本發(fā)明涉及金屬材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種通過熱處理提高鋅鋁合金超塑性的方法。

背景技術(shù)：

鋅鋁合金具有較高的強(qiáng)度、極高的塑性、優(yōu)秀的摩擦磨損性能、良好的減振性能、無磁性、無火花，其加工性能良好、制造成本低廉，是部分銅合金、鋁合金和鑄鐵件的替代材料。我國(guó)是一個(gè)貧銅富鋅的國(guó)家，研究開發(fā)高性能鋅鋁合金來代替銅合金，可使我國(guó)在稀缺資源替代利用技術(shù)方面形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，突破國(guó)外技術(shù)貿(mào)易壁壘，替代進(jìn)口，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，提供可靠的技術(shù)支撐。

超塑性是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部條件下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)象。超塑性材料在變形加工過程中對(duì)設(shè)備能力要求低、模具損傷小、材料利用率高、加工工序少，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，在制造復(fù)雜形態(tài)零件時(shí)具有特殊優(yōu)勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，鋅鋁合金具備超塑性的前提是由晶粒形態(tài)為直徑5微米以下的等軸細(xì)晶組成。

為了使鋅鋁合金獲得等軸細(xì)晶組織，國(guó)內(nèi)外研究者采用了一系列的加工技術(shù)。美國(guó)加州大學(xué)的yuwei等人、北京有色金屬研究總院的王鋒等人開發(fā)了鋅鋁合金的噴射沉積快速凝固技術(shù)。蘭州理工大學(xué)的陳體軍等人、伊朗沙力夫理工大學(xué)的aashuri等人、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的閆久春等人、馬來西亞國(guó)立大學(xué)的arif等人開發(fā)了鋅鋁合金的半固態(tài)成型技術(shù)。臺(tái)灣中央大學(xué)的李勝隆等人、美國(guó)南加州大學(xué)的kawasaki等人、韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的choi等人、土耳其巴伊布爾特大學(xué)的demirtas等人、東北大學(xué)的秦高梧等人開發(fā)了鋅鋁合金的等通道擠壓處理技術(shù)（ecap）。這些處理技術(shù)使鋅鋁合金獲得了超塑性，但是都需要專用設(shè)備、成本高、效率低，不適用于工業(yè)化規(guī)模制造。

熱處理對(duì)設(shè)備要求低，適合工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用潛力較大，但目前通過熱處理方法提高合金超塑性的研究主要集中在鎂合金、鋁合金、鈦合金領(lǐng)域，在鋅鋁合金領(lǐng)域尚無報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種通過熱處理提高鋅鋁合金超塑性的方法，能夠通過熱處理方法大幅提高鋅鋁合金的超塑性，該方法對(duì)設(shè)備要求不高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一下技術(shù)方案：提供一種通過熱處理提高鋅鋁合金超塑性的方法，包括步驟：對(duì)鋅鋁合金在280℃-380℃進(jìn)行固溶處理，固溶處理時(shí)間為8-24h，固溶處理完成后水淬。

所述的固溶處理溫度為280℃-380℃，該溫度范圍內(nèi)可發(fā)生固態(tài)相變，生成塑性好的α2相。

所述的固溶處理時(shí)間為8-24h，該處理時(shí)間可保證足夠的α2相生成，同時(shí)晶粒不會(huì)發(fā)生粗化，從而獲得等軸細(xì)晶組織。

所述的固溶處理完成后采用水淬方式冷卻，以獲得含有大量塑性好的α2相等軸細(xì)晶組織，避免因冷卻速度過慢導(dǎo)致的α2相分解及晶粒的粗化。

所述的鋅鋁合金由如下質(zhì)量百分比的組元組成：10-25%al，1-5%cu，0-0.005%mg，余量為zn。該成分范圍為鋅鋁合金共析相變點(diǎn)附近，從而保證熱處理過程中α2相的生成。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的方法能夠使鋅鋁合金獲得由大量塑性好的亞穩(wěn)α2相晶粒組成的等軸細(xì)晶組織，從而大幅提高合金的超塑性。本發(fā)明提供的方法處理過的鋅鋁合金斷后伸長(zhǎng)率高達(dá)1970%，相比未經(jīng)本方法處理的鋅鋁合金的斷后伸長(zhǎng)率為200%，合金斷后伸長(zhǎng)率有了大幅提高。本發(fā)明采用熱處理方法，對(duì)設(shè)備要求低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種通過熱處理提高鋅鋁合金超塑性的方法的工藝流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的試樣的掃描電鏡圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)拉伸性能測(cè)試前后的試樣對(duì)比。

圖4是本發(fā)明對(duì)比例1制得的試樣的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

將鑄造的鋅鋁合金,其中，合金中各組分的質(zhì)量百分比為：22%al，0.2%cu，0.005%mg，余量為zn,按照國(guó)標(biāo)gb/t228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分：室溫試驗(yàn)方法規(guī)定，將試樣切割為薄板形狀的拉伸測(cè)試試樣。所述測(cè)試試樣包括夾持端和變形區(qū)，夾持端關(guān)于變形區(qū)對(duì)稱。所述夾持端的長(zhǎng)度為12mm，寬度為9mm；所述變形區(qū)的長(zhǎng)度與寬度均為3mm；測(cè)試試樣厚度為2mm。

所述測(cè)試試樣首先進(jìn)行固溶處理。所述固溶處理是將測(cè)試試樣在280°c恒溫加熱10h，以促使合金內(nèi)部組織轉(zhuǎn)化為面心立方結(jié)構(gòu)的富鋅α2相等軸細(xì)晶組織。富鋅α2相等軸細(xì)晶組織可以大幅提高合金的塑性。

完成固溶處理后，將試樣采用水淬方式冷卻。該富鋅α2相在共析相變點(diǎn)277°c以上為熱力學(xué)穩(wěn)定相，在共析相變點(diǎn)277°c以下為熱力學(xué)亞穩(wěn)相，會(huì)傾向于轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)的富鋁α1相和密排六方的富鋅η相，該轉(zhuǎn)變會(huì)使合金生成層片狀的硬脆組織，降低合金塑性。本發(fā)明通過較快的冷卻速度，使室溫為亞穩(wěn)相的等軸細(xì)晶組織能夠以過冷態(tài)的形式大量保存而不發(fā)生分解。

將完成熱處理的測(cè)試試樣通過掃描電鏡測(cè)試，其微觀組織如圖2所示，發(fā)現(xiàn)試樣由平均晶粒直徑約260納米的等軸細(xì)晶構(gòu)成，滿足超塑性合金所需的組織條件——合金由直徑5微米以下的等軸細(xì)晶組成。

將完成熱處理的測(cè)試試樣在cmt5105型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為25°c，拉伸速度為1.00×10^-4mm?s^-1。斷后試樣如圖3所示，所得斷后伸長(zhǎng)率為1970%，合金具有超塑性。

實(shí)施例2：

將鑄造的鋅鋁合金,其中，合金中各組分的質(zhì)量百分比為：25%al，3%cu，0.005%mg，余量為zn按照國(guó)標(biāo)gb/t228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分：室溫試驗(yàn)方法規(guī)定，將試樣切割為薄板形狀的拉伸測(cè)試試樣。所述測(cè)試試樣包括夾持端和變形區(qū)，夾持端關(guān)于變形區(qū)對(duì)稱。所述夾持端的長(zhǎng)度為12mm，寬度為9mm；所述變形區(qū)的長(zhǎng)度與寬度均為3mm；測(cè)試試樣厚度為2mm。

所述測(cè)試試樣首先進(jìn)行固溶處理。所述固溶處理是將測(cè)試試樣在360°c恒溫加熱10h，以促使合金內(nèi)部組織轉(zhuǎn)化為面心立方結(jié)構(gòu)的富鋅α2相等軸細(xì)晶組織。富鋅α2相等軸細(xì)晶組織可以大幅提高合金的塑性。完成固溶處理后，將試樣采用水淬方式冷卻。本發(fā)明通過較快的冷卻速度，使室溫為亞穩(wěn)相的等軸細(xì)晶組織能夠以過冷態(tài)的形式大量保存而不發(fā)生分解。

將完成熱處理的測(cè)試試樣通過掃描電鏡測(cè)試，發(fā)現(xiàn)試樣由平均晶粒直徑約320納米的等軸細(xì)晶構(gòu)成，滿足超塑性合金所需的組織條件——合金由直徑5微米以下的等軸細(xì)晶組成。

將完成熱處理的測(cè)試試樣在cmt5105型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為25°c，拉伸速度為1.00×10^-4mm?s^-1。所得斷后伸長(zhǎng)率為1530%，合金具有超塑性。

實(shí)施例3:

將鑄造的鋅鋁合金，其中，合金中各組分的質(zhì)量百分比為：15%al，1%cu，0.005%mg，余量為zn，按照國(guó)標(biāo)gb/t228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分：室溫試驗(yàn)方法規(guī)定，將試樣切割為薄板形狀的拉伸測(cè)試試樣。所述測(cè)試試樣包括夾持端和變形區(qū)，夾持端關(guān)于變形區(qū)對(duì)稱。所述夾持端的長(zhǎng)度為12mm，寬度為9mm；所述變形區(qū)的長(zhǎng)度與寬度均為3mm；測(cè)試試樣厚度為2mm。

所述測(cè)試試樣首先進(jìn)行固溶處理。所述固溶處理是將測(cè)試試樣在320°c恒溫加熱10h，以促使合金內(nèi)部組織轉(zhuǎn)化為面心立方結(jié)構(gòu)的富鋅α2相等軸細(xì)晶組織。富鋅α2相等軸細(xì)晶組織可以大幅提高合金的塑性。完成固溶處理后，將試樣采用水淬方式冷卻。本發(fā)明通過較快的冷卻速度，使室溫為亞穩(wěn)相的等軸細(xì)晶組織能夠以過冷態(tài)的形式大量保存而不發(fā)生分解。

將完成熱處理的測(cè)試試樣通過掃描電鏡測(cè)試，發(fā)現(xiàn)試樣由平均晶粒直徑約350納米的等軸細(xì)晶構(gòu)成，滿足超塑性合金所需的組織條件——合金由直徑5微米以下的等軸細(xì)晶組成。

將完成熱處理的測(cè)試試樣在cmt5105型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為25°c，拉伸速度為1.00×10^-4mm?s^-1。所得斷后伸長(zhǎng)率為1250%，合金具有超塑性。

實(shí)施例4-10：

除了合金成分、固溶處理溫度以及固溶處理時(shí)間按照表1中數(shù)值進(jìn)行變化以外，其余操作同實(shí)施例1，制得合金試樣。由表1可以看出，對(duì)成分范圍為共析相變點(diǎn)附近的鋅鋁合金，進(jìn)行熱處理（在280℃-380℃進(jìn)行固溶處理，固溶處理時(shí)間為8-24h，固溶處理完成后水淬）后，經(jīng)拉伸測(cè)試，試樣均具有良好的超塑性。

表1不同合金成分、固溶處理溫度、固溶處理時(shí)間下的鋅鋁合金拉伸性能參數(shù)

對(duì)比例1：

將鑄造的鋅鋁合金，其中，合金中各組分的質(zhì)量百分比為：22%al，0.2%cu，0.005%mg，余量為zn，按照國(guó)標(biāo)gb/t228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分：室溫試驗(yàn)方法規(guī)定，將試樣切割為薄板形狀的拉伸測(cè)試試樣。所述測(cè)試試樣包括夾持端和變形區(qū)，夾持端關(guān)于變形區(qū)對(duì)稱。所述夾持端的長(zhǎng)度為12mm，寬度為9mm；所述變形區(qū)的長(zhǎng)度與寬度均為3mm；測(cè)試試樣厚度為2mm。

將鑄造態(tài)的測(cè)試試樣通過掃描電鏡測(cè)試，其微觀組織如圖3所示，發(fā)現(xiàn)試樣由平均長(zhǎng)度約7微米的細(xì)長(zhǎng)板條狀組織構(gòu)成，不滿足超塑性合金所需的組織條件。

將鑄造態(tài)的測(cè)試試樣在cmt5105型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為25°c，拉伸速度為1.00×10^-4mm?s^-1。所得斷后伸長(zhǎng)率為53%，合金不具有超塑性。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。