鋅鋁合金的組織性能優(yōu)化及相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文針對(duì)我國(guó)煉鋅企業(yè)在開(kāi)發(fā)高性能鋅鋁合金面臨的技術(shù)瓶頸，瞄準(zhǔn)國(guó)際上鋅鋁合金研究開(kāi)發(fā)的最新發(fā)展趨勢(shì)，分別對(duì)壓鑄鋅鋁合金、重力鑄造鋅鋁合金以及熱鍍鋅鋁合金展開(kāi)研究，為生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的高性能鋅鋁合金提供技術(shù)支撐，對(duì)我國(guó)資源的綜合利用及現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　鋅鋁合金具有熔點(diǎn)低、熔煉耗能少、流動(dòng)性好、常溫強(qiáng)度優(yōu)良等特點(diǎn)，可以滿足不同用戶的使用需求，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而國(guó)產(chǎn)鋅鋁合金普遍存在塑韌性較差、雜質(zhì)含量高、尺

2、寸穩(wěn)定性差、耐蝕性較差等缺陷，因此開(kāi)展鋅鋁合金的相關(guān)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究具有重要意義。論文采用金相、掃描電鏡、X射線衍射以及流動(dòng)性測(cè)試、力學(xué)性能測(cè)試、耐蝕性測(cè)試等方法，系統(tǒng)研究了不同Al含量對(duì)鋅鋁合金流動(dòng)性、力學(xué)性能以及耐腐蝕性能的影響，微合金化對(duì)ZnAl4壓鑄鋅鋁合金的微觀組織及力學(xué)性能的影響，熱變形、熱處理對(duì)ZA27重力鑄造鋅鋁合金微觀組織及力學(xué)性能的影響，以及RE對(duì)Zn-5％Al合金耐蝕性的影響。主要結(jié)論如下:
　　1.研

3、究了不同Al含量對(duì)鋅鋁合金微觀組織、流動(dòng)性、力學(xué)性能以及耐腐蝕性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)Al含量為4％時(shí)，合金流動(dòng)性較好，抗拉強(qiáng)度較高，適用于壓鑄力學(xué)性能要求不高的零部件，當(dāng)Al含量為27％時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度最高，適用于制備具有一定性能要求的零部件，當(dāng)Al含量為5％時(shí)，合金流動(dòng)性好、耐蝕性好，適用于制備防腐用鍍層。
　　2.研究了微量Zr、Sr對(duì)ZnAl4合金硬度、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌度以及微觀組織的影響，結(jié)果表明，Zr可有效細(xì)化η-Zn

4、枝晶，縮短枝晶網(wǎng)胞間層片組織的片層間距，Zr與Al、Zn原子反應(yīng)，在枝晶網(wǎng)胞間生成Al2ZnZr，起到釘扎晶界的作用，Zr還可俘獲雜質(zhì)元素Fe，降低雜質(zhì)Fe對(duì)合金性能的有害影響，當(dāng)Zr的添加量為0.1％時(shí)，實(shí)驗(yàn)合金的綜合力學(xué)性能最好。Sr有效細(xì)化η-Zn枝晶，Sr還與Zn結(jié)合生成SrZn13，起到釘扎晶界的作用，當(dāng)Sr的添加量為0.1％時(shí)，實(shí)驗(yàn)合金的綜合力學(xué)性能最好。
　　3.采用FLOW-3D壓鑄模擬軟件，通過(guò)表面缺陷追蹤模擬分

5、析，確定了ZnAl4合金充型過(guò)程中各階段的氧化夾雜的位置。通過(guò)正交壓鑄模擬試驗(yàn)，分別得出溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、速度場(chǎng)以及表面缺陷分布狀況的模擬結(jié)果，確定了最佳的壓鑄工藝參數(shù):澆注溫度為420℃，壓射速度為2.5m/s，模具溫度200℃。
　　4.通過(guò)熱壓縮實(shí)驗(yàn)研究ZA27合金的熱變形行為，得到了不同變形溫度和應(yīng)變速率條件的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，建立了ZA27合金熱塑性變形的流變應(yīng)力數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出了用Z參數(shù)表達(dá)的流變應(yīng)力方程:σ=142.

6、86ln{（Z/1.81×107)1/5.21+[（Z/1.81×107）2/5.21+1]1/2}
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出的材料常數(shù):n=5.21，α=0.007，A=1.81×1010s-1，變形激活能Q=109.39kJ/mol，Z=(ε)exp(13157/T)。采用改進(jìn)的Arrhenius模型及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立了ZA27合金的本構(gòu)關(guān)系，并在實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可更好地反映ZA27合金的熱變形行為。結(jié)合

7、熱加工圖分析及微觀組織觀察結(jié)果，合金的最佳熱加工參數(shù)區(qū)為250～350℃的變形溫度和0.1～1 s-1的應(yīng)變速率。
　　5.確定了ZA27合金的最佳熱處理工藝，最佳均勻化工藝為360℃/12h，爐冷，枝晶偏析及非平衡共晶相基本消除，塑性得到有效改善。最佳固溶工藝為365℃/1h，水淬，實(shí)驗(yàn)合金得以充分固溶，α相、η相基本溶入基體。較優(yōu)的時(shí)效工藝為140℃/1h，空冷，時(shí)效析出相數(shù)量多、尺寸小、分布均勻，合金的綜合力學(xué)性能得到顯著提

8、高。
　　6.研究了不同含量RE對(duì)Zn-5％Al合金鍍層耐蝕性的影響，Zn-5％Al-RE系合金鍍層在中性鹽霧實(shí)驗(yàn)條件下的腐蝕產(chǎn)物主要為ZnO、Zn(OH)2、 Zn5(OH)8Cl2·H2O、Zn5(OH)6(CO3)2、 Al2(OH)5Cl·2H2O。當(dāng)RE的添加量達(dá)到0.1％后，隨著RE含量的增加，鍍層的自腐蝕電流密度逐漸下降，當(dāng)RE的添加量為0.6％時(shí)，腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)致密細(xì)小且均勻，自腐蝕電流密度最低，電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct最