硅对锌铝合金凝固组织的影响

锌合金

第3期(总第100期)

1998年9月山　西　机　械SHANXI　MACHINERYNo13

Sep1

硅对锌铝合金凝固组织的影响

付　珍1)　成建根2)　朱秀红3)

摘　　要

　　研究了硅对ZA-27、ZA-40、ZA-60及ZA-80规律及硅相形貌的变化。

　　关键词:锌铝硅合金　凝固组织G1引　言

锌铝合金具有许多优越的性能,因而近年来受到材料工作者极大的关注。特别是一些高铝锌基合金如ZA-8、ZA-12及ZA-27已在许多工业部门得到应用。为了进一步

织的影响以及硅相在不同基体组织中形貌的变化规律。1　试验条件及方法

试验原料采用纯锌及铝硅中间合金。熔化设备采用电阻坩埚炉。熔化时将干燥的炉料装入刷有涂料的石墨坩埚中,然后升温加热。根据不同的配料,熔化温度控制在620℃～720℃范围。对于含铝较多的锌铝合金熔液要进行适当的去气处理。

铸型采用金属型及水玻璃沙型。试样尺寸为10mm×10mm×80mm。金相试样从浇注试样离底部20mm处截取。金相浸蚀剂根据合金含铝量不同选用硝酸酒精及含铁浸蚀剂。

2　结果及讨论

211　硅对锌铝合金中固溶体形貌的影响

改善这种锌铝合金的耐磨性,有人加入了硅

[1,2]

元素。硅对以铝为基的锌铝合金的主要作

用是改善其铸造性及提高合金的耐应力腐蚀能力。工业中目前使用的这种合金的含锌量及含硅量分别为913%～1310%和6%～8%。有人曾研究了含锌13%～25%范围内

锌元素对铝硅合金变质组织和性能的影

[3]响。也有人研究了硅对ZA-43合金凝固[4]组织的影响。但是硅对整个锌铝合金凝固

组织的影响规律未见有完整的报导。为了进一步了解硅元素对锌铝合金的作用,有必要首先弄清楚硅对锌铝合金凝固组织的影响规律。本文为此研究了硅对ZA-27、ZA-40、ZA-60及ZA-80等锌铝合金铸态凝固组

根据Zn～Al相图,含锌量大于27%左右时的锌铝合金高温凝固组织应是锌在铝中的固溶体,记作Α固溶体。图1表示出ZA-

1)　付　珍,女,1955年出生,1981年太原理工大学金相专业毕业,获学士学位,工程师。工作单位:030012,山西省

轻工建筑安装公司。

2)　成建根,男,1958年出生,1981年太原理工大学铸造专业毕业,获学士学位,工程师。工作单位:030012,山西省

水工机械厂。

3)　朱秀红,女,1976年出生,太原理工大学材料系学生。

锌合金

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　山西机械　　　　　　　　　　　　　　1998年第3期 30

27和ZA-80合金在金属型中冷却得到的

部组织。为了进一步证实心部组织是等轴枝晶还是由底部生长的柱状枝晶的截面,作者将试样沿心部截开后观察组织,确证为等轴枝晶。但是随着含铝量的减少或者确切讲,随铝中锌含量的增高,固溶体变成无明显方向性的树叶状枝晶,这种枝晶组织在整个试样截面上分布均匀

,即试样上没有如图3所示

的柱状枝晶及等轴枝晶。图2(b)表示含铝达27%左右时的枝晶组织,这种,而且,该组织中2(a)中的。

凝固组织。可以看出,锌铝合金无论含铝量高低,都具有等轴枝晶组织。但是,当在这些锌铝合金中加入一定量的硅元素时,Α固溶体的形貌发生了较大的变化,图2表示了这种变化。比较图1和图2可以看出,由于硅元素的存在,使锌铝合金中的固溶体等轴枝晶变成了有一定取向的树(叶)状枝晶。另外,单由图2中的(a)(b)两幅照片比较也可以看出,在硅存在的条件下,合金中铝含量不同,枝晶发展的形态也不同。图2(a)中。2(a)

　　　(a)ZA-80合金　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)ZA-27合金

图1　锌铝合金的金属型凝固组织　100×

(a)ZA-80SiX合金　　　　　　　　　　　　　　　　(b)ZA-27SiX合金

图2　锌铝硅合金的金属型凝固组织　100×

　　由以上固溶体枝晶的形貌变化表明,Si元素具有将固溶体由粒状等轴晶变成柱

(叶)状枝晶的作用。由凝固动力学知,要想

在相同的冷却条件下实现这种转变,硅元素

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1998年第3期　　　　　　　　　　付珍等:硅对锌铝合金凝固组织的影响 31

一定具有抑制固溶体形核,促进其择优生长的作用。这种作用可通过比较常规Al-Si和

本Al-Zn合金固溶体枝晶的形貌得以证实。实验表明,随铝含量降低,硅的相对含量增

高,试样心部的等轴枝晶逐渐消失。这也表明了硅的这种作用。关于硅的作用机理,将在今后做进一步讨论

。

元共晶反应。包共晶反应(L+AL→ZnAl+Si)约在80%Zn、3%～4%Si与440℃,三元共晶反应(L→ZnAl+Zn+Si)约在0105%Si、95%Zn和380℃。根据这样的信息,再结

合铝硅和铝锌二元相图,我们可以估计出锌铝硅三元系的反应。该系中存在有共晶反应

+Si,当合金的成份落在某一区域时,液L→Α

体冷却凝固时首先应析出初生硅相。同样道理,当含铝量固定后,,。3(叶)状枝晶或柱状枝晶,造成这种现象的原因之一是硅有抑制固溶体成核、促进其择优生长的作用。

312　在含硅量相等的情况下,锌铝硅合金中的铝含量不同,则硅相存在的形式也不同;当铝含量降到一定值后会出现块状初生硅相。

参考文献

1　PekwanPL1WearresitanceandmicrostructureofZn-Al-SiandZn-Al-Cualloys1Wear,1987(117):79

2　濑川赳夫1境界润滑の亚铝合金の轴受性能に

图3　ZA80SiX合金柱状枝晶的生长形貌32×

212　含铝量变化对硅相形貌的影响

由图2可以看出,当硅量保持基本不变

的条件下,变动含铝量,基体中有块状硅的出现。另外从ZA40SiX合金及ZA27SiX合金金属型凝固组织经进一步放大的照片,可以明显看到这两种合金中都有无规则的块状硅相出现。金相观察表明,在同上的放大倍数条件下,未发现ZA80SiX和ZA60SiX两合金组织中有明显的块状硅相。为什么含铝量小于一定值后会出现块状硅相?因到目前为止我们还没有发现关于铝锌硅相图的详细报导,我们无法从理论上说明这个出现硅相的具体临界铝含量值(或范围)。但可以推知,这种硅相是铝锌硅合金中的初生硅。文献[5]指出,在铝锌硅合金中存在包共晶反应和三

及ほずAlとSiの影响1日本金属学会志,1983(3):

51

3　赵浩峰1锌对铝硅合金组织和性能的影响研

究1特种铸造及有色金属,1994(2):5

4　刘金水1锌铝硅合金的组织性能及Na变质1热

加工工艺,1994(5):36

5　LF　Mondolfo1　AluminumAlloys:StructureandProperties1Butterworths1976

(收稿日期:199823216,修回日期:1998205220)