模具用Zn-Al-Cu合金的耐老化问题.pdf

第6 I 卷第2 期 2O O9 年5 月 有色金属 N o n f e r m u sM e t a l s V 0 1 ．6 l 。N o ．2 M a v20O9 模具用Z n A l C u 合金的耐老化问题 磋飞 上海第二工业大学，上海2 0 1 2 0 9 摘要针对目前国内使用的锌合金模具材料存在老化的问题，研究不同稀土含量对锌合金 z 洲1 ．c u 。o 老化的影响。结果 表明，模具用耐老化锌合金的最佳稀土含量为0 ．1 ％。 关键词金属材料；锌合金；模具材料；稀土 中图分类号T G l 4 6 ．1 3 ；T G l 3 3 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 1 一0 2 1 1 2 0 0 9 0 2 一0 0 2 1 一0 3 目前国内常用的制造模具锌合金为Z n 一～．C u 系合金，存在着比较严重的老化现象，影响其广泛使 用。锌合金的老化，就是锌合金铸件在铸造后或使 用过程中，含铝过饱和的a 相分解为a 相和8 相的 过程，在这个转变过程中伴随着体积膨胀，在合金内 部产生很大内应力，使合金的塑性降低，发生变脆的 现象⋯。稀土在铸钢、铸铁和铝合金等中能起到有 益的作用，并产生了明显的经济效益，而我国稀土资 源丰富，因此探索研究稀土对锌合金的组织与性能 的影响，不断提高与改善其使用性能，扩大其使用范 围是非常有意义和价值的。 1实验方法 1 ．1 试验材料 锌合金对有害杂质的作用极为敏感，为了保证试 验数据的可靠性，均采用纯度较高的原材料1 号锌 锭，1 号电解铜，0 0 号纯铝，铝一钛一硼丝 尚m 1 B ，1 号镁锭，稀土材料为纯度9 8 ％以上，含L a 4 5 ％以上的 稀土，精炼剂采用氯化锌化学纯原料。 1 ．2 熔铸设备 5 k w 电阻炉一个、石墨坩埚两个、电阻炉温度 控制器一台、金属铸造模一个、接触调压器一台以及 其他一些熔铸试验的必备用具。 1 ．3 熔铸工艺流程 熔铸工艺流程如图1 所示。 1 ．4 中间合金的制备 铜的熔点1 0 8 3 ℃，直接加入很难熔化均匀。因 此，必须以中间合金的方式加入，从～一C u 状态图和 收稿日期2 0 0 7 0 3 一0 6 作者简介张飞 1 9 7 8 一 ，男，安徽灵璧县人，讲师，硕士，主要从 事模具与数控等方面的研究。 C u ．Z n 状态图可知，把铜先制作成含C u 3 0 ％的～． C u 中间合金最为合适，在此组分下，中间合金的熔 点只有5 4 8 ℃，组分稳定，无成分偏析，但试验目的 是制取Z n A l l 4 C u l 0 ，铝铜含量比较接近，参考上述 两状态图，制作成含C u 5 0 ％的～．C u 中间合金比较 合适。制备含铜为5 0 ％的A l ，C u 中间合金，采取先 熔化铝，后熔化铜的工艺方法。当温度升到铝的熔 点6 6 0 ℃以上时，铝不断熔化，此时将铜浸入铝液 中，铜不断与液体铝发生合金化作用，加速铜的熔 化。在8 0 0 ℃条件下，铜可以在铝完全熔化后的1 h 左右完全熔化，并形成铜铝中间合金。 图l合金熔炼工艺流程【2 】 F i g ．1 S c h e m eo fa l l o ym e i t i n gp r o c e s s e s 1 ．5 熔铸步骤 将石墨坩埚内壁涂上一层水玻璃和氧化锌的混 合液，以防止杂质的混入，并预热到4 0 0 ～5 0 0 ℃。 加入9 0 ％的Z n 使其熔化后，全部中间合金以及余 下的A l 依次加入炉内熔化。控制温度在7 0 0 ℃用 铝箔包住M g 压入合金溶液底部，至M g 和～熔化 完全。加入铝钛硼和稀土待完全熔化后加入余下的 锌并搅拌，待温度降到6 0 0 ℃时精炼、静置、扒渣，待 温度冷到5 5 0 ℃左右浇铸。金属模在浇铸前要先预 热到2 0 0 ℃左右，与合金液直接接触的工具都涂上 水玻璃和氧化锌的混合液。 万方数据 有色金属 第6 1 卷 2 试验结果与讨论 2 ．1 耐腐蚀试验 采用1 0 0 ℃水蒸汽6 0 h 加速腐蚀方法，用自制 的蒸汽装置，用精确度为0 ．1 m g 的电子天平称量， 试验结果如图2 所示。由图2 结果可见，稀土含量 为0 ．1 ％的合金耐腐蚀性能最好。 2 ．2 合金的金相组织观察 镶样是在X Q 一2 金相镶嵌机上进行，试样规格 为忆2 m m 1 5 m m 。腐蚀剂用0 ．5 ％的H F 酸，在 M N M 一8 M 金相照相机上进行，并选取具有代表性 的组织进行拍照，照片如图3 所示。 图2R e 含量对锌合金腐蚀增重的影响 F i g ．2 I n n u e n c e0 fR Ec o n t e n to n ∞n 拂i o n w - e i g h tg a i no fZ na l l a y a 一Z r l A l l 4 C u l o ； b 一Z r u U l 4 C u I o R E o0 5 ； c 一z n A l l 4 c u l o R Ed ‘d 一z n A l l 4 c “l o 瓯．2 ； e 一Z n A l l 4 C u l o R E 0 ．4 ； f 一Z n A l C “l o R E 0 ．6 图3 合金显微组织5 0 0 F i g ．3M i c r o S t r u c t u r e So fa l l o y5 0 0 2 ．3 分析讨论 从图3 的金相照片可见，不同的稀土含量所得 到的合金组织的晶粒大小不同，其中含稀土0 ．1 ％ 的合金晶粒明显小于其他成分的合金。根据金属学 原理，当原子半径差的相对值大于1 5 ％时，只能形 成固溶度很小的固溶体，因此在缓慢冷却条件下，稀 土在铸态锌合金中的存在形式主要是与A l ，C u ，M g 形成稳定性极高的化合物，这些化合物熔点较高，在 液态合金中首先析出，做为活性质点，成为合金的非 自发晶核，增加了晶粒数，抑制晶粒的长大、细化晶 粒，这就使合金在结晶过程中，过饱和程度显著降 低。在时效过程中，它们同样阻碍原子扩散，阻止新 相析出，防止老化⋯。另一方面，有文献旧J 研究显 示，在没加稀土的锌合金中由于腐蚀电池的作用，极 易发生腐蚀，在合金组织中，存在着沿晶粒边界连续 分布的富C u 的网状结构，而在晶界附近地区则形 成贫铜区。在贫铜区与非贫铜区之间存在着相当大 的电位差。贫铜的晶界附近地区成为阳极，而非贫 铜的晶粒内部成为阴极。在大阴极小阳极的情况下 作为阳极的晶界处发生严重的腐蚀。而试验得出 Z n A l l 4 C u l o 合金中加入了0 ．1 ％的稀土，使得合金耐 蚀性得到改善，可能是减少这种沿晶界分布的连续 网状结构，也就降低了腐蚀电池的作用。 万方数据 第2 期 张 飞模具用Z n 一～．C u 合金的耐老化问题2 3 3 结论 麓篆衾篙磊 善盍訾喜嚣衾妻 试验中制备的Z 州1 4 C u l o 合金中加入O ．1 ％的0 ．0 9 2 ％，大大地提高了锌合金的抗老化能力。 参考文献 [ 1 ] 冉旭．稀土对锌一铝．铜合金组织性能的影响[ J ] ，吉林工学院学报，1 9 9 9 ，2 0 4 3 4 3 7 ． 【2 ] 陈一胜，落穆莱。李祥鸿，等．高强度稀土锌基模具合金的研制[ J ] ．南方冶金学院学报，1 9 9 5 ，1 6 1 6 2 7 1 ． [ 3 ] 田卫平，亢若谷，彭茂公，等．稀土对锌铝合金Z r 测一2 7 性能的改善[ J ] ．云南冶金，2 0 0 2 ，3 l 4 4 5 5 0 ． A n t i - a g e i n gP h e n o m e n 蚰o fZ n ．A I C uM o u MA o y z H A N GF e i 跳n g 加iS 啪以P 0 伽枷挖缸U 7 z i 御百妇，s J l 鲫加口i2 0 12 0 9 ，饶i 嬲 A b s t r a c t T h ee f f e c to ft h er a r e ．e a n hc o n t e n to nt h ea g e i n gp h e n o m e n o no fz i n c - b a s ea l l o y Z n 趟1 4 C u l o i no r d e rt o S o l V et h ea g e i n gp r o b l e mo fz i n ca l l o yr n o u l du s e di nC h i n aa tp r e s e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a lR ec o n t e n ti nZ n A l - C ua l l o yi s0 ．1 ％． K e y w o r 凼m e t a lm a t e r i a l ；z i n c - b a s ea l l o y ；m o l d i n gm a t e r i a l ；r a r ee a r t h 上接第2 0 页。C 。n t i n u e df r o mp ．2 0 P r o c 髑so fo n eD i eF o u rH o l 俗S m a l IB o 他S 即t i o n a IB a rC O N F o R M Y A NM i 孔0 ．W UP 飘g ．弹≯ 1 ．h 玎玎口卵 乃≠，缈P 脚w 如L 以，K H 札，，l i 订g6 5 0 1 0 2 ，C J z i 7 z 口；2 ．S 缸据K 斛k 6 D r 口￡D r y 如rn 6 砌f 加口耐 P m 洒s 矿N D ，2 弦r r 0 榔M 如如， m 黝ZR B s 阳r 曲h 站如乱钯如rN 。咖r r o “sM 每缸厶，B 嘶i 馏1 0 0 0 8 8 ，C h i 凇 A b s t m c t o n ed i ew i t hf o u rh o l e si sa d o p t e d ．T h ep r o b l e n l0 fs m a l lb o r eS e c t i o n a lb a rc o n f o n nw i t hg r 。0 v ec o n f o n n m a c h i n ei ss e t t l e db yu s i n go n ed i ew i t hf o u rh o l e sm e a s u r e ．T h ep r c H d u c t i o na n dd i el i f ea r ei m p r o v e dw i t hf o u r h o l e sd i e ．A n dt h ef l a s h ∞u l db er e d u c e d ．I naw o r d ，∞s to ft h es m a l lb o r es e c t i o n a lb a rp 托d u c t i o nw o u l db e d e c r e a s e d ，s ot h i sw a yh a sv a l u ei np r a c t i c e ． K e y w o s m e t a lm a t e r i a l ；s i n g l eg r o o V ec O n f 0 珊p r o c e s S ；o n ed i ew i t hr n o r eh o l e s ；a n t i ．b o n d i n ga p p a r a ． t u s m u l t i t h r e a de x t r u s i o n 万方数据