[发明专利]一种新型多元耐热疲劳锌基合金

说明书

技术领域

本发明涉及锌铝合金材料，特指一种能够明显提高锌基合金热疲劳性能的多元锌基合金。

背景技术

目前对合金热疲劳研究主要以耐热钢和高温合金为研究重点，而对锌基合金的研究相对较少。铸造锌基合金由于具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、密度较低、热导率和电导率适中、极限抗拉强度高、耐磨性好、承载性好、无磁性、碰撞时不产生火花、减振降噪性能和成本较低，广泛应用于各个领域，并带来显著的经济效益。对锌铝合金的大量研究表明，通过微量元素合金化，能够缩小结晶温度间隔，改善合金铸造性能，增加热脆区的强度和塑性，细化晶粒等，均可在一定程度上提高合金的热疲劳性能。热疲劳性能与合金在凝固过程中的力学行为、晶界状态以及合金在凝固过程中的自身特点有密切关系。文献[1](蔡强.《锌合金》.中南工业大学出版社，1987，50～62.)发现稀土元素超过0.15％后组织得到细化，还会出现一些块状物。文献[2](赵浩峰等.《铸造锌合金及其复合材料》.中国标准出版社，2002，3：52～53.)研究发现在锌铝合金(ZA27)中加入稀土和硅后，组织中出现一些颗粒状的第二相，这些物相分布在晶界及枝晶间阻止晶粒长大。然而直到现在，人们对锌基合金热疲劳的认识仍不是很全面，国内锌基合金热疲劳的定量研究还比较落后，生产实践中的热疲劳问题也没有得到彻底解决。

综上可见，目前对锌铝合金热疲劳性能进行系统的研究较少。本发明针对这一问题，开发出一种能够明显提高锌铝合金热疲劳性能的多元锌基合金。

发明内容

一种多元耐热疲劳锌基合金，其特征在于，Si：2.5～3.5％，RE：0.1～0.27％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.1～0.2％，Cr：0.1～0.2％，Al：40～46％，Cu：2.0～3.0％，Mg：0.01～0.02％，余量为Zn。

对于以上成分可优选为Si：3.0％，RE：0.2％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.15％，Cr：0.15％，Al：43％，Cu：2.5％，Mg：0.015％，余量为Zn。

附图说明

图1为热疲劳试样示意图

图2冷热循环与疲劳裂纹的关系

具体实施方式

实施例1：

选择锌铝合金成分为(1号试样)，Si：2.5％，RE：0.1％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.1％，Cr：0.1％，Al：40％，Cu：2.0％，Mg：0.01％，余量为Zn。熔炼工艺为：在感应熔炼电炉中先加入铝锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、锌锭和适量的Si、Ni-Ti合金，待完全熔化后，充分搅拌，加入适量的RE，在700～750℃时保温5min使各元素均匀化，而后用钟罩压入镁条以减少烧损率。用0.2％的锌合金除气精炼剂进行除气精炼，静置10min后扒渣，待温度为650～670℃时浇注，然后制成如图1所示的试样。

采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致。通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度。试样在室温25℃至250℃之间进行加热与冷却的热循环。采用计数器进行自动计数。试验步骤：(1)调整并保持炉温250℃，水温20℃(流动自来水)；(2)快速加热试样；(3)加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数；(4)对于研究热疲劳裂纹萌生的试样，每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，记下试样裂纹萌生循环次数，观察并对裂纹的萌生位置照相；(5)对于研究热疲劳裂纹扩展的试样，每循环400次，取下试样，抛光并测量表面裂纹长度。当缺口处裂纹达到萌生长度以后，每循环200次测量裂纹长度和表面硬度，在此过程中对裂纹形貌观察并照相。试验结果见表1和图2。

实施例2：

选择锌铝合金成分为(2号试样)，Si：3.5％，RE：0.27％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.2％，Cr：0.2％，Al：46％，Cu：3.0％，Mg：0.02％，余量为Zn。熔炼工艺和热疲劳试验同实施例1，试验结果见表1和图2。

实施例3

选择锌铝合金成分为(3号试样)，Si：3.0％，RE：0.2％，Ni-Ti(Ni50％，Ti50％)：0.15％，Cr：0.15％，Al：43％，Cu：2.5％，Mg：0.015％，余量为Zn。熔炼工艺和热疲劳试验同实施例1，试验结果见表1和图2。

对比例