CN110205505B - 一种室温高塑性锌合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种室温高塑性锌合金制备方法，涉及一种锌合金制备方法，所述方法按以下步骤进行：首先按照锌合金各成分的重量百分比进行配料，利用电阻炉加热熔炼，并将锌合金熔体浇注到水冷铁模中；随后将锌合金铸造坯料进行热处理并车削成圆盘状；最后对圆盘状的锌合金进行高压扭转；本发明利用高压扭转成功制备一种新型室温高塑性锌合金；与常规工艺制备的锌合金方法相比，采用高压扭转制备的锌合金制备工艺简单，有利于降低成本，节约能源，且可以获得亚微米级晶粒尺寸的微观组织，显示高的室温塑性，扩宽了锌合金的应用范围。

Description

一种室温高塑性锌合金制备方法
技术领域
本发明涉及一种锌合金制备方法，特别是涉及一种室温高塑性锌合金制备方法。
背景技术
金属材料的发展对人类文明和社会有着十分密切的影响，随着电子、航天、计算机等技术的高速发展，人们对金属材料的综合性能提出更高的需求。金属锌由于在我国储量丰富，成本低，而成为重要的金属材料。合金化是改善金属材料性能的重要手段，在锌合金中，常加的合金元素有Al、Cu、Mg等。但是目前由于强度低，成形能力差等原因大大限制了锌及其合金作为新型结构材料的应用。锌及锌合金塑性不佳的根本原因是因为其具有密排六方的晶体结构，在室温条件下主要以基面滑移为主，展现出较少的滑移系，且在常规变形中易形成纤维织构或板织构，使其进一步变形能力变弱。目前只有提高变形温度才能开动柱面滑移和锥面滑移，提高合金的塑性。但是锌合金在高温时通常伴随着晶粒的粗化，使其塑性变差，并提高了加工成本。因此，开发室温下具有良好塑性能力的锌合金有利于实现锌合金在室温下的变形加工，提高制品性能，同时降低在生产过程中的能耗等成本，进而扩宽了锌合金的应用领域。相比于传统的塑性加工工艺（挤压、轧制、锻造等），剧烈塑性变形工艺可以使合金的晶粒尺寸明显细化，因而改善了合金的强度和塑性。作为典型的剧烈塑性变形工艺的一种，高压扭转已成功在铝合金，镁合金中广泛研究，而关于高压扭转制备锌合金的研究鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室温高塑性锌合金制备方法，本发明通过高压扭转来细化锌合金的晶粒尺寸，借此优化锌合金的组织结构，提高锌合金的室温塑性，为实现锌合金的工业化生产提高理论指导。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种室温高塑性锌合金制备方法，所述方法按以下步骤进行：首先按照锌合金各成分的重量百分比进行配料，利用电阻炉加热熔炼，并将锌合金熔体浇注到水冷铁模中；随后将锌合金铸造坯料进行热处理并车削成圆盘状；最后对圆盘状的锌合金进行高压扭转；
其具体步骤如下：
1）利用电阻炉将纯金属锌加热至450-520℃，待全部熔化后，依次加入金属铝，锡或锰或的一种或几种，待全部金属熔化后，搅拌至混合均匀，保温静置10~20min，浇注到水冷铁模中，获得直径为65cm，长度为180cm的圆柱形铸态坯料；锌合金重量百分比 wt.%：Mn0.1~2，Al 0~1，Sn 0~2，其余为锌；
2）将上述的铸态坯料进行热处理，热处理工艺为：随炉升温至300 ℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温；然后将热处理后的坯料车削成直径为25mm，长度为2mm的圆盘；
3）将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为20~200 ℃，变形速度为1~10 r/min，扭转圈数为1~10，压力为1~9 GPa。
2.根据权利要求1所述的一种室温高塑性锌合金制备方法，其特征在于，所述锌合金的室温伸长率为60~200%，室温抗拉强度为100~300 MPa。
本发明的优点与效果是：
1.本发明针对现有锌合金的生产工艺复杂，室温塑性差的关键技术问题，而开发出的一种新型室温高塑性锌合金及其制备方法，通过适当的成分调控和高压扭转相结合，使锌合金的晶粒细化至亚微米尺度，利用细晶强化机制使合金的室温塑性大大提高，扩大了锌合金的应用范围，该方法制备简单，比现有的制备工艺成本更低。
2.本发明利用高压扭转成功制备一种新型室温高塑性锌合金；与常规工艺制备的锌合金方法相比，采用高压扭转制备的锌合金制备工艺简单，有利于降低成本，节约能源，且可以获得亚微米级晶粒尺寸的微观组织，显示高的室温塑性，扩宽了锌合金的应用范围。
附图说明
图1为本发明所采用的高压扭转示意图；
图2为本发明实例1中锌合金的室温拉伸性能曲线图；
图3为本发明实例1中锌合金的显微组织照片图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明实例中采用的金属锌重量纯度≥99.9%，金属铝的重量纯度为≥99.9%，金属锡重量纯度≥99.9%，金属锰重量纯度≥99.7%。
实施例1
以纯Zn和纯Mn作为原料，按照98.8 wt.%的Zn和1.2wt.%的Mn混合，放进480 ℃电阻炉中，待全部金属熔化后保温静置10min；浇入到水冷铁模中，获得Zn-1.2Mn合金铸锭；
对上述铸锭随炉升温至300 ℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温。然后将热处理后的坯料车削成圆盘；
将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为30 ℃，变形速度为2r/min，扭转圈数为1，压力为5GPa。
最终所采用的高压扭转示意图如图1所示，锌合金的室温力学性能如图2所示，其显微组织如图3所示；
获得的Zn-1.2Mn合金的抗拉强度为182MPa，延伸率103%。
实施例2
以纯Zn，纯Al和纯Mn作为原料，按照98.8wt.%的Zn，1wt.%的Mn和0.2wt.%的Al混合，放进500 ℃电阻炉中，待全部金属熔化后保温静置15min；浇入到水冷铁模中，获得Zn-1Mn-0.2Al合金铸锭；
对上述铸锭随炉升温至300 ℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温。然后将热处理后的坯料车削成圆盘；
将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为80℃，变形速度为5r/min，扭转圈数为3，压力为6GPa。
获得的Zn-1Mn-0.2Al合金的抗拉强度为175MPa，延伸率89%。
实施例3
以纯Zn，纯Sn和纯Mn作为原料，按照99wt.%的Zn，0.7wt.%的Mn，和0.3wt.%的Sn混合，放进520 ℃电阻炉中，待全部金属熔化后保温静置20min；浇入到水冷铁模中，获得Zn-0.7Mn-0.3Sn合金铸锭；
对上述铸锭随炉升温至300 ℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温。然后将热处理后的坯料车削成圆盘；
将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为100℃，变形速度为8r/min，扭转圈数为9，压力为3GPa。
获得的Zn-0.7Mn-0.3Sn合金的抗拉强度为194MPa，延伸率76%。
实施例4
以纯Zn，纯Al，纯Sn和纯Mn作为原料，按照99wt.%的Zn，0.6wt.%的Mn，0.1wt.%的Sn和0.3wt.%的Al混合，放进530 ℃电阻炉中，待全部金属熔化后保温静置18min；浇入到水冷铁模中，获得Zn-1Mn-0.2Al合金铸锭；
对上述铸锭随炉升温至300 ℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温。然后将热处理后的坯料车削成圆盘；
将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为50℃，变形速度为3r/min，扭转圈数为3，压力为4GPa。
获得的Zn-0.6Mn-0.3Al-0.1Sn合金的抗拉强度为202MPa，延伸率66%。
实施例5
以纯Zn，纯Sn和纯Mn作为原料，按照98wt.%的Zn，1 wt.%的Mn，和1 wt.%的Sn混合，放进500 ℃电阻炉中，待全部金属熔化后保温静置15min；浇入到水冷铁模中，获得Zn-1Mn-1Sn合金铸锭；
对上述铸锭随炉升温至300 ℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温。然后将热处理后的坯料车削成圆盘；
将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为25℃，变形速度为5r/min，扭转圈数为3，压力为5GPa。
获得的Zn-1Mn-1Sn合金的抗拉强度为168MPa，延伸率96%。

Claims (1)

1.一种室温高塑性锌合金制备方法，其特征在于，所述方法按以下步骤进行：首先按照锌合金各成分的重量百分比进行配料，利用电阻炉加热熔炼，并将锌合金熔体浇注到水冷铁模中；随后将锌合金铸造坯料进行热处理并车削成圆盘状；最后对圆盘状的锌合金进行高压扭转；
其具体步骤如下：
1)利用电阻炉将纯金属锌加热至450-520℃，待全部熔化后，依次加入金属铝，锡或锰或的一种或几种，待全部金属熔化后，搅拌至混合均匀，保温静置10～20min，浇注到水冷铁模中，获得直径为65cm，长度为180cm的圆柱形铸态坯料；锌合金重量百分比wt.％：Mn 1～1.2，Al 0～0.2，其余为锌；
2)将上述的铸态坯料进行热处理，热处理工艺为：随炉升温至300℃保温2h后再升温至350℃保温2h，水冷至室温；然后将热处理后的坯料车削成直径为25mm，长度为2mm的圆盘；
3)将上述的热处理后的圆盘进行高压扭转大塑性变形，高压扭转的工艺参数为：变形温度为30℃～80℃，变形速度为2r/min～5r/min，扭转圈数为1～3，压力为5GPa～6GPa；
所述锌合金的抗拉强度为175MPa-182MPa，延伸率为89％-103％。
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