一种变形锌铝钒合金的热处理方法技术

本发明专利技术属于有色金属材料加工技术领域，具体涉及一种变形锌铝钒合金的热处理方法。本发明专利技术所述变形锌铝钒合金的热处理方法，采用一种包含急冷循环淬火的多道次反复热处理，即：对经过热、冷塑性加工的锌铝钒合金半制品，在100～190℃下保温0.5～2.0小时，出炉进行急冷淬火；然后重新加热至100～190℃保温0.5～2.0小时，出炉急冷淬火。如此重复进行至少2次热处理。经这种特殊热处理后锌铝钒合金室温抗拉强度超过402MPa，断后伸长率达10％以上。与普通热处理方法相比，本发明专利技术使锌铝钒合金抗拉强度提高60％以上，并保持良好塑性。因此，该热处理方法具有很好的工程价值。

【技术实现步骤摘要】
一种变形锌铝钒合金的热处理方法
本专利技术属于有色金属材料加工
，具体涉及一种变形锌铝钒合金的热处理方法。
技术介绍
我国锌资源丰富，锌及锌合金具有熔点低、加工能耗小、综合性能良好的优点。目前，锌合金已在五金、卫浴、机械、建材、装饰、仪器仪表、纪念币等方面获得广泛应用，同时锌合金在很多方面还具有潜在的应用前景。随着对锌合金的深入研究与应用，目前已形成铸造锌合金和变形锌合金两大类，而获得广泛应用的变形锌合金结构材料主要是Zn-Al系和Zn-Cu系两个系列，其中含铝10％的Zn-10Al合金应用最多，并已被国内企业注册为ZAT10。该合金尽管具有多方面的优良性能，但综合力学性能仍然不够理想，现有Zn-Al合金室温抗拉强度普遍为260MPa左右，断后延伸率为40-60％，作为综合力学性能要求较高的结构件，其服役过程中因受载能力低及尺寸的稳定性不足，使之应用受到限制。本专利专利技术人通过在锌铝基体中添加高熔点钒元素，尝试提高该合金综合力学性能，其室温抗拉强度可提高至360MPa，但是断后延伸率降至3.9％。材料的抗拉强度虽然有所提高，但韧性降低，脆性提高，综合力学性能仍然不理想。锌的熔点为419.5℃,锌合金在100-200℃可发生相变，因此该合金的热处理温度相对较低，经热处理后，该合金常规冷却方法多采用随炉或空冷方式，合金强度、塑性和抗蠕变性都比较低，难以作为结构材料在工程上应用。关于这个问题，目前尚未见到有相关领域的研究和报道。
技术实现思路
针对现有技术中变形锌铝合金综合性能较低的问题，本专利技术的目的在于提供一种同时具有优异抗拉强度、屈服强度、断后延伸率的变形锌铝钒合金的热处理方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，是将锌铝钒合金铸坯经均匀化处理及塑性变形后，进行至少2次不超过190℃的保温和急冷，所述急冷速度大于等于30℃/s。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，不超过190℃的保温和急冷的次数为2-6次。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，保温温度为100-190℃，保温时间为0.5-2小时；优选保温温度为120-170℃，保温时间为0.5-1.5小时；更优选保温温度为为140-170℃，保温时间为0.8-1.5小时。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，急冷速度为30-100℃/s；优选为45-100℃/s；更优选为60-100℃/s。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，急冷冷却介质选择冰水、液氮中的一种。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，合金铸坯经均匀化处理工艺参数为：320-380℃保温6-12小时。。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，均匀化处理后的坯件进行塑性变形，所述塑性变形选自热塑性变形及冷塑性变形；所述热塑性变形选自热轧、热挤压、热拉拔中的一种；所述冷塑性变形冷轧、冷挤压、冷拉拔中的一种；所述塑性变形的总变形量≥90％。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，所述锌铝钒合金包括下述组分，按质量百分比组成：铝9.80～10％，钒0.05～1.00％，钛0.01～0.60％，铜0.05～1.00％，余量为锌。作为进一步的优选，所述锌铝钒合金以质量百分比计，包括如下组分：铝9.80～9.85％，钒0.50～0.80％，钛0.01～0.06％，铜0.50～0.90％，余量为锌。本专利技术一种变形锌铝钒合金的热处理方法，处理后的变形锌铝钒合金性能指标如下：室温抗拉强度≥402MPa；断后延伸率≥10.4％；屈服强度≥369MPa。原理和优势本专利技术涉及的一种变形锌铝钒合金的热处理方法，通过对热、冷塑性加工锌铝钒合金进行急冷淬火的多道次反复热处理，最大限度消除非平衡组织，提高材料组织成分的稳定性，充分发挥合金元素的有利作用，有效提高锌铝合金力学性能。对本专利所采用的锌钒铝合金进行X射线衍射实验，变形锌铝钒合金主要包括富锌η相、α+η层片状、胞状及粒状组织、非平衡β(ZnAl)相，其中η相为富锌相，α相为富铝相，β相为ZnAl相，以及很多AlnVm、AlZn等相，如附图一所示。专利技术人发现，采用常规热处理后的合金，(α+η)胞状和粒状组织显著增多，合金基体组织较均匀及稳定。然而常规热处理中，随炉冷或空冷的冷却速率较低，合金加热保温状态下的固溶相AlnVm、AlZn等易团聚粗化，从而降低了对位错和晶界的钉扎作用，造成合金强度、塑性和抗蠕变性能降低。经本专利技术的特殊热处理后，第二相团聚问题得到一定程度的解决，合金中形成一些均匀弥散分布的细小第二相颗粒，可有效钉扎位错和晶界，从而使该合金的强度得到提高，并保持了良好的延展性。实验表明，经此热处理后，该合金室温抗拉强度超过400MPa，断后延伸率达10％以上，屈服强度达到360MPa以上；与未经此热处理方法处理的传统Zn-10Al合金比，室温抗拉强度提高60％以上，屈服强度提高60％以上，且塑性指标相当；与未经本专利技术热处理方法处理的锌铝钒合金比，室温抗拉强度提高17％，断后延伸率提高1.8倍以上，屈服强度提高20％以上。因此，可以承受更高的载荷，并具有一定的韧性，应用前景更为广阔。而对于目前己报道的锌铝钒合金，其在抗拉强度方面，经过钒的添加，其抗拉强度方面有所改善，但是对于屈服强度来说改善有限，且断后延伸率也较低，而在材料的应用过程中，考虑的是材料的综合性能，如，即使抗拉强度再高，如果屈服强度达不到，材料也会过早失效，以致于使之应用受到限制。而过本专利技术多级循环急冷淬火处理的热处理工艺后，可使得锌铝钒合金的力学性能同步上升。本专利技术与现有Zn-10Al合金以及未经本热处理方法处理的锌铝钒合金相比具有下列优点和效果：1.良好的韧性：本专利技术涉及一种锌铝钒合金，采用一种包含急冷淬火的多道次反复热处理后，断后延伸率超过10％以上，且室温抗拉强度超过400MPa。与未采用该热处理方法的锌钒铝合金比，断后延伸率提高1.8倍。而现有的Zn-10Al合金虽然断后延伸率可达40-60％，但其室温抗拉强度普遍只有260MPa左右。2.较高的室温抗拉强度：实验表明，在相同条件下与未采用急冷淬火的多道次反复热处理的锌铝钒合金相比，本专利技术的室温抗拉强度提高17％；在相同条件下与未采用该热处理方法的普通Zn-10Al合金相比，本专利技术的室温抗拉强度提高60％。3.优异的屈服强度：在相同条件下与未采用冰水急冷淬火的多道次反复热处理的锌铝钒合金相比，本专利技术的室温屈服强度提高20％以上；在相同条件下与未采用该热处理方法的普通Zn-10Al合金相比，本专利技术的室温屈服强度提高60％以上。附图说明附图1为本专利技术实施例用的锌钒铝合金X射线衍射分析结果。附图2为专利技术对比例2的锌钒铝合金金相图。附图3为专利技术实施例1的锌钒铝合金金相图。从附图1的X射线衍射分析结果可以看出：变形锌铝钒合金主要包括富锌η相、α+η层片状、胞状及粒状组织、非平衡β(ZnAl)相，其中η相为富锌相，α相为富铝相，β相为ZnAl相，以及很多AlnVm、AlZn等相。从附图2的金相图可以看出，采用现有常规热处理(随炉冷却)处理后的锌钒铝合金基体组织，由于常规热处理中，随炉冷或空冷的冷却速率较低，合金加热保温状态下的固溶相AlnVm、AlZn等易团聚粗化，降低了对位错和晶界的钉扎作用，造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变形锌铝钒合金的热处理方法，是将锌铝钒合金铸坯经均匀化处理及塑性变形后，进行至少2次不超过190℃的保温和急冷，所述急冷速度大于等于30℃/s。

【技术特征摘要】
1.一种变形锌铝钒合金的热处理方法，是将锌铝钒合金铸坯经均匀化处理及塑性变形后，进行至少2次不超过190℃的保温和急冷，所述急冷速度大于等于30℃/s。2.根据权利要求1所述的一种变形锌铝钒合金的热处理方法，其特征在于：不超过190℃的保温和急冷的次数为2-6次。3.根据权利要求1所述的一种变形锌铝钒合金的热处理方法，其特征在于：保温温度为100-190℃，保温时间为0.5-2小时。4.根据权利要求1所述的一种变形锌铝钒合金的热处理方法，其特征在于：急冷速度为30-100℃/s。5.根据权利要求1所述的一种变形锌铝钒合金的热处理方法，其特征在于：急冷冷却介质选择冰水、液氮中的一种。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种变形锌铝钒合金的热处理方法，其特征在于：合金铸坯经均匀化处理工艺参数为：320-380℃保温6-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：林高用，刘昕怡，谭鑫，钟叶清，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43