[发明专利]在锌‑铝合金中获得细小初生α‑Al等轴晶粒的方法

说明书

本发明公开了一种在锌‑铝合金中获得细小初生α‑Al等轴晶粒的方法，包括以下步骤：将锌‑铝合金熔化至液相线以上100‑200℃，得到锌‑铝合金熔体；在锌‑铝合金熔体中同时加入锆、铈和镁元素，继续保温8‑20分钟，充分搅拌，使锆、铈和镁元素在锌‑铝合金熔体中均匀分布，得到最终合金熔体；将最终合金熔体浇入模具，冷却后得到含有细小初生α‑Al等轴晶粒的锌‑铝合金。本发明提供的方法获得的尺寸细小、无分枝的球状或多面体状α‑Al等轴晶粒，对锌‑铝合金组织结构的优化、铸造工艺性能及使用性能产生有利作用。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及锌-铝合金的凝固过程控制和晶粒细化处理，尤其涉及在锌-铝合金中获得球状或多面体状细小初生α-Al等轴晶粒的方法。

背景技术

金属或合金铸件中的金属晶粒主要以下列三种形式存在：有分枝的树枝晶粒、球状或多面体状无分枝等轴晶粒（以下称等轴晶粒）以及二维方向较长的柱状晶粒。其中，等轴晶粒对获得理想的金属或合金组织结构与性能最为有利，生产中往往会采取措施以尽可能抑制树枝晶粒和柱状晶粒的生成，使之向等轴晶粒转变。晶粒尺寸越细小，越有利于合金铸造工艺性能和力学性能的提高。因此，生产中往往需要对合金或金属进行结晶凝固控制以获得尺寸细小的球状或多面体状等轴晶粒。

含铝量在10-40wt.%的锌-铝合金因其优良的机加工工艺性能及优良的强度、耐磨等力学性能及耐腐蚀性能，有较多的应用。这类锌-铝合金凝固时在液相中先生成初生α-Al晶粒。因结晶凝固范围宽在液相中易生长，初生α-Al往往发展成尺寸较大、分枝复杂的树枝晶粒，由此导致铸造工艺性能下降，易产生成分偏析、显微缩松等一系列合金组织结构缺陷，进而带来力学、耐腐蚀性能下降等问题。在实际生产中，有些合金因自身成分、原料、熔炼工艺和冷却条件的原因需要提高熔炼温度和浇注温度，这导致凝固后形成尺寸更大、分枝更发达的晶粒组织。

生产中常通过添加中间合金细化剂进行晶粒细化的方法以控制这类合金中的初生α-Al晶粒的尺寸和形貌，达到减少锌-铝合金的组织结构缺陷，进而提高铸造工艺性能、力学性能的目的。例如，向锌-铝合金中加入锌-铝-锆中间合金可使其中的初生α-Al晶粒分枝明显减少且尺寸减小。但在普通生产条件下，锌-铝-锆中间合金对初生α-Al的晶粒细化效果有限，最终得到的初生α-Al晶粒形貌仍是具有分枝的花瓣状且晶粒尺寸仍达数十微米，而且在浇注温度增高时晶粒细化效果会进一步减弱。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种锌-铝合金的晶粒细化方法，以在含铝量为10-40wt.%的锌-铝合金浇注温度较高（高于合金液相线100℃以上）时，获得无分枝的、尺寸细小的球状或多面体状初生α-Al等轴晶粒。

本发明提供的在锌-铝合金中获得细小初生α-Al等轴晶粒的方法，包括以下步骤：将锌-铝合金熔化至液相线以上100-200℃，得到锌-铝合金熔体，所述锌-铝合金为含铝量在10-40wt.%的锌-铝合金；在锌-铝合金熔体中同时加入锆、铈和镁元素，继续保温8-20分钟，充分搅拌，使锆、铈和镁元素在锌-铝合金熔体中均匀分布，得到最终合金熔体；将最终合金熔体浇入模具，冷却后得到含有细小等轴初生α-Al晶粒的锌-铝合金。

可选地，最终合金熔体中锆、铈和镁元素的质量百分比分别为0.1-0.3%、0.1-0.3%和0.006-0.02%。

可选地，最终合金熔体中锆、铈和镁元素的质量百分比分别为0.3%、0.3%和0.02%。

可选地，最终合金熔体中锆、铈和镁元素的质量百分比分别为0.3%、0.1%和0.01%。

可选地，锆元素的添加方式为锌-铝-锆中间合金，锌-铝-锆中间合金中锌与铝的质量比例与锌-铝合金中锌与铝的质量比例相同。

可选地，铈和镁元素的添加方式为锌-铝-铈-镁中间合金，锌-铝-铈-镁中间合金中锌与铝的质量比例与锌-铝合金中锌与铝的质量比例相同。