鋁含量對(duì)鑄造鋅合金流動(dòng)性及力學(xué)性能的影響

張新莊 李海龍

摘 要：為了研究鋁含量對(duì)鑄造鋅合金流動(dòng)性及力學(xué)性能的影響，本文對(duì)不同鋁含量的鑄造合金，進(jìn)行了流動(dòng)性及力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果表明：隨著鋁含量的增加流動(dòng)性呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，當(dāng)鋁含量為5%時(shí)，微觀組織為鋅鋁共晶相，流動(dòng)性最佳，而隨著鋁含量增加抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與流動(dòng)性正相反，當(dāng)鋁含量為5%時(shí)抗拉強(qiáng)度最差，抗拉強(qiáng)度為239MAP。

關(guān)鍵詞：鑄造鋅合金 鋁含量 抗拉強(qiáng)度 流動(dòng)性

中圖分類號(hào)：TG441.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（c）-0110-03

鑄造鋅合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能和機(jī)加工性能，在機(jī)械行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用[1-4]。鑄造鋅合金在壓鑄成型過程中，其流動(dòng)性影響著鑄件的充型能力，流動(dòng)性差導(dǎo)致鑄件充型不足，鑄件致密性差、存在縮松及縮孔現(xiàn)象，影響其使用性能；同時(shí)，鑄造鋅合金要擁有著較好的力學(xué)性能，諸如抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性等，保證鑄件的使用壽命；而鋁含量影響著鑄造鋅合金流動(dòng)性及力學(xué)性能。。

本實(shí)驗(yàn)通過在鑄造鋅合金中加入不同含量的鋁來澆鑄成型。通過電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）來測(cè)試合金的成分，探討鋁含量對(duì)鑄造鋅合金流動(dòng)性及力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原材料

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：井式坩堝電阻爐、高純度石墨坩堝、石墨攪拌棒、電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）、金相顯微鏡、拉伸試驗(yàn)機(jī)。

（2）原材料：豫光0#鋅、99.7鋁、99.6鎂、精煉劑-氯化銨。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)采用井式坩堝電阻爐制備Zn-x%Al-0.045%Mg合金（如表1所示），首先爐子加熱至200℃，將石墨坩堝放入爐內(nèi)，保溫15min，取出坩堝，在坩堝內(nèi)壁涂抹一層滑石粉，之后放入爐內(nèi)，溫度加熱至550℃，將一定量的鋅錠放入坩堝；待鋅錠熔化后，將一定量的鋁加入坩堝，保溫25min（攪拌輔助熔化），熔化后加入鎂塊，切勿使鎂漂于熔液上方，隨后加入氯化銨造渣，將溫度升到570℃～580℃左右，保溫30min。當(dāng)溫度降至450℃～470℃時(shí)即進(jìn)行澆鑄，模具提前預(yù)熱到50-60℃左右，每種合金在澆鑄之前需對(duì)元素含量進(jìn)行ICP化驗(yàn)（用車床將試樣車20g左右樣絲），化驗(yàn)合格后方可澆鑄成型。將澆鑄好的試樣機(jī)加工，進(jìn)行金相觀察、流動(dòng)性、力學(xué)性能測(cè)試；

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鋁含量對(duì)鑄造鋅合金微觀組織的影響

分別對(duì)含3%鋁、5%鋁、6%的鑄造鋅合金進(jìn)行了金相檢測(cè)，通過金相組織觀察，3%鋁的鑄造鋅合金組織為富鋅相+鋅鋁共晶組織（如圖1a、1b所示），5%鋁的鑄造鋅合金組織為鋅鋁共晶組織（如圖1c、1d所示），6%鋁的鑄造鋅合金組織為富鋁相+鋅鋁共晶組織（如圖1e、1f所示）。

2.2 鋁含量對(duì)鑄造鋅合金流動(dòng)性的影響

通過自制的流動(dòng)性檢測(cè)裝置（如圖2），分別對(duì)含鋁3%、5%、6%的鑄造鋅合金進(jìn)行了流動(dòng)性檢測(cè)；在相同的環(huán)境及條件下，完成澆鑄并測(cè)量其螺旋流動(dòng)曲線，結(jié)果如圖3所示，經(jīng)過測(cè)量，3%鋁的螺旋線長(zhǎng)度為955mm，5%鋁的螺旋線長(zhǎng)度為1040mm，6%鋁的螺旋線長(zhǎng)度為915mm，如表2所示；所以，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，流動(dòng)性最好的樣品是5%鋁鑄造鋅合金，其次是3%鋁鑄造鋅合金，最差的是6%鋁鑄造鋅合金。

2.3 鋁含量對(duì)鑄造鋅合金抗拉強(qiáng)度的影響

分別對(duì)含鋁3%、5%、6%的鑄造鋅合金進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，每種含量進(jìn)行3組拉伸試驗(yàn)，求3組平均值作為每種鋁含量的抗拉強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示，含3%鋁的鑄造鋅合金抗拉強(qiáng)度為260MPa，含5%鋁的鑄造鋅合金抗拉強(qiáng)度為249MPa，含6%鋁的鑄造鋅合金抗拉強(qiáng)度為260MPa。

3 分析

由金相組織觀察可知，不同鋁含量的鑄造鋅合金其微觀組織不同，5%鋁的鑄造鋅合金組織主要為鋅鋁共晶，共晶組織以層片狀存在（如圖1c，1d所示），且對(duì)應(yīng)的熔點(diǎn)較低，故在一定鋁含量范圍內(nèi)共晶點(diǎn)的流動(dòng)性最好，如圖3所示，5%鋁的鑄造鋅合金流動(dòng)性最好；通過流動(dòng)性及抗拉強(qiáng)度綜合分析，鋁含量對(duì)鑄造鋅合金的流動(dòng)性及抗拉強(qiáng)度呈反比關(guān)系（如圖4所示）。

4 結(jié)論

（1）鋁含量影響著鑄造合金的流動(dòng)性：隨著鋁含量的增加，流動(dòng)性呈先增加后減弱的趨勢(shì)，當(dāng)鋁含量為5%時(shí)，其微觀組織為鋅鋁共晶，呈層片狀存在，流動(dòng)性最佳。

（2）隨著鋁含量的變化，鑄造鋅合金的抗拉強(qiáng)度隨之變化：鋁含量增加，其抗拉強(qiáng)度呈減弱后增強(qiáng)的趨勢(shì)，當(dāng)鋁含量為5%時(shí)抗拉強(qiáng)度最小。

（3）隨著鋁含量增加，鑄造鋅合金的流動(dòng)性及抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)相反。

參考文獻(xiàn)

[1] 高存貞，楊滌心，謝敬佩，等.高鋁鋅合金研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].熱加工工藝，2010，39（7）：23-26.

[2] 張照超，黃福祥，阮海光，等.Ce對(duì)鋁鋅合金組織和性能的影響[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，31（2）：56-61.

[3] 涂梭，樊自田，劉富初，等.鋅合金壓鑄用二元復(fù)合水溶性鹽芯的制備與性能[J].工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（11）：1692-1698.

[4] 郭亞希，謝敬佩，王文焱，等.Ti、B對(duì)ZA27合金組織及力學(xué)性能的影[J].熱加工工藝，2009，38（5）：39-40.