一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺

摘要

本发明公开了一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺，包括以下步骤：S1、将ZA27合金产品送入热处理炉并置于高温下进行一级热处理，热处理温度为200～420℃，保温时间为1～25h；S2、将ZA27合金产品从热处理炉中取出，并将取出的ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为10K/min至2000K/min；S3、将ZA27合金产品送入热处理炉并置于中低温下进行二级热处理，热处理温度为100～220℃，保温时间为5～40h；S4、将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为1K/min至200K/min。本发明相较于现有技术，ZA27合金经热处理工艺处理后内部发生溶质元素的再分布，基体及析出相的形态与分布发生改变，显著提高了ZA27合金的强度及塑性变形能力。

说明书

技术领域

本发明属于高铝锌合金产品的处理技术领域，尤其涉及一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺。

背景技术

高铝锌合金是应用广泛的新材料。ZA27合金具有较好的抗拉强度、耐磨性及耐腐蚀性，具备良好的加工性能，易于铸造，广泛应用于压铸行业、轴承行业等。

但是ZA27合金在铸造时易出现底缩及偏析等缺陷，且其铸态塑性低、韧性差的缺点限制了其作为结构件的进一步使用。目前主要采用微合金化的方式来改善其塑性低、韧性差的缺点。微合金化元素主要为La、Zr、Sr等稀有金属，经过微合金化之后，ZA27合金的强度及塑性较原始铸态有所提高，但在原材料消耗及加工工艺方面会增加额外成本，且有些微合金化元素不利于环保。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺，经过该热处理工艺处理后，ZA27合金内部发生部分溶质元素的再分布，基体及析出相的形态与分布发生改变，ZA27合金的强度及塑性变形能力均得到显著提升，从而能够实现在不显著增加成本、不改变合金成分的条件下显著提高ZA27合金强度及塑性的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、将ZA27合金产品送入热处理炉并置于高温下进行一级热处理，热处理温度为200～420℃，保温时间为1～25h，本步骤使得ZA27合金产品内的部分溶质元素溶入基体，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；

S2、将ZA27合金产品从热处理炉中取出，并将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为10K/min至2000K/min，冷却时ZA27合金产品内晶粒不发生明显的粗大化现象；

S3、将ZA27合金产品送入热处理炉并置于中低温下进行二级热处理，热处理温度为100～220℃，保温时间为5～40h，本步骤可以消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；

S4、将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为1K/min至200K/min，本步骤可以消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S1中，热处理温度为250℃～360℃，保温时间为2-12h。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S1中，热处理温度为350℃，保温时间为3h。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S2中，ZA27合金产品的冷却方式为水冷或油冷。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S3中，热处理温度为100℃～200℃，保温时间为5～12h。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S3中，热处理温度为100℃，保温时间为5h。

作为上述技术方案的进一步描述：

在步骤S4中，ZA27合金产品的冷却方式为炉冷或空冷。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，对于模具铸造加工出的ZA27合金产品，采用分步热处理方法改善ZA27合金的综合力学性能，经过该热处理工艺处理后，ZA27合金内发生部分溶质元素的再分布，基体及析出相的形态与分布发生改变，ZA27合金的强度及塑性变形能力得到显著提升。

2、本发明中，分步热处理工艺分别是，一级热处理为高温热处理，二级热处理为中低温热处理。高温热处理的温度根据实际情况确定，通常在200～420℃之间，以确保ZA27合金产品内溶质元素溶入基体，同时不发生过烧和晶粒明显的粗大化现象；高温热处理的时间根据实际情况确定，通常在1～25h之间，以确保ZA27合金产品内溶质元素溶入基体，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；高温热处理后的冷却速度根据实际情况确定，通常在10K/min至2000K/min之间，以确保ZA27合金产品内晶粒不发生明显的粗大化现象。中低温热处理的温度根据实际情况确定，通常在100～220℃之间，且低于高温热处理温度，以确保消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；中低温热处理的时间根据实际情况确定，通常在5～40h之间，以确保消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；中低温热处理后的冷却速度根据实际情况确定，通常在1K/min至200K/min之间，以确保消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺中实施例1的ZA27合金100倍金相组织图

图2为一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺中实施例1的ZA27合金500倍金相组织图

图3为一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺中实施例2的ZA27合金100倍金相组织图

图4为一种改善ZA27锌合金性能的热处理工艺中实施例2的ZA27合金500倍金相组织图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中各实例使用的ZA27合金采用圆柱形金属模具铸造，铸锭尺寸为直径80mm，高度200mm。

实施例1

ZA27合金经过分步热处理工艺进行处理，具体步骤如下：

S1、将ZA27合金产品送入热处理炉并置于高温下进行一级热处理，热处理温度为350℃，保温时间为6h，使得ZA27合金产品内部分溶质元素溶入基体，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；

S2、将ZA27合金产品从热处理炉中取出，并将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为500K/min至1000K/min，冷却时ZA27合金产品内晶粒不发生明显的粗大化现象；

S3、将冷却后的ZA27合金产品送入热处理炉并置于中低温下进行二级热处理，热处理温度为100℃，保温时间为5h，用于消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；

S4、将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为1K/min至10K/min，消除ZA27合金产品的内应力，晶粒不发生明显的粗大化现象。

ZA27合金铸锭采用上述热处理工艺处理后，从ZA27合金铸锭上的等效位置处切取多个试样进行拉伸测试和布氏硬度测试。

实施例1的室温拉伸性能检测结果如下

实施例1的布氏硬度检测结果如下

实施例2

ZA27合金经过分步热处理工艺进行处理，具体步骤如下：

将ZA27合金产品送入热处理炉并置于高温下进行一级热处理，热处理温度为350℃，保温3h，使得ZA27合金产品内部分溶质元素溶入基体，晶粒不发生明显的粗大化现象；

S2、将ZA27合金产品从热处理炉中取出，并将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为500K/min至1000K/min，冷却时ZA27合金产品内晶粒不发生明显的粗大化现象；

S3、将冷却后的ZA27合金产品送入热处理炉并置于中低温下进行二级热处理，热处理温度为100℃，保温时间为5h，用于消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象；

S4、将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为1K/min至10K/min，用于消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象。

ZA27合金铸锭采用上述热处理工艺处理后，从ZA27合金铸锭上的等效位置处切取多个试样进行拉伸测试和布氏硬度测试。

实施例2的室温拉伸性能检测结果如下

实施例2的布氏硬度检测结果如下

实施例3

ZA27合金经过分步热处理工艺进行处理，具体步骤如下：

将ZA27合金产品送入热处理炉并置于高温下进行一级热处理，热处理温度为350℃，保温时间为3h，使得ZA27合金产品内部分溶质元素溶入基体，晶粒不发生明显的粗大化现象；

S2、将ZA27合金产品从热处理炉中取出，并将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为500K/min至1000K/min，冷却时晶粒不发生明显的粗大化现象；

S3、将冷却后的ZA27合金产品送入热处理炉并置于中低温下进行二级热处理，热处理温度为150℃，保温时间为5h，用于消除ZA27合金产品的内应力，晶粒不发生明显的粗大化现象；

S4、将ZA27合金产品在一定冷却速度下进行冷却，冷却速度为1K/min至10K/min，用于消除ZA27合金产品的内应力，同时晶粒不发生明显的粗大化现象。

ZA27合金铸锭采用上述热处理工艺处理后，从ZA27合金铸锭上的等效位置处切取多个试样进行拉伸测试和布氏硬度测试。

实施例3的室温拉伸性能检测结果如下

实施例3的布氏硬度检测结果如下

总结：通过对比实施例1-3的室温拉伸性能结果及布氏硬度检测结果，可以看出，在一级热处理温度为350℃，保温时间为3h，二级热处理温度为100℃时，保温时间为5h时，ZA27合金的抗拉强度最优，达到504MPa，布氏硬度达到149HBW。延长一级热处理时间或提高二级热处理温度，ZA27合金的抗拉强度及布氏硬度都下降，但提高二级热处理温度，ZA27合金的塑性提高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。