Ce和Sr对压铸锌合金组织与力学性能的影响.pdf

C e和 S r 对压铸锌合金组织与力学性能的影响 李秀华 ， 刘海峰 ， 吕 伟 ， 刘震磊 1 ．沈阳航空工业学院 航空宇航学院， 辽宁 沈阳1 1 0 1 3 6 ； 2 ．中国一汽铸造有限公司 技术中心， 吉林 长春1 3 0 0 1 1 摘要 研究了高压铸造条件下 ， 富 c e稀土和 s r 的添加对锌合金凝固组织与力学性能 的影响。结果表明， 在压铸 条件下， 富 c e 稀土和 s r 能优化压铸件微观组织， 细化晶粒， 抑止杂质元素的有害影响， 使其力学性能得到提高。 关键词 锌合金； 凝固组织 ； 力学性能； 压铸 中图分类号 T G1 4 6 ． 1 ； T Gl 1 3 文献标识码 A 文章编号 0 2 5 4 40 5 1 2 0 0 7 0 9 - 0 0 8 1 - 0 2 Effe c t s o f Ce a nd Sr o n M i c r o s t r uc t ur e a n d M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f Zi n c Al l o y f o r Di e Ca s t i ng L I X i u ． h u a ， L I U Ha i ． f e n g ， L t We i ， L I U Z h e n - l e i 1 ． C o l l e g e o f A e r o s p a c e E n g i n e e ri n g ， S h e n y a n g I n s t i t u t e o f A e r o n a u t i c a l E n g i n e e ri n g ， S h e n y a n g L i a o n i n g 1 1 0 1 3 6 ， C h i n a ； 2 ． R D C e n t e r ， F A W F o u n d r y C o ． ， L t d ． ， C h a n g c h u n J i l i n 1 3 0 0 1 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e e f f e c t s o f a d d i n g c e rium - ric h r a r e e a r t h a n d s t r o n t i u m e l e me n t s o n s o l i d i f i e d mi c r o s t r u c t u r e a nd me c ha n i - c a l p r o p e rti e s o f z i n c a l u mi n u m a l l o y u n d e r d i e c a s t i n g we r e s t ud i e d ． Th e r e s u l t s s h o w t ha t t h e a d d i t i o n o f Ce RE a n d S r t o t h e a l l o y s c a n e ffic i e n t l y o p t i mi z e t h e mi c r o s t r u c t u r e， fin e t h e g r a i n s a n d i n h i b i t e t h e h a r mf u l a f f e c t o f t h e i mp u rit i e s t o t h e d i e c a s t i n g s， t h e r e f o r e i mp r o v e t h e me c ha n i c a l p r o p e rti e s o f t h e a l l o y s ． Ke y wo r d s z i n c a l l o y；s o l i d i f i e d mi c r o s t r uc t u r e；me c h a n i c a l p r o pe rti e s ；d i e c a s t i n g 与其它有色合金相 比， 锌合金具有优异 的铸造性 中间合金， 待铝锭全部熔化后 ， 升 温至7 5 0 c c左右 ， 分 能及 良好的力学性能 。但是锌合金在 使用过程 中， 存 批加入锌块 ， 待锌块全部熔化后 ， 进行扒渣 ， 并加入镁 在韧性差 、 晶间易腐蚀 、 尺寸 不 稳定 等 问题。G B ／ T 和稀土中间合金或 A l - s r中间合金 ， 最后搅拌均匀， 降 1 3 8 1 8 1 9 9 2 压 铸 锌 合 金 的力 学 性 能标 准 中 的 温至 4 0 0～ 4 5 0 c c压铸 。 Y X 0 4 1 压铸锌合金的抗拉强度为2 5 0 3 0 0 M P a ， 伸长 采用6 3 0 t 的冷室压铸机来压铸 1 模4件的试样， 率 ≤1 ％ ， 国外同牌号的压铸锌合金 的抗拉强度 ≥3 0 0 其 中包括两根室温拉伸试棒 ， 测试段长度 1 0 0 m m， 直 M P a ， 伸长率≥3 ％。与国外相 比， 国产压铸锌合金力 径 6 mm； 1根 拉 伸 蠕 变 试 棒 ， 测 试 段 d p l 0 m m x 学性能较差的主要原 因是 国产电解锌 的质量较差 ， 其 1 0 0 m m， 1 根 5 mm 5 m m x 9 0 m m棒状试样 如 图 1 控制的杂质种类 和含量都不如 国外产 品 。本文在 所示 。采用 I C P原 子发射光谱 仪分析锌合金成分 ， 国产 高品质 电解锌锭的基础上 ， 通过 添加稀土 c e和 采用 P G M3型光 学显微镜 进行金 相组织 观察； 采用 s r 来改善压铸锌合金组织 引， 试 图提高其使用性能。 WE 2 0型力学性能试验机进行力学性能测试 。试验合 l 试验材料及 方法 金成分如表1 所示。 试验原料为锌锭、 A 1 - 1 0 ％C u合金、 工业镁锭 、 混 合稀土金属 5 5 C e - 2 0 L a ． 1 5 P r 混合稀土 、 A 1 ． 1 0 ％S r 合 金。熔炼设备为 1 2 k W 坩埚 电阻炉和钢制坩埚 。试 验以 Z n A 1 4 1压铸锌合金 3 ． 9～ 4 ． 2 A 1 、 0 ． 7 3～1 ． 2 5 C u 、 0 ． 0 3 0 ． 0 6 M g 、 余量为z n ， 质量分数， ％ 为基础， 加入 适量混合稀土和 s r ， 以研究对合金金相组织及力学性 能的影响。其 中 s r和稀土 以中间合金形式加入。熔 炼工艺为 首先将坩埚加热到暗红色 ， 放人铝锭和铝铜 作者简介 李秀华 1 9 6 6 一 ， 女， 河北抚宁人， 高级工程师， 硕 士， 主要从事金属板材成型性能测试方面的实验教学工作 ， 发 表论文 l 0余篇。联 系电话 1 3 1 6 6 6 0 1 9 6 5 ， 0 2 4 8 9 7 2 3 7 4 4 E ma i l l i x i u h u a 9 9 1 6 3 ． e o m 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 4 - 2 6 1 压铸锌合金试样 Fi g ．1 Di e c a s t e d z i n c a l l o y s a mp l e s 2 试验结果及分析 2 ． 1 力学性能 试验合金的力学性能如表 1 所示 取 3次平均 值 。由表 1 可见， 采用杂质含量最低的1 号试样来配 金属热处理 2 0 0 7年第 3 2卷第 9 期 8 1 维普资讯 制合金 ， 尽管其主要成分 已经符合 A S T M B 7 9 3 1 9 9 5 金属板成型模用铸造锌合金锭 ， 但是其伸长率只有 0 ． 5 ％， 远远低于该标准之规定。经分析认为， 其主要 原因可能是合金原料的杂质含量超标 ， 如果不在现有 合金的基础上进行成分改进， 消除杂质影响 ， 无法满足 伸长率的要求。 表1 试验合金的化学成分 质量分数， ％ 及力学性能 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n ％a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o ft h e t es t a l l o y s 试样编号 A l C u Mg C e S r ／ MP a 6 ％ N0 ．1 4． 1 0 I _ 0 0 0． 0 6 一 一 3 1 0 0 ． 5 N0 ． 2 4． 1 0 1 ． 0 0 0． 0 6 0． 5 3 1 6 1 ． 8 3 N0 ． 3 4． 1 0 1 ． 0 0 0． 0 6 1 ． 0 3 6 2 4． 8 由表 1可知 ， 添加 0 ． 5 ％C e以后 ， 锌合金的伸长率 明显提高， 超过 1 ． 5 ％， 但仍然没有满足 A S T M的要 求 。添加 0 ． 2 5 ％C e 0 ． 2 5 ％S r 时的伸长率也有提高 ， 但仍然较低 。而添加 1 ． 0 ％C e 对伸长率产生 了明显 的 作用 ， 合金的伸长率已经接近 5 ％ ， 达到标准要求。 2 ． 2 显微 组 织 含 4 ％A 1 左右的压铸锌合金 属于亚共 晶合金 ， 凝 固时首先析出初生富锌固溶体 B相， 随后于约 3 8 0℃ 发生共晶反应 ， 形成由 B相和 相组成 的层片状共晶 体。进一步冷却时从 B相中析出 A I ， 相则在低于共 析温度 2 7 5 c I 二 时转变为由 相和 B相组成 的共析 体。图2 示出了不同成分压铸锌合金的显微组织。可 见未添加合金元 素的锌合金 的显微 组织为粗大的 B 相 和共晶组织 图 2 a ， 添加 0 ． 5 ％C e和 0 ． 2 5 ％C e 0 ． 2 5 ％S r 后 ， 合金显微组织中的 B相和共晶组织细小 且分布趋向均匀 ， 共 晶区域增加 ， 整个组织显得较为均 匀 图 2 b ， d 。添加 1 ． 0 ％C e的合金显微组织 中， 无论 是在初生的 B相还是共 晶相均 比其它成分的合金细 小 、 弥散 、 圆钝 、 均匀 图 2 c ， 细小而均匀 的组织对应 着良好的力学性能， 这说明经稀土处理后的压铸锌合 金将具有较好的力学性能。 图2 不同成分压铸锌合金的显微组织 F i g ． 2 Mi c r o s t r u c t u r e s o f t h e t e s t a l l o y s a N 0 ． 1 s a m p le b N o ． 2 s am p l e c N o ． 3 s a mp l e d N o ． 4 s am p l e 仕 狐t i o n a n d s w e l l i n g o f z i n c a l u m i n u mal l o y s [ J ] ． T r ans a c ti o n s o f ’ 加稀土能显著改变压铸锌合金的金相组织 ， A m e a n s t u t e o f M i 试 n g a J 1 d 讪u r g y ， 9 9 。 ’ 6 优化组织结构， 细化晶粒， 抑制杂质元素的有害影响。 I 2 3 薛 涛 ，古文全， 龚品林． 稀土对压铸锌合金金相组织及 2 添加 1 ％C e 元素后， Z n A 14 1 压铸锌合金的伸 力学性能的影响[ J ] ． 中国稀土学报， 1 9 9 8 ， 1 6 3 长率达到 4 ． 8 ％。 2 3 0 参考文献 [ 3 ] 李亚国， 朱奕庆， 薛涛， 等． 铈对 Z Z n 4 - 1 锌合金性能和 『 1 ] B r a v e r H E， P e i r c e W M． T h e e fi e c t o f i m p u r i t i e s O O o x i d a ． 微观组织的影响[ J ] ． 中国稀土学报， 1 9 9 9 ， 1 6 3 3 7 3 8 2 金属热处理 2 0 0 7年第 3 2卷第 9期 维普资讯