一种提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂制造技术

一种提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂，属于锌铝合金制备技术领域，其特征为：成分按重量百分比计算，Co10-15%、Sr8-12%、Na8-12%、Ca6-10%、Mo6-10%、Cr3-7%、Ce3-7%、Eu1-4%、Sm1-4%、B1-4%、余为铝。所述变质剂为块状灰白色合金，粒度范围0.5~40mm，熔点范围700~1000℃。复合变质剂加入量范围为0.3%-1.1%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锌铝合金制备
，特指一种提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂。
技术介绍
铸造锌铝合金凭借优良的力学性能、机加工性能、耐磨损性能、低能耗、无污染等优良特点在工程上获得了较为广泛的应用。目前，生产生活上使用锌铝合金代替黄铜、锡青铜、铝青铜用于结构件、耐磨件、塑料及橡胶模具等，具有很强的市场竞争力。但锌铝合金的线膨胀系数较大，尺寸稳定性差，在室温或中高温下，材料发生持续不回复膨胀，这对于应用于过盈配合和速度变化的工况，就产生严重问题。另外，该材料在高于120℃时，将发生软化，高温力学性能、机械性能急剧下降，丧失使用性能，这些缺点使其工作温度限制在120℃以下，仅适合低速重载，因此，若有办法弥补高铝锌基合金的这些不足,，必能大大扩展其工程应用的价值。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提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂。
技术实现思路
本专利技术开发出一种提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂。其特征为：成分按重量百分比计算，Co10-15%、Sr8-12%、Na8-12%、Ca6-10%、Mo6-10%、Cr3-7%、Ce3-7%、Eu1-4%、Sm1-4%、B1-4%、余为铝。所述变质剂为块状灰白色合金，粒度范围0.5~40mm，熔点范围700~1000℃。复合变质剂加入量范围为0.3%-1.1%。上述用于锌铝铜镍钼锰合金的复合变质剂，成分可优选为：Co12-13%、Sr10-11%、Na10-11%、Ca8-9%、Mo8-9%、Cr5-6%、Ce5-6%、Eu2-3%、Sm2-3%、B2-3%、余为铝。复合变质剂加入量优选范围为0.7%-0.9%。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℃-210℃循环7000次裂纹图图3　加入0.3%复合变质剂试样在20℃-210℃循环7000次裂纹图图4　加入0.5%复合变质剂试样在20℃-210℃循环7000次裂纹图图5　加入0.9%复合变质剂试样在20℃-210℃循环7000次裂纹图图6　加入1.1%复合变质剂试样在20℃-210℃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0.5－0.9%复合变质剂试样的裂纹较短且细小（图4－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，反应出锌铝铜镍钼锰合金材料的热疲劳性能最好。具体实施方式。实施例以工业铝锭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%、Zr8-12%、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-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铜镍钼锰合金毛坯，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℃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。测量表面裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂，其特征为：成分按重量百分比计算，Co10‑15%、 Sr8‑12%、Na8‑12%、Ca6‑10%、Mo6‑10%、Cr3‑7%、Ce3‑7%、 Eu1‑4%、Sm1‑4%、B1‑4%、余为铝；所述变质剂为块状灰白色合金，粒度范围0.5~40mm，熔点范围700~1000℃；复合变质剂加入量范围为0.3%‑1.1%。

【技术特征摘要】
1.一种提高锌铝铜镍钼锰合金热疲劳性能的复合变质剂，其特征为：成分按重量百分比计算，Co10-15%、Sr8-12%、Na8-12%、Ca6-10%、Mo6-10%、Cr3-7%、Ce3-7%、Eu1-4%、Sm1-4%、B1-4%、余为铝；所述变质剂为块状灰白色合金，粒度范围0.5~40mm，熔点范围700~1000℃；复合变质剂加入量范围为0.3%-1.1%。

【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