一种能提高热疲劳性能的锌铝铜镍钼锰合金制造技术

一种能提高热疲劳性能的锌铝铜镍钼锰合金，属于锌铝合金制备技术领域，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钼中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%、Ni0.4-0.5%、Mo0.3-0.4%、Mn0.2-0.3%、复合变质剂0-1.1%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。待材料全部熔化后，浇铸出六组复合变质剂不同含量的锌铝合金毛坯，然后加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。通过线切割加工出热疲劳试样，进行热疲劳试验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锌铝合金制备
，特指一种能提高热疲劳性能的锌铝铜镍钥锰 入全I=I〇
技术介绍
大量的研究表明，某些元素的少量存在会显著影响锌铝合金的组织和性能。微合 金化是提高锌铝合金性能的重要途径，控制微量元素的种类和数量，充分发挥微量元素的 作用是材料工作者不懈努力的目标，也是当前锌铝合金研究的主要方向之一。 热疲劳是材料在低于其静强度的热交变载荷的作用下，某些局部或大范围区域首 先进入屈服状态，在局部区域会出现高度的塑性变形，萌生多种类型的内部缺陷，形成一定 的应力集中，在一定的时间内，这种局部的反复塑性变形会致使微裂纹产生、长大、合并，并 形成一条或几条主裂纹，主裂纹会逐渐扩展并最终产生了断裂。热疲劳是一个发展的过程， 这一过程发生在一段时间内（即我们所说的寿命)。我们观察到的"形成裂纹"和"断裂"，是 这一发展过程中不断形成的损伤累积的结果。疲劳过程的发展必定会形成裂纹，断裂是由 于裂纹扩展到临界尺寸造成的，它也就标志着疲劳发展过程的终结。 由于锌铝合金的共晶温度以及再结晶温度较低，因而合金的高温强度低，而锌铝 合金的使用很多都牵涉到高温的环境，热疲劳断裂是一大重要的使用隐患。目前，关于锌 铝合金热疲劳性能的研究很少，因此对锌铝合金热疲劳性能的研究相当迫切。国内热疲劳 的定量研究还比较落后，更难以解决生产实践中的热疲劳问题。很多元素在锌铝合金中主 要用于改善热加工性能和铸件组织，防止偏析；获得高强度、良好的热疲劳性能以及耐磨性 能。因此，本专利技术开发出一种能提高热疲劳性能的锌铝铜镍钥锰合金。
技术实现思路
本专利技术开发出一种能提高热疲劳性能的锌铝铜镍钥锰合金。其特征为：以工业铝 锭AOO号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钥中间合金、铝锰中间合金、复合变质 齐U(其中W12-16%、Mol2-16%、Zr8-12%、Ni5-10%、Ti4-6%、Sr4-6%、La3-5%、Nb3-5%、V1-3%、 Ndl-3%、Prl-3%、余为铝)、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按A137-39%、Cu2-2. 5% (以 含铜50%的铝铜中间合金形式加入)、NiO. 4-0. 5% (以含镍40%的铝镍中间合金形式加入)、 MoO. 3-0. 4% (以含钥40%的铝钥中间合金形式加入)、MnO. 2-0. 3% (以含Mn40%的铝锰中间 合金形式加入）、复合变质剂0-1. 1%、MgO. 014-0. 02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼 炉中溶炼。溶炼工艺为：先加入错徒、锋徒、错铜中间合金、错媒中间合金、错钥中间合金、 铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至60(T650°C时保温6min-8min使各 元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液〇. 2%的脱水ZnCl2进 行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl2压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度 为560°C_580°C时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜镍 钥锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯，根据加入复合变质剂的含量不同，浇铸 出六组复合变质剂不同含量的锌铝合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为〇%、〇. 3%、0. 5%、 0. 7%、0. 9%、I. 1%，然后加工成国家标准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-IO型液压式拉 伸实验机上进行。通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40mm、宽10mm、 高5mm，试样顶部带有V型缺口，如图1所示。 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 20°C至2KTC之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温 2KTC，水温20°C(流动自来水)。快速加热试样，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。对于研究热疲劳裂纹萌生的试 样，每循环500次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，以0.Imm作为裂纹 萌生长度，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。对于研究热疲劳裂 纹扩展的试样，每循环1000次，取下试样，抛光并观察。测量表面裂纹长度。表1为加入不 同复合变质剂对锌铝铜镍钥锰合金裂纹长度的影响。由表1可以看出，复合变质剂加入量 为0. 5%-0. 9%时，锌铝铜镍钥锰合金热疲劳性能最好。 表1锌铝铜镍钥锰合金加入不同复合变质剂在20°C-2KTC循环后的的裂纹长度 (mm)【附图说明】 图1热疲劳试样尺寸(单位mm) 图2未加入复合变质剂试样在20°C-2KTC循环7000次裂纹图 图3加入0. 3%复合变质剂试样在20°C-2KTC循环7000次裂纹图 图4加入0. 5%复合变质剂试样在20°C-2KTC循环7000次裂纹图 图5加入0. 9%复合变质剂试样在20°C-2KTC循环7000次裂纹图 图6加入1. 1%复合变质剂试样在20°C-2KTC循环7000次裂纹图 图2 - 6为热循环次数到9000次时，5组试样的V型缺口处热疲劳裂纹形貌。随着热 循环次数的增加，裂纹继续扩展，各试样主裂纹变得更长更粗。加入〇. 5 - 0. 9%复合变质 剂试样的裂纹较短且细小（图4 一图5)，主裂纹没有出现分叉，试样基体强度保持较好。主 要是因为以下四点，一是加入复合变质剂量适中，在热应力作用下缺口塑性变形时，复杂化 合物相相能随基体一起协同作用，不容易脱落引起应力集中；二是因为复杂化合物相的存 在，阻止了原子的扩散和晶粒的长大，提高了合金的热稳定性和热强性；三是因为复杂化合 物相大小适中，数量较多，分布均匀，裂纹很容易会遇到富复杂化合物相，当复杂化合物相 与裂纹面发生接触时，可能会引起裂纹的闭合；未加入复合变质剂试样（图2)，氧容易进入 基体内部，引起高温氧化反应，促进了热疲劳裂纹的萌生和扩展。如图1所示，试样离缺口 较远处出现很多与缺口主裂纹未连接的微裂纹，这些微裂纹大多是在晶间处形成，并且沿 着晶间扩展，有相互连接趋势，逐渐形成网状裂纹，促进了之后的裂纹扩展，裂纹通过分叉 以寻求最佳的扩展路径，晶界与裂纹扩展方向偏差较大，裂纹沿着曲折的晶界扩展。加入 1. 1%复合变质剂试样主裂纹出现了分叉（图6)，表面氧化较严重。这主要是由于试样析出 的复杂化合物相较大，在热循环过程中，大尺寸复杂化合物相较难协同基体的流动，容易受 到位错塞积，因而在复杂化合物相与界面处产生较大的应力集中。当滑移的切应力大于复 杂化合物相与基体的界面结合力时，复杂化合物相会脱落，在复杂化合物相脱落处，容易氧 化，并且会引起应力集中，吸引主裂纹向该处扩展，使主裂纹出现了分叉。从上述分析可知， 加入0. 5 - 0. 9%复合变质剂试样在热循环过程中产生的裂纹最少，反应出锌铝铜镍钥锰合 金材料的热疲劳性能最好。【具体实施方式】 实施例1 以工业铝锭AOO号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝镍中间合金、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能提高热疲劳性能的锌铝铜镍钼锰合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钼中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，其中W12‑16%、Mo12‑16%、Zr 8‑12%、Ni5‑10%、Ti4‑6%、Sr4‑6%、La3‑5%、Nb3‑5%、V1‑3%、Nd1‑3%、Pr1‑3%、余为铝、纯镁为原料；成分按重量百分比计算，按Al37‑39%、Cu2‑2.5%以含铜50%的铝铜中间合金形式加入、Ni0.4‑0.5%以含镍40%的铝镍中间合金形式加入、Mo0.3‑0.4%以含钼40%的铝钼中间合金形式加入、Mn0.2‑0.3%以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入、复合变质剂0‑1.1%、Mg0.014‑0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼；熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钼中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min‑8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2％的脱水ZnCl2进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl2压入金属液中，静置8min‑10min后扒渣除气，待温度为560℃‑580℃时准备浇注；铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜镍钼锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯，根据加入复合变质剂的含量不同，浇铸出六组复合变质剂不同含量的锌铝合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为0%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%，然后加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE‑10型液压式拉伸实验机上进行；通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40 mm 、宽10 mm 、高5mm，试样顶部带有V型缺口；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20℃至210℃之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温210℃，水温20℃，流动自来水；快速加热试样，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；对于研究热疲劳裂纹萌生的试样，每循环500次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，以0.1mm作为裂纹萌生长度，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；对于研究热疲劳裂纹扩展的试样，每循环1000次，取下试样，抛光并观察，测量表面裂纹长度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓薇，许亮，许超，赵罗根，陆松华，
申请(专利权)人：镇江忆诺唯记忆合金有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32