熱處理工藝對鋅合金組織的影響范文

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摘要：

通過力學性能測試、掃描電鏡等試驗，研究鋅合金經過熱處理后的組織和性能。結果表明：熱處理后鋅合金晶粒細化，由等軸狀的η(Zn)相、共晶組織以及第二相組成；200～350℃熱處理3h隨爐冷卻使共晶組織由片層狀轉變為顆粒狀；較好的熱處理工藝是350℃保溫3h，隨爐冷卻，鋅合金的抗拉強度達到190MPa，伸長率達到10%。

關鍵詞：

熱處理；鋅合金；組織；力學性能

我國鋅礦資源豐富，分布廣泛，品位高，因此，研究開發鋅合金，以低成本的鋅代替其他昂貴的有色金屬，具有明顯的經濟效益和社會效益[1-2]。鋅合金具有熔點低，鑄造、機械加工性能好等特點，同時，耐磨損，低能耗，無污染，所以在很多領域應用廣泛，但是在對鑄件進行冷彎整形時，其塑韌性低，會導致鑄件開裂[3-7]。為了提高鋅合金的力學性能，本文通過對鋅合金進行不同工藝的熱處理，研究其對合金組織和性能的影響。

1試驗方法

1.1熱處理工藝結合鋅合金相圖和本試驗合金，制定熱處理工藝：加熱溫度分別為200、250、300和350℃，保溫時間3h，隨爐冷卻。將鋅合金試樣放入真空管式爐中進行熱處理。

1.2組織及性能檢測制備金相試樣時，用不同粒度的金相砂紙依次打磨后進行拋光腐蝕，在OlympusBX41M金相顯微鏡下觀察金相；拉伸試驗在AG-X萬能電子實驗機上進行；硬度測試采用顯微硬度計；采用Philips-X300的掃描電鏡觀察斷口形貌。

2試驗結果及分析

2.1熱處理對合金組織的影響圖1為鋅合金經不同溫度熱處理后的合金組織。當加熱溫度在200℃時，η(Zn)相粗大呈現等軸狀，類似樹枝，它與片層狀的共晶組織交錯生長，并且有少量第二相存在，如圖1(a)所示。當加熱溫度升高到250℃時，等軸狀的η(Zn)相開始細化，共晶組織開始由片層狀向顆粒狀轉變，第二相有所增加且聚集在η(Zn)相附近。加熱溫度為300℃時，η(Zn)相進一步細化，顆粒狀的共晶組織增加，片層狀的共晶組織圍繞在η(Zn)相周圍，同時聚集在η(Zn)相周圍的第二相增多。繼續升高加熱溫度到350℃，共晶組織呈現顆粒狀，并且η(Zn)相逐漸溶入共晶組織中，如圖1(d)所示。另外，通過能譜分析，第二相主要是由Zn、Al兩種元素組成。

2.2熱處理對合金力學性能的影響由圖2可看出，隨溫度的升高，合金的抗拉強度由200℃時的155MPa升高至350℃時的190MPa，抗拉強度呈現出了逐漸升高的趨勢，并且從250℃開始抗拉強度的上升趨勢較快，由160MPa直接升至175MPa；同時，隨溫度的升高，合金的伸長率總體呈現上升的趨勢，由200℃時的5.2%上升至350℃時的10%，其中，在250℃時伸長率降低至4.6%，可能是由于合金在鑄造時存在缺陷所導致的，這也反映出合金的鑄造質量對其力學性能影響比較大。表1為熱處理溫度對鋅合金硬度的影響。可看出，經不同溫度熱處理后，合金的硬度是先增大后減小，由200℃時的47.12HV升高至300℃時的48.62HV，隨后又降低至350℃時的43.36HV。結合試驗合金熱處理后的顯微組織發現，當加熱溫度逐漸升高，第二相增多，使合金的硬度升高，同時在此過程中共晶組織由片層狀轉變為顆粒狀，η(Zn)相逐漸溶入共晶組織中，硬度降低，組織更加均勻，使合金的力學性能提高。

2.3斷口分析圖3是熱處理后鋅合金拉伸試樣斷口的SEM形貌。根據拉伸試驗的結果，選取250℃和350℃的試樣斷口進行SEM掃描。由圖3(a)可以看出，合金晶粒粗大，斷口上出現平臺，有明顯的河流花樣，晶界處有相互平行的撕裂臺階；從圖3(b)中看出，加熱溫度為350℃時，斷裂方式為穿晶解理斷裂，相較于圖3(a)的晶粒明顯細化，并且在晶界處出現韌窩，斷裂面凹凸不平。通過對不同加熱溫度的斷口形貌對比可以看出，350℃熱處理能夠使晶粒更加細化，在力學性能上的表現為伸長率升高至10%，抗拉強度升高至190MPa，這說明合理的熱處理工藝可以改善鋅合金的塑性。

3結論

(1)鋅合金經不同溫度的熱處理后，其晶粒細化程度不同，隨加熱溫度的升高，共晶組織由片層狀轉變為顆粒狀，η(Zn)相逐漸溶入共晶組織中，第二相增多且聚集在等軸狀的η(Zn)相附近。(2)鋅合金經熱處理后，抗拉強度和伸長率都有所提高，硬度是先增大后減小，當加熱溫度為350℃時，抗拉強度和伸長率最高，分別達到190MPa和10%，硬度低至43.36HV。

參考文獻:

[1]田榮璋．鋅合金[M]．長沙：中南大學出版社，2010．

[2]高侖．鋅與鋅合金及應用[M]．北京：化學工業出版社，2011．

[3]顧春雷，張偉強，金花子，等．鋅及鋅合金研究及應用現狀[J].有色金屬，2003，55(4)：44-47．

[4]楊滌心，高存貞，謝敬佩，等．Cu含量對高鋁鋅合金組織和性能的影響[J]．鑄造技術，2010，31(11)：1448-1451．

[5]MiroslavB，SlobodanM，BranislavJ．TheinfluenceofheattreatmentontheslidingwearbehaviorofaZA-27alloy[J].TribologyInternational，2010，(43)：16-21．

[6]李薦，匡旭光，姚建軍，等．熱處理對高強變形鋅合金ZAT10組織與性能的影響[J]．中南大學學報，2011，42(11)：3303-3308.

[7]王涇文．含鋁量對鋅鋁合金組織和性能的影響[J]．熱加工工藝，2014，43(24)：40-43.

作者：成佳 史慶南 起華榮 張海杰 單位：昆明理工大學 材料科學與工程學院 北車蘭州機車有限公司