稀土对压铸锌合金金相组织及力学性能的影响

通过对锌合金压铸进行变质处理，研究稀土合金对压铸锌合金微观组织及性能的影响。结果表明．在压铸锌合金中加人适量的稀土，能有效地阻止树枝状晶的长大，优化组织结构，细化晶粒，清除晶粒边界杂质，使压铸锌合金的抗拉强度和硬度提高10％以上。同时对稀土合金元素所起的作用进行了分析讨论，为进一步改善压铸锌合金的力学性能和抗晶间腐蚀提供了一条有效途径。

传统压铸锌合金最常见的缺陷是晶间腐蚀，是造成产品质量低劣的最主要原因。为解决这一问题，从早期美国新泽西锌金属公司开始至今，一直都依据Brauer和Peirce的理论，认为杂质元素是引起晶间腐蚀的根源。因此，世界各地厂商包括乐鱼（中国）官方均采用高纯度和低杂质锌并严格控制压铸锌合金化学成分来减轻晶间腐蚀，而关于如何使用稀土材料对压铸锌合金进行变质处理，进一步提高压铸锌合金力学性能、降低晶问腐蚀倾向的研究甚少。为此，本试验着重探讨稀土变质处理对压铸锌合金金相组织及力学性能的影响，以期获得性能良好 、适应范围更广的新型压铸锌合金 ，同时为压铸锌合金中添加稀土提供参考依据。

1试验过程

试验所用材料为：1号锌锭(Al—00)，1号电解铜，1号工业镁锭，混合稀土金属(La45％，Ce20％，其余为Pr、Nd等)。试验所用熔炼设备为45kW坩埚电阻炉和石墨坩埚。试验是以ZnAl4-1压铸锌合金(Al3．9％～4．2％Cu0.73％～1．25％，Mg0．03％～0．06％，余量为Zn)为基础，加入适量稀土合金，以研究对合金金相组织及力学性能的影响。其中铜和稀土以中间合金形式加入。

熔炼工艺为：首先将石墨坩埚加热到暗红色，放人铝锭和铝铜中间合金，待出现部分铝液后，加入占炉料总重量2％左右的覆盖剂。覆盖剂的组成为NaCl 40％，KCl 20％，Na3AlF6 20%。铝锭全部熔化后，升温至750℃左右，分批加入锌块，待锌块全部熔化后，用C2Cl6进行精炼，C2Cl6用量为炉料总重量的0.3％。然后进行扒渣，并加入镁和稀土中间合金，最后搅拌均匀，浇注成锭，浇注温度为550℃，浇注的锌合金锭即可用于压铸。

2试验结果及分析

2．1稀土对压铸锌合金微观盒相组织的影响

2．1．1对铸态组织的影响

含Al 4％左右的压铸锌合金属于亚共晶合金，凝固时首先析出初生富锌固溶体相，随后于约380℃发生共晶反应，形成由β相和高温α相组成的层片状共晶体。冷却时从β相中析出Al，α相则在低于共析温度(275℃)时转变为由α相和β相组成的共析体。经变质处理后ZnAl4—1合金的等轴相比未经变质处理的ZnAl4—1合金等轴相小且分布趋向均匀，共晶区增加，整个组织显得较为均匀优化。

不少等轴相及晶界易腐蚀相在稀土的作用下，已逐步转变成共析相，无疑为改善合金力学性能、降低晶间腐蚀、提高抗老化能力创造了条件。

此外，为进一步了解观察合金经变质处理后主要元素的分布状况得出经变质处理后的ZnAl 4-1合金，即使在铸态下Al、cu及变质元素的分布也是较均匀的，没有出现富集状态。证实稀土在变质ZnAl 4-1合金中分布均匀。

2．1．2对压铸件组织的影响

经变质处理的ZnAl 4-1合金压铸件组织无论是在初生的β相还是共晶相均比没有变质的ZnA14-1合金细小、弥散、圆钝、均匀，这更加说明经稀土变质处理后的压铸锌合金具有较好的力学性能、抗晶问腐蚀和抗老化性能。

2．2稀土对力学性能的影响

为了研究稀土变质处理对合金力学性能的影响，深圳乐鱼（中国）官方采用JB3072-82中规定的试样来测定合金的力学性能，并将试样的压铸工艺参数控制在如下范围：压铸温度420～440℃，模具温度130～150℃，压射比压4O一50MPa，填充速度12～15m／s，保压时间5～8s。经变质处理的ZnAl 4-1合金σb=298MPa，δb=2．1％，HBS95；未经变质处理的ZnAl 4-1合金=270MPa，以=2％，HBS84。同时，为进一步确认试验的可靠性，采用微机统计整理未经变质的ZnAl 4-1合金与变质ZnAl 4-1合金在不同条件下获得的试验数据。

此外，对合金凝固收缩率进行了测试，结果表明，经稀土变质处理的ZnAl 4-1压铸锌合金与未经变质处理的ZnAl 4-1压铸锌合金相比，抗拉强度、硬度提高10％以上，伸长率和凝固收缩率相当．前者加工过程中开裂和变形倾向减少，表面光洁度和合格率提高。

3结论

1．加入0．5％～1％稀土，能显著改变压铸锌合金的金相组织特征，优化组织结构，细化晶粒，清除晶粒边界杂质，抑制杂质元素的有害影响。

2．经稀土变质的ZnAl 4-1压铸锌合金与未经变质的ZnAl 4-1压铸锌合金相比，前者的晶问腐蚀倾向较小。

3．在相同压铸条件下，变质ZnAl 4-1压铸锌合金与未变质ZnAl 4-1压铸锌合金相比，强度、硬度提高10％以上，改善了工艺性能，提高了产品质量。