，说明此时β相已发生共析反应而转变成α+ η，另外初生α相形貌发生变化，通过调 幅分解，初生α相转变为组织细小的α+ η层片状组织，同时晶界处的ε相有所减少，形 态从长条形变为椭圆形，但仍然比较粗大。本实施例均勻化处理后的铸态ΖΑ27合金力学性 能指标见表1。实施例3将成分为Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量为 Zn 的 ZA27 合金铸锭在电阻炉中 进行均勻化热处理，随炉升温加热至360°C，保温8h，然后随炉冷却。对均勻化处理后铸态 ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图4，与对比例相比，本实施例均勻化处理 后的铸态ZA27合金组织中，初生α相开始转变为组织细小的层片状组织，同时晶界处富Cu 的ε相的数量大大减少，而且分布得更加弥散、细小。本实施例均勻化处理后的铸态ΖΑ27 合金力学性能指标见表1。实施例4将成分为Al 26. Owt %, Cu 2. 3wt %, Mg 0. 018wt %, Fe < 0. 07wt %, Pb
<0. 004wt%, Cd < 0. 003wt%, Sn < 0. 002wt%，余量为 Zn 的 ZA27 合金铸锭在电阻炉中 进行均勻化热处理，随炉升温加热至360°C，保温24h，然后随炉冷却。对均勻化处理后铸态 ZA27合金进行组织观察及力学性能测试，参见附图5，与实施例1的组织相比，组织并未发 生明显变化，说明继续延长保温时间对合金组织的影响不大。本实施例均勻化处理后的铸 态ZA27合金力学性能指标见表1。表1实施例及对比例的力学性能 表1的结果表明，实施例1和实施例3的组织及力学性能较为理想，实施例2中晶 界处的富Cu相比较粗大，说明此时均勻化温度偏低，实施例4由于均勻化时间过长，不适于 工厂生产的要求，由此可知，合金铸锭在360°C均勻化8 12h后，不仅可以最大限度的提高 合金的尺寸稳定性，同时又能减少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料组织的均勻性，改善 合金塑性。
权利要求
一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法，其特征在于将铸态ZA27合金放入加热炉中，加热至330～360℃，保温8～24h，随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的一种铸态锌铝合金材料的均勻化热处理方法，其特征在于 所述加热炉为电阻炉。
全文摘要
一种铸态锌铝合金材料的均匀化热处理方法，将成分质量百分含量为Al 25.0～28.0wt％，Cu 2.0～2.5wt％，Mg 0.015～0.020wt％，Fe＜0.07wt％，Pb＜0.004wt％，Cd＜0.003wt％，Sn＜0.002wt％，Zn余量的铸锭进行均匀化热处理，加热温度为330～360℃，保温8～24h，然后随炉冷却。本发明工艺方法简单、操作方便、有效改善锌铝合金铸件组织成分均匀性、提高锌铝合金铸件塑性及尺寸稳定性。通过提高Cu元素在基体中的固溶程度，提高材料尺寸和性能的稳定性，同时最大限度的减少枝晶偏析及非平衡共晶相，提高材料组织的均匀性，改善合金塑性。适于工业化生产，有效改善铸态铝合金的力学性能，拓展其应用范围。
文档编号C22F1/16GK101892446SQ20101023007
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者刘洋, 李红英, 武岳, 赵延阔 申请人:中南大学;湖南有色金属控股集团有限公司