CN105950913B - 一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法 - Google Patents
一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105950913B CN105950913B CN201610562258.XA CN201610562258A CN105950913B CN 105950913 B CN105950913 B CN 105950913B CN 201610562258 A CN201610562258 A CN 201610562258A CN 105950913 B CN105950913 B CN 105950913B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloys
- rolling
- plasticity
- preparation
- melt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C18/00—Alloys based on zinc
- C22C18/02—Alloys based on zinc with copper as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/165—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon of zinc or cadmium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法。该高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu 1.3%~1.6%,Ti 0.02%~0.06%,Mg 0.001%~0.003%,余量为Zn。本发明的Zn‑Cu‑Ti合金是将合金原料熔炼后,经热挤压、单道次大变形量热轧制备而成的;现有技术在制备变形锌合金时,或采用多道次小变形量热轧,或采用多次加热退火工艺,工艺流程复杂,轧制效率低;该制备方法简化了工艺流程,且所得Zn‑Cu‑Ti合金质量好,抗拉强度和延伸率分别为≥251MPa,≥51.832%,相对于欧洲标准BS EN988,抗拉强度和延伸率性能有大幅提高。
Description
技术领域
本发明属于Zn-Cu-Ti合金领域,具体涉及一种高强高塑性Zn-Cu-Ti合金及其制备方法。
背景技术
我国是一个贫铜富锌的国家,近年来,随着我国铜加工的快速发展,国内的铜资源已经不能满足生产的需要,国内原料铜的70%来自进口,铜资源供给瓶颈日益明显。发挥我国锌资源优势,开发高性能锌合金材料,推动其产业化生产及规模化应用,在更广泛的领域实现“以锌代铜”,可以进一步降低国内铜资源需求与供给矛盾,符合国家产业发展政策。
Zn-Cu-Ti合金具有安全无毒(锌是生物均衡和生长不可或缺的元素之一,雨水冲刷锌板的落水不会对周围环境产生任何不良影响)、自清洁、表面划痕自修复(大大降低了使用维护费用)、100%被回收和循环利用的优点,目前在排雨***、建筑等领域不断得到推广应用。
锌合金品种中,铸造锌合金较脆,加工性能较差;高性能变形锌合金已越来越得到市场的青睐。目前,变形锌合金的生产工艺为:配料→合金熔炼→连续铸造→多道次双机架热轧→卷取→冷轧→退火→剪边(带材)或矫直(板材)→检验→包装→入库。CN104630560A公开了一种具有高塑性的变形锌合金及其制备方法和应用;该变形锌合金的组成为:Cu0.1%~5%,Ti 0.01%~2%,余量为Zn和不可避免的杂质;其制备过程包括:1)通过热顶铸造、半连续铸造或水平连续铸造生产圆形或者矩形铸锭;2)铸锭挤压或者轧制,其挤压或轧制温度为170~360℃;3)经过至少两次拉伸或者轧制和至少两次热处理后加工成成品,其中热处理温度为120~380℃,热处理时间为1~10h。
现有技术中,变形锌合金的生产工艺流程复杂,轧制效率低,所得产品的抗拉强度和延伸率难以得到进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,从而解决现有技术中,变形锌合金的抗拉强度和延伸率低的问题。
本发明的第二个目的是提供上述Zn-Cu-Ti合金的制备方法。
为了实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:
一种高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu 1.3%~1.6%,Ti 0.02%~0.06%,Mg 0.001%~0.003%,余量为Zn。
优选的,上述高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu1.5%,Ti 0.05%,Mg 0.002%,余量为Zn。
本发明提供的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,由Cu、Ti、Mg、Zn组成,其中Zn的作用为基础金属,Ti可以明显改变Zn-Cu-Ti合金的抗蠕变性能,Cu的添加可以提高合金的强度,Mg的添加可以提高Zn-Cu-Ti合金的抗拉强度和抗蠕变性能,各组分配比合理,协同作用,所得Zn-Cu-Ti合金的抗拉强度达到264.333MPa,断后延伸率达到52.6286%,较BS EN 988的标准规定值分别提高76%、50%以上。
上述高强高塑性Zn-Cu-Ti合金的制备方法,包括以下步骤:
1)在惰性气体保护下,按配方取原料熔化,得到熔体;将熔体于560~610℃熔炼,浇注成型,得到半成品;
2)将半成品于300℃~320℃进行热挤压,得到板坯;
3)将板坯进行单道次热轧,控制轧制变形量为65%~70%,冷却,即得。
步骤1)中,熔炼的时间为30min~40min。浇注的温度为500℃~520℃。该步骤中,熔炼、浇注过程均在惰性气体保护下进行;惰性气体优选为氩气。原料可选用锌锭、海绵钛、镁锭、H62黄铜(Cu-Zn中间合金,或纯铜)。
可使用高纯石墨坩埚在真空中频感应炉进行熔炼。熔炼前充入氩气排氧,并尽可能使中频感应炉内氧含量达到更低水平,并保证氩气在整个熔炼过程中的持续通入,以便在高纯氩气保护下,防止合金元素在空气中氧化烧损。在560℃~610℃熔炼期间,向熔体内持续通入氩气以防止氧化;熔炼后浇入铸铁模具,在氩气流保护下冷却到300℃。优选的,将冷却至300℃的半成品直接进行步骤2)的热挤压过程。
步骤2)中,热挤压前预热模具;控制模具的预热温度比挤压温度低20℃,挤压进程的变形热、摩擦热可以补偿该部分温度差。热挤压过程的出模速度为0.5m~1m/min。
步骤3)中,单道次热轧的温度为230℃~280℃;轧制的线速度为1~5m/min。将热挤压得到的板坯表面涂抹少量黑铅(轧制润滑),迅速放入轧机进行轧制变形。轧制过程中的轧制方向均不改变,单道次(一次性)连续轧制,中间无加热退火程序,也不进行测温,轧制后,为保证塑性变形的均匀平整,直接进行剪边(带材)或矫直(板材),空冷至室温即可。
本发明提供的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金的制备方法,步骤1)整个熔炼过程在惰性气体保护下进行,可最大限度地排氧、脱氧,防止合金元素在空气氧化烧损;通过步骤2)热挤压过程,焊合了气泡、空隙、缩孔、疏松等铸态缺陷;使铸态组织中夹杂物和粗大柱状晶、树枝晶第二相破碎细化并改变它们的分布状态,有效改善材料性能;步骤3)采用单道次大变形量连续轧制替代传统的多道次小变形量热轧(单道次压下量10%~20%),无需传统工艺流程中的锌合金板材的生产开坯环节,中间无加热退火程序,大大优化了工艺流程,提高了轧制效率。
Zn-Cu-Ti合金晶体为密排六方晶格结构,滑移系少,当滑移无法提供五个独立的滑移系时,就会启动孪生以实现均匀变形。孪生所需压力较大,为防止孪晶附近出现断口,压缩率不能太大,传统的锌合金板材的生产开坯轧制变形率为8%~10%,开坯后轧制单道次压下量通常只能达到10%~20%。本发明的Zn-Cu-Ti合金的制备方法,采用热挤压配合单道次大变形量连续轧制工艺,在提高Zn-Cu-Ti合金抗拉强度和断后延伸率的基础上,简化了工艺流程,适于变形锌合金的工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1的Zn-Cu-Ti合金的XRD图;
图2为本发明实施例1的Zn-Cu-Ti合金的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例中,0#锌锭购自株洲冶炼集团有限公司,0#海绵钛(纯度为99.7%)、1#镁锭(纯度为99.95%)及H62黄铜(Cu-Zn中间合金)为市售常规品种;熔炼时Zn烧损量按2%计,Mg烧损量按20%计,Ti烧损量按5%计,Cu烧损量不计。
实施例1
本实施例的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu 1.5%,Ti 0.05%,Mg 0.002%,余量为Zn。
本实施例的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金的制备方法,采用以下步骤:
1)将0#锌锭、0#海绵钛、1#镁锭及H62黄铜按合金成分进行配料,得到合金原料;将合金原料放入真空中频感应炉内的高纯石墨坩埚中,升温使合金原料完全熔化,得到熔体;将熔体于560℃下熔炼30min,熔体温度达到500℃时,浇入Ф70×210mm铸铁模具,冷却至300℃,得到半成品;熔炼、浇注、冷却过程均在氩气保护下进行;
2)将半成品进行于300℃进行热挤压,得到70×15mm板坯;该过程中,所用模具的温度为280℃,出模速度为0.7m/min;
3)将板坯表面涂抹少量黑铅用于轧制润滑,放入轧机进行单道次热轧,轧制的温度为250℃,线速度为1m/min,变形量为70%;轧制后剪边,空冷至室温,即得Zn-Cu-Ti合金带材。
实施例2
本实施例的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu 1.3%,Ti 0.02%,Mg 0.001%,余量为Zn。
本实施例的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金的制备方法,采用以下步骤:
1)将0#锌锭、0#海绵钛、1#镁锭及H62黄铜按合金成分进行配料,得到合金原料;将合金原料放入真空中频感应炉内的高纯石墨坩埚中,升温使合金原料完全熔化,得到熔体;将熔体于580℃下熔炼40min,熔体温度达到510℃时,浇入Ф70×210mm铸铁模具,冷却至300℃,得到半成品;熔炼、浇注、冷却过程均在氩气保护下进行;
2)将半成品进行于320℃进行热挤压,得到70×15mm板坯;该过程中,所用模具的温度为280℃,出模速度为0.5m/min;
3)将板坯表面涂抹少量黑铅用于轧制润滑,放入轧机进行单道次热轧,轧制的温度为240℃,线速度为4m/min,变形量为65%;轧制后矫直,空冷至室温,即得Zn-Cu-Ti合金板材。
实施例3
本实施例的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu 1.6%,Ti 0.06%,Mg 0.003%,余量为Zn。
本实施例的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金的制备方法,采用以下步骤:
1)将0#锌锭、0#海绵钛、1#镁锭及H62黄铜按合金成分进行配料,得到合金原料;将合金原料放入真空中频感应炉内的高纯石墨坩埚中,升温使合金原料完全熔化,得到熔体;将熔体于610℃下熔炼30min,熔体温度达到520℃时,浇入Ф70×210mm铸铁模具,冷却至300℃,得到半成品;熔炼、浇注、冷却过程均在氩气保护下进行;
2)将半成品进行于310℃进行热挤压,得到70×15mm板坯;该过程中,所用模具的温度为280℃,出模速度为0.8m/min;
3)将板坯表面涂抹少量黑铅用于轧制润滑,放入轧机进行单道次热轧,轧制的温度为260℃,线速度为5m/min,变形量为70%;轧制后剪边,空冷至室温,即得Zn-Cu-Ti合金带材。
试验例1
检测实施例1~3所得Zn-Cu-Ti合金的抗拉强度和断后延伸率,具体试验方法参照BS EN 988:1997的规定进行,结果如表1所示。
表1实施例1~3的Zn-Cu-Ti合金的性能检测结果
项目 | 抗拉强度,MPa | 断后延伸率 |
BS EN 988 | ≥150 | ≥35% |
实施例1 | 264.333 | 52.6286 |
实施例2 | 251.162 | 50.312 |
实施例3 | 260.155 | 51.832 |
由表1的试验结果可知,本发明的Zn-Cu-Ti合金抗拉强度和延伸率分别为≥251MPa,≥51.832%,相对于BS EN988的标准(≥150MPa,≥35%),抗拉强度和延伸率性能有大幅提高。
试验例2
本试验例对实施例1的Zn-Cu-Ti合金进行XRD、SEM和能谱(EDS)分析,结果如图1、图2和表2所示。
表2实施例1的Zn-Cu-Ti合金(图2)铸态组织不同位置的能谱分析(at%)
由图1实施例1的Zn-Cu-Ti合金XRD图可以看出,Zn-Cu-Ti合金主要由η相(Zn)、TiZn16相、γ相(Cu5Zn8)、ε相(CuZn5)、Mg2Zn11相五种物相组成。
由图2及表2可以看出,Zn-Cu-Ti合金由黑色的η相(Zn)基体(图中A点)、粗大骨骼状ε相(CuZn5)、少量γ相(Cu5Zn8)(图中B点)、纤维状或针片状TiZn16共晶组织(图中C点)组成。各相之间结合紧密,无气泡、空隙、缩孔、疏松等铸态缺陷。
Claims (4)
1.一种高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,其特征在于:由以下重量百分比的组分制成:Cu1.3%~1.6%,Ti 0.02%~0.06%,Mg 0.001%~0.003%,余量为Zn;
制备方法包括以下步骤:
1)在惰性气体保护下,按配方取原料熔化,得到熔体;将熔体于560~610℃熔炼,浇注成型,得到半成品;
2)将半成品于300℃~320℃进行热挤压,得到板坯;
3)将板坯进行单道次热轧,控制轧制变形量为65%~70%,冷却,即得;
步骤1)中,熔炼的时间为30~40min;
步骤1)中,浇注的温度为500℃~520℃;
步骤2)中,热挤压过程的出模速度为0.5~1m/min;
步骤3)中,单道次热轧的温度为230℃~280℃,轧制的线速度为1~5m/min。
2.根据权利要求1所述的高强高塑性Zn-Cu-Ti合金,其特征在于:由以下重量百分比的组分组成:Cu 1.5%,Ti 0.05%,Mg 0.002%,余量为Zn。
3.一种高强高塑性Zn-Cu-Ti合金的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)在惰性气体保护下,按配方取原料熔化,得到熔体;将熔体于560~610℃熔炼,浇注成型,得到半成品;
2)将半成品于300℃~320℃进行热挤压,得到板坯;
3)将板坯进行单道次热轧,控制轧制变形量为65%~70%,冷却,即得;
以重量百分比计,配方如下:Cu 1.3%~1.6%,Ti 0.02%~0.06%,Mg 0.001%~0.003%,余量为Zn;
步骤1)中,熔炼的时间为30~40min;
步骤1)中,浇注的温度为500℃~520℃;
步骤2)中,热挤压过程的出模速度为0.5~1m/min;
步骤3)中,单道次热轧的温度为230℃~280℃,轧制的线速度为1~5m/min。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述惰性气体为氩气。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610562258.XA CN105950913B (zh) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | 一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610562258.XA CN105950913B (zh) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | 一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105950913A CN105950913A (zh) | 2016-09-21 |
CN105950913B true CN105950913B (zh) | 2017-11-03 |
Family
ID=56901208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610562258.XA Active CN105950913B (zh) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | 一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105950913B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107794409A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-03-13 | 广州番禺于金属加工有限公司 | 一种锌合金及其制备方法及汽车保险丝 |
CN114086012A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 森特士兴集团股份有限公司 | 低铜低钛高强高韧高耐蚀锌合金板材的制备方法及产品 |
CN114262819A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-01 | 湘潭大学 | 一种利用热挤压与对称大变形异位轧制技术制备高强韧锌铜钛合金板材的方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0627296B2 (ja) * | 1989-06-29 | 1994-04-13 | 同和鉱業株式会社 | ヒューズ用亜鉛合金 |
CN101906554A (zh) * | 2010-08-05 | 2010-12-08 | 中南大学 | 一种含Mg的高强变形锌铜合金及其制备方法 |
CN102286676A (zh) * | 2011-09-05 | 2011-12-21 | 铜陵森泰金属材料有限公司 | 高强度锌合金 |
CN104630560B (zh) * | 2015-02-09 | 2016-09-14 | 宁波博威合金材料股份有限公司 | 一种具有高塑性的变形锌合金及其制备方法和应用 |
-
2016
- 2016-07-15 CN CN201610562258.XA patent/CN105950913B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105950913A (zh) | 2016-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105506407B (zh) | 一种建筑模板用铝合金型材的制造方法 | |
CN107385270B (zh) | 一种框架材料用铜带的制备工艺 | |
CN100503860C (zh) | 铝合金板及其制造方法 | |
CN105970025B (zh) | 一种高强度可氧化铝合金板带材的制造方法 | |
CN108425050A (zh) | 一种高强高韧铝锂合金及其制备方法 | |
WO2012005098A1 (ja) | Cu-Ga合金およびCu-Ga合金スパッタリングターゲット | |
WO2017097078A1 (zh) | 高导电铝合金材料及其铝合金电缆导体的制备方法 | |
CN1962179A (zh) | 铸造伽马钛铝合金的直接滚轧 | |
JP4082217B2 (ja) | マグネシウム合金材およびその製造方法 | |
CN106435273B (zh) | 一种高塑性耐腐蚀Zn-Cu-Ti合金及其制备方法 | |
CN105950913B (zh) | 一种高强高塑性Zn‑Cu‑Ti合金及其制备方法 | |
CN108546850A (zh) | 一种高导电性6101铝合金板材的生产方法 | |
CN112981195B (zh) | 一种高强度铝镁硅钙导电铝合金及制备方法 | |
CN111471905B (zh) | 一种用于3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金丝材及其制备方法 | |
CN110241338A (zh) | 一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金及其制备方法 | |
CN111690855A (zh) | 一种用于轴承座铝合金挤压材及其制造方法 | |
CN109967703B (zh) | 一种厚度为80~1500μm的宽幅非晶薄带连续大冷速高效制备的方法 | |
CN107151753A (zh) | 一种抑制a7n01铝合金表面粗晶环产生的方法 | |
CN107447132A (zh) | 一种锌基合金及其制备方法 | |
CN111020285A (zh) | 一种真空熔炼生产高强铜合金大规格铸锭的方法 | |
CN107159739A (zh) | 一种Cu‑Ni‑Si‑Mg合金带材的制备方法 | |
CN102392205A (zh) | 一种精密铜件制作工艺 | |
CN109161765A (zh) | 一种高铝高锶含量的变形镁合金及其制备方法 | |
CN108977705A (zh) | 一种中强Al-Mg-Mn-Si合金板材的制备方法 | |
CN102676894A (zh) | 一种镁基微晶合金带材及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |