[發(fā)明專利]一種含Mg的高強變形鋅銅合金及其制備方法

無效

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• 申請日: 2010-08-05
• 公開（公告）號: CN101906554A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 肖來榮;張喜民;周澤鵬;曾德露;胡加瑞;李威;劉彥
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C18/02
• 分類號: C22C18/02;C22C1/03
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋅銅合金及其制備方法，尤其涉及到一種含Mg的高強度變形鋅銅合金及其制備方法，屬于金屬合金材料的制造技術領域，。

背景技術

較低的強度是限制變形鋅合金作為制造結構部件推廣應用的主要瓶頸之一。為提高鋅合金的強度，國外有些研究者對鋅合金的變形機制、合金化及工藝條件等方面進行了一定的研究。變形鋅合金直到進入上世紀60年代后，由于冶煉、加工技術的進步，改善鋅合金物理性能和機械性能的研究工作進展加快，尤其是高強度變鋅合金熔煉工藝、加工工藝的掌握，打破了鋅合金不能作為結構材料使用的限制。

目前國外對高強度變形鋅合金有一定的研究，上世紀90年代后期，日本對冷鍛、耐熱和鑄造鋅合金進行了一系列的研究，在材料的強度上取得了一定的進展，但綜合性能還有待改進，特別是擠壓鋅合金這方面的研究很少。而國內在這方面的研究幾乎為空白，這使得變形鋅合金在應用上存在很大的局限，特別是作為結構材料的使用。本發(fā)明從合金成分和加工工藝等方面實現(xiàn)突破，使變形鋅合金作為結構材料使用成為了現(xiàn)實。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種具有高強度和良好綜合性能的變形鋅合金及其制備方法，特別是一種適合作為結構材料使用的含Mg的高強度變形鋅銅合金及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的：

一種含Mg的高強變形鋅銅合金，按質量百分比由下述組分組成：

銅0.1～5.0％；

鎂0.05～3.0％；

其余為鋅和不可避免的雜質，雜質總量不大于0.05％。

作為優(yōu)選，上述合金各組分的質量百分比為：

銅0.5～4.5％；

鎂0.1～2.7％；

其余為鋅和不可避免的雜質，雜質總量不大于0.05％。

一種含Mg的高強變形鋅銅合金，按質量百分比由下述組分組成：

銅0.1～5.0％；

鎂0.05～3.0％；

以及鋁、鈦兩種元素中的至少一種，所述鋁、鈦的含量分別為：鋁0.1～2.5％，鈦0.02～0.3％；

其余為鋅和不可避免的雜質，雜質總量不大于0.05％。

作為優(yōu)選，上述合金各組分的質量百分比為：

銅0.5～4.5％；

鎂0.1～2.7％；

以及鋁、鈦兩種元素中的至少一種，所述鋁、鈦的含量分別為：鋁0.2～2.2％，鈦0.05～0.25％；

其余為鋅和不可避免的雜質，雜質總量不大于0.05％。

所述的含Mg的高強度變形鋅銅合金的制備方法是：采用覆蓋保護法進行熔煉，銅、鎂、鈦分別以Zn-Cu、Cu-Mg、Zn-Ti中間合金形式加入，而鋅、鋁則分別以純鋅、純鋁形式加入，熔煉溫度為620～710℃，待合金熔液混合均勻后，在450～500℃下澆鑄成鑄錠；鑄錠經(jīng)360～380℃均勻化處理6～10h后，在240～310℃下擠壓成形，擠壓比為10～20；擠壓后在170～210℃退火2～4h。

上述Zn-Ti中間合金的制備方法是：將占Zn-Ti中間合金總質量5～8％的純Ti加入Zn熔液中熔煉，待Ti全部熔化并混合均勻后，保溫25～35分鐘，然后澆鑄成鑄錠。

本發(fā)明一種含Mg的高強度變形鋅銅合金的制備方法：所述的熔煉是在中頻感應電爐中進行。

本發(fā)明一種含Mg的高強度變形鋅銅合金是通過添加適量的銅、鎂、鋁、鈦等合金元素來達到強化的效果的，添加元素的作用效果如下：

Cu的作用主要表現(xiàn)在固溶強化，微量的Cu固溶于Zn中導致晶格畸變，對位錯的滑移產(chǎn)生阻礙，從而強化合金。常溫下Cu在鋅中的固溶度不大，Cu會形成金屬間化合物ε相(CuZn₄)，這種硬的第二相會彌撒分布于基體，對合金的強化效果明顯。但是當銅含量過高時，晶界處生成的ε相(CuZn₄)太多而導致合金塑性急劇下降。因此，經(jīng)過大量試驗證明，當銅含量(質量分數(shù)％)定在0.1～5.0％之間時，合金具有較高的強度，而且綜合性能也較好。

Mg可以固溶于基體中，但其固溶度不大，室溫下鎂的固溶度僅為0.005％。鎂的加入起到固溶強化效果，提高合金強度和抗蠕變性能；當鎂含量增加時，Mg可以與Cu生成金屬間化合物Cu₂Mg，彌散分布于基體，能很大程度提高合金的強度；而且，鎂還可以防止晶間腐蝕；但是隨著鎂含量增加，使得合金液的流動性降低，不利于合金的鑄造性能。因此本發(fā)明將鎂含量(質量分數(shù)％)定在0.05～3.0％之間。