变形Zn-2%Al合金的时效处理与力学性能变化的关系

  高铝锌合金由于具有良好的力学性能和优异的电气性能指标,是部分黄铜产品的理想替代品,长期以来一直受到人们的广泛关注。由于锌合金难于塑性加工的特性,有关锌铝合金的研究大部分集中于重力铸造和压铸加工。高铝锌合金中由于锌在铝中容易形成过饱和固溶体、脱溶沉淀和四相反应等亚稳转变对时效过程中的硬度变化起到决定性的作用。

  由于高铝合金特有的凝固动力学特性和铸造特点,决定了铸造组织都为粗大的非平衡态结构,材料表现为尺寸不稳定、韧性差和性能低的问题。改善锌合金的塑性加工性质和提高力学性能是材料科学家不懈的追求。本文选择低铝的ZA2合金,采用热挤压变形的方法制造变形锌合金棒材,通过时效处理的方法以期改善锌合金的综合使用性能。并探究锌合金的时效变形机理,为变形加工锌铝合金的进一步应用打下基础。

  实验所用ZA2合金成分为Zn-2Al(质量分数,%)。使用纯度为99.95%的工业纯锌和工业纯铝,先将该合金在10kg中频熔炼炉内熔炼成Φ85mm×150mm的铸锭,记为试样1#,再将铸锭车成Φ80mm×100mm的挤压坯料,在315T立式挤压机上挤压出准Φ14.5mm的棒材,挤压比为28,挤压温度280℃,记为试样2#。对挤压态棒材试样进行不同温度(150、250和350℃)保温不同时间(1、3、3.5、5和7h)的退火处理,热处理试验在箱式电阻炉中进行。

  变形ZA2合金的时效退火处理过程中会发生择优取向,出现针状的取向组织。并且会发生明显的退火硬化现象,退火温度的升高可明显提高合金的显维硬度。ZA2合金的变形机理取决于晶界滑动和晶粒的转动,而不是位错密度增殖理论。退火过程中出现的针状析出物,阻止了基体的均匀性和连续性,起到提高硬度的作用。