热处理工艺对锌合金组织的影响范文

摘要：

通过力学性能测试、扫描电镜等试验，研究锌合金经过热处理后的组织和性能。结果表明：热处理后锌合金晶粒细化，由等轴状的η(Zn)相、共晶组织以及第二相组成；200～350℃热处理3h随炉冷却使共晶组织由片层状转变为颗粒状；较好的热处理工艺是350℃保温3h，随炉冷却，锌合金的抗拉强度达到190MPa，伸长率达到10%。

关键词：

热处理；锌合金；组织；力学性能

我国锌矿资源丰富，分布广泛，品位高，因此，研究开发锌合金，以低成本的锌代替其他昂贵的有色金属，具有明显的经济效益和社会效益[1-2]。锌合金具有熔点低，铸造、机械加工性能好等特点，同时，耐磨损，低能耗，无污染，所以在很多领域应用广泛，但是在对铸件进行冷弯整形时，其塑韧性低，会导致铸件开裂[3-7]。为了提高锌合金的力学性能，本文通过对锌合金进行不同工艺的热处理，研究其对合金组织和性能的影响。

1试验方法

1.1热处理工艺结合锌合金相图和本试验合金，制定热处理工艺：加热温度分别为200、250、300和350℃，保温时间3h，随炉冷却。将锌合金试样放入真空管式炉中进行热处理。

1.2组织及性能检测制备金相试样时，用不同粒度的金相砂纸依次打磨后进行抛光腐蚀，在OlympusBX41M金相显微镜下观察金相；拉伸试验在AG-X万能电子实验机上进行；硬度测试采用显微硬度计；采用Philips-X300的扫描电镜观察断口形貌。

2试验结果及分析

2.1热处理对合金组织的影响图1为锌合金经不同温度热处理后的合金组织。当加热温度在200℃时，η(Zn)相粗大呈现等轴状，类似树枝，它与片层状的共晶组织交错生长，并且有少量第二相存在，如图1(a)所示。当加热温度升高到250℃时，等轴状的η(Zn)相开始细化，共晶组织开始由片层状向颗粒状转变，第二相有所增加且聚集在η(Zn)相附近。加热温度为300℃时，η(Zn)相进一步细化，颗粒状的共晶组织增加，片层状的共晶组织围绕在η(Zn)相周围，同时聚集在η(Zn)相周围的第二相增多。继续升高加热温度到350℃，共晶组织呈现颗粒状，并且η(Zn)相逐渐溶入共晶组织中，如图1(d)所示。另外，通过能谱分析，第二相主要是由Zn、Al两种元素组成。

2.2热处理对合金力学性能的影响由图2可看出，随温度的升高，合金的抗拉强度由200℃时的155MPa升高至350℃时的190MPa，抗拉强度呈现出了逐渐升高的趋势，并且从250℃开始抗拉强度的上升趋势较快，由160MPa直接升至175MPa；同时，随温度的升高，合金的伸长率总体呈现上升的趋势，由200℃时的5.2%上升至350℃时的10%，其中，在250℃时伸长率降低至4.6%，可能是由于合金在铸造时存在缺陷所导致的，这也反映出合金的铸造质量对其力学性能影响比较大。表1为热处理温度对锌合金硬度的影响。可看出，经不同温度热处理后，合金的硬度是先增大后减小，由200℃时的47.12HV升高至300℃时的48.62HV，随后又降低至350℃时的43.36HV。结合试验合金热处理后的显微组织发现，当加热温度逐渐升高，第二相增多，使合金的硬度升高，同时在此过程中共晶组织由片层状转变为颗粒状，η(Zn)相逐渐溶入共晶组织中，硬度降低，组织更加均匀，使合金的力学性能提高。

2.3断口分析图3是热处理后锌合金拉伸试样断口的SEM形貌。根据拉伸试验的结果，选取250℃和350℃的试样断口进行SEM扫描。由图3(a)可以看出，合金晶粒粗大，断口上出现平台，有明显的河流花样，晶界处有相互平行的撕裂台阶；从图3(b)中看出，加热温度为350℃时，断裂方式为穿晶解理断裂，相较于图3(a)的晶粒明显细化，并且在晶界处出现韧窝，断裂面凹凸不平。通过对不同加热温度的断口形貌对比可以看出，350℃热处理能够使晶粒更加细化，在力学性能上的表现为伸长率升高至10%，抗拉强度升高至190MPa，这说明合理的热处理工艺可以改善锌合金的塑性。

3结论

(1)锌合金经不同温度的热处理后，其晶粒细化程度不同，随加热温度的升高，共晶组织由片层状转变为颗粒状，η(Zn)相逐渐溶入共晶组织中，第二相增多且聚集在等轴状的η(Zn)相附近。(2)锌合金经热处理后，抗拉强度和伸长率都有所提高，硬度是先增大后减小，当加热温度为350℃时，抗拉强度和伸长率最高，分别达到190MPa和10%，硬度低至43.36HV。

参考文献:

[1]田荣璋．锌合金[M]．长沙：中南大学出版社，2010．

[2]高仑．锌与锌合金及应用[M]．北京：化学工业出版社，2011．

[3]顾春雷，张伟强，金花子，等．锌及锌合金研究及应用现状[J].有色金属，2003，55(4)：44-47．

[4]杨涤心，高存贞，谢敬佩，等．Cu含量对高铝锌合金组织和性能的影响[J]．铸造技术，2010，31(11)：1448-1451．

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

[6]李荐，匡旭光，姚建军，等．热处理对高强变形锌合金ZAT10组织与性能的影响[J]．中南大学学报，2011，42(11)：3303-3308.

[7]王泾文．含铝量对锌铝合金组织和性能的影响[J]．热加工工艺，2014，43(24)：40-43.

作者：成佳 史庆南 起华荣 张海杰 单位：昆明理工大学 材料科学与工程学院 北车兰州机车有限公司