成型07-1王智开题报告.doc

辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）开 题 报 告 题 目 Zn-Al-Mn-Cu-Ni合金的热处理工艺研究指 导 教 师 刘敬福 院（系、部） 材料科学与工程学院 专 业 班 级 成型07-1班 学 号 0708020124 姓 名 王 智 日 期 2011年3月10日 教务处印制 一、选题的目的、意义和研究现状一、选题的目的及意义铝合金一直以来以质轻、延展性好等特点广泛应用于各个工业领域。近几年来，我国的铸造工作者对国外研制出的新型高铝锌基合金ZA12（12%AL）和ZA27（27%AL）做了大量的研究和改进工作，尤其是以ZA12和ZA27合金取代青铜材料作为耐磨材料使用取得了较大的经济效益。ZA35合金中铝含量达到35%，与ZA12和ZA27合金相比密度更小，成本更低。Zn-Al-Mn-Cu系超高强度铝合金具有高比强度和优良的综合性能，是航空航天中广泛应用的结构材料，随着现今严峻的能源形势对交通工具节能化的要求，这类铝合金也将越来越多的应用到各类车船体的结构件上1-3。在Zn-Al-Mn-Cu系超高强度铝合金中添加微量的合金元素以提高其强度、塑韧性和耐蚀性是该系列铝合金强韧化的一种发展方向4。镍是常用的一种合金元素，一般认为它能消除铝合金中杂质元素铁的有害影响，提高合金耐热性，降低热膨胀系数5。但目前关于镍的添加对铝合金影响的报道很少。因此本实验的研究目的之一就是含镍量的变化对ZA35性能的影响。锌铝合金因具有良好的力学性能、成型性能和耐磨性能，越来越受到人们的关注6。但是由于锌的熔点低、合金的共晶温度低、凝固区间大，导致了锌铝合金的高温强度很低。此外，锌铝系相的固溶度随温度升高变化较大，组织欠稳定，限制了其耐热性的提高。因此，大多数锌铝合金的实际使用温度最高不超过150，在高温下使用显然会严重恶化锌铝合金的使用性能7。由于锌铝合金的力学性能在相当大的程度上依赖于热处理工艺，因此本实验通过力学性能的测定及金相显微组织观察，对Zn-Al-Mn-Cu-Ni铝合金的热处理工艺进行研究，从而获取具有综合力学性能优良的较合理的热处理工艺，指导工业化生产。ZA35是近十多年来国内外应用日益广泛的价廉、节能、优质的新材料。它具有抗拉强度和硬度高，阻尼性好，耐磨性好，摩擦系数小，摩擦温升低，同时还具有良好的工艺性能(包括铸造、焊接、热处理等)，不仅可用于压铸，还适用于砂型、金属型、石墨型、连铸等;且原材料来源广、价格低廉、熔化时能耗低，无污染，使用寿命长，是国内外发展很快的一类新型合金8-15，它的研制和应用，为有色金属耐磨材料在机械传动零件的材料设计方面开辟了一个新的领域，已成功地用于各种轴瓦、轴套、涡轮、压力机用螺母、拉伸模具等16诸多方面。二、研究现状当前科研工作者对锌铝合金的发展做了大量的工作。江苏理工大学的张成华等研究了合金元素Si对ZA27合金耐磨性能的影响17；甘肃工业大学的陈体军等对ZA27合金的的微观组织作了详细阐述18；西安理工大学的黄俊等研究了稀土变质高锌铝合金的组织和性能19；武汉科技大学潘应君等研究了Zn-Al合金在长江水中的耐蚀性20；广西大学的司家勇等对ZA27高温冲击性能作了深入研究等等21。通过对微观组织的研究、加入不同合金元素以及改变工艺来提高锌铝合金的强度、耐磨性、耐蚀性等各种性能。邹勇志等珍等研究了高铝锌基合金的组织和性能22，表明含50Al入分析的ZA50合金具有较好的力学性能和高温性能。华东工学院刘彧23等认为在ZA27中加入Re 0.07时综合性能最好，使细化处理时间缩短50，超塑拉伸延伸率提高31，抗拉强度提高近10，且能保持较好的塑韧性，同时高温强度及抗腐蚀性能亦有所提高。昆明冶金研究院田卫平等则在ZA27中加入0.20.4左右的稀土使原来的粗大晶粒细化，网状结构消失，第二相在晶粒内部析出，呈细小、均布的弥散相，合金性能将得到提高。西南交通大学的赵玉珍等对加入稀土后24，ZA27合金凝固过程作了深入分析；中原工学院张振国等探讨了La、Se稀土对ZA27合金高温力学性能的影响，同时研究了稀土对金相组织的影响25；沈阳工业大学刘贵立等从本质上了解了稀土元素在锌铝合金中去除有害杂质铁的作用26；山东科技大学闫承俊等在ZA40中添加稀土氧化物，使其力学性能得到很大提高等27-28。文献29-30研究了过饱和ZA27合金在自然时效过程中的力学性能和阻尼性能变化规律，证实合金经固溶处理并在自然时效稳定后，可获得良好的力学性能和阻尼性能。稳定化的优先热处理工艺为375下固溶化处理10 h，在180下时效8 h 。文献31认为适当的固溶化和水淬处理可提高锌铝合金阻尼性能，同时抗拉强度和硬度下降，伸长率上升。文献32-33研究了锌铝合金经挤压后的组织，结果表明挤压可使初生的树枝状富铝相细化，通过控制挤压温度可以控制合金的相的组成。文献34-35报导了塑性成型对ZA27合金力学性能的影响，对ZA27合金进行均匀化处理并经热挤压后，不仅可消除疏松，大幅度提高其综合性能，而且可消除材料不同部位的性能差异。挤压还可提高锌铝合金的阻尼性能36。太原重机学院孙钢、游晓红等研究了半固态挤压成形ZA27合金37，发现其组织在晶粒尺寸、界面形貌等方面都发生了奇异的变化，晶粒中出现了二次枝晶且具有一定的方向性。二、 研究方案及预期结果一、试验材料及方法1.1试验材料试验合金成分为:铝35%、铜2.5%、锰0.8%、镍0.5%；其余的全部为锌。试验用原材料有高纯铝锭(纯度不小于99.95%)，纯锌(纯度不小于99.70%)、铝铜和铝镍中间合金。为了使合金成分均匀化、减少合金元素的烧损，铜和锰分别以Al-50%Cu中间合金和Al-10%Mn中间合金形式加入。1.2试验方法在电阻炉中熔炼，于750浇注成16mm100mm的圆柱形铸件，再加工成16mm15mm的试样。二、实验方案为了确定Zn-Al-Mn-Cu-Ni合金的热处理工艺，采用正交设计，选用L9（34）正交表，以抗拉强度（MPa）和硬度（HB）以及伸长率（%）作为衡量指标，具体试验方案如下:1、试验因素水平 因素水平固溶温度A/固溶时间B/h时效温度C/时效时间D/h13502120323703.515053385518072、正交试验根据试验因素分为9组，按要求将每组测得的抗拉强度、伸长率、硬度分别填入下表：试验组号影响因素A B C D抗拉强度/MPa伸长率（%）硬度/HB13502120323503.5150533505180743702150753703.5180363705120573852180583853.51207938551503三、预期结果1、热处理工艺对Zn-Al-Mn-Cu-Ni合金的力学性能有显著影响，随着固溶温度的升高和固溶时间的延长（一定范围内），抗拉强度和硬度明显地出现了上升趋势。2、确定出合金适宜的时效处理的温度和时间，此时合金抗拉强度高和硬度高，而伸长率又保持较高值，即合金综合力学性能优良。三、研究进度第 3-4 周 确定实验方案，并进行实验准备。第 5-7 周 实验材料的制备。第 8-9 周 力学性能测定。第 10-11 周 热处理工艺固溶和时效实验。第 12-13 周 强度、硬度、伸长率测试及组织分析。第 14-15 周 分析、整理实验数据并撰写论文。第 16 周 修改毕业论文，准备答辩。第 17 周 毕业答辩。四、主要参考文献1汝继刚，依琳娜，张禄山.超高强铝合金热处理工艺研究J.材料工程，1999，（2）：37-42.2丁向群，何国求，陈成澍，等.轿车用铝合金的研究应用进展J.同济大学学报（自然科学版），2005，33（11）：1504-1508.3余淑荣，樊丁，吴明亮，等.铝合金车身框架制造中的热加工新技术J.热加工工艺，2006，35（3）：77-79.4王涛，尹志民.高强变形铝合金的研究现状和发展趋势J.稀有金属，2006,30(2):197-202.5师昌绪，李恒德，周廉.材料科学与工程手册M.北京：化学工业出版社，2004.140-142.6OKORAFOR O E.Metallurgical factor affecting the microstructure of expendable polystyrene paem cast A1-4.25Cu一1.03SiJAFS Transactions,1982,124：285295.7吴维冈，张东成.干砂消失模铸造技术及工艺J.特种铸造及有色合金，1989 (5)：45488胡海明，Z127的研究进展，材料导报，1998,12 (3),17-209舒震，新型高强度铸造锌合金ZA27，铸造，1987, 36(1), 2-510Gervais.E, Levert.H, The development of a family of Zine-base foundry alloys, AFS Transactions,1980,(3),47-5211Ayik O, Solidification and foundry studies of Zn/AI alloys, J Crystal Growth, 1986 ,(79) 594-60212陈体军，郝远，孙等，ZA27合金的微观组织，中国有色金属学报，2002,(4),294-29913邹勇志，曾建民，冯建情，高铝锌基合金组织与性能的研究.铸造技术，2004,(3),203-20514郭伟，曾建民，微量元素La, Sb, Ti和Mn对ZA27合金力学性能的影响，广西大学学报(自然科学版)，2002,(9),192-1915陈美玲，陈玉喜，高铝锌基合金热膨胀性能的研究.特种铸造及有色合金，1999,(1),55-5616魏晓伟，沈保罗，砂型及金属型铸造ZA27合金的压蠕变行为，特种铸造及有色合金，2003(1),19-2117张成华，孙少纯，严学华，等加入合金元素 Si对ZA27合金耐磨性能的影响J中国铸造装备与技术，2001(6)：26-28.18陈体军，郝远，孙军，等ZA27合金的微观组织J.中国有色 金属学报，2002(2)：294-299.19黄俊，袁中岳，张忠明，等稀变质高锌铝合金的组织和性能J热加工工艺。2002(1)：6,-8.20潘应君，张恒，黄宁，等ZnAl合金在长江水中的耐蚀性研究J腐蚀科学与防护技术，2003(4)：231-233.21司家勇，曾建民，顾红ZA27合金高温冲击性能的研究J铸造技术，2005(3)：233-23622邹勇志，曾建民，冯建情高铝锌基合金组织与性能的研究J铸造技术，2004，25(3)：203205.23谭银元稀土对 ZA27合金阻尼性能的影响J特种铸造及有色合金，2002(2)：53-54 24赵玉珍，高庆，张喜燕稀土、钛变质ZA27合金的组织与性能的研究J铸造，2003(7)：484-487.25张振国，汤峰，刘英稀土对 ZnA127高温性能及组织的影响J热加工工艺，2005(7)：2021.26刘贵立，李荣德ZA27合金中稀土及铁的晶界偏聚与交互作用J物理学报，2004，53(10)：3482-3485.27闷承俊，王吉岱，孙静，等稀土氧化物强化高铝锌基合金的研究J铸造技术，2006，27(3)：266268.28闷承俊，王吉岱，孙静，等稀土氧化物对高铝锌基合金力学性能的影响J铸造技术，2006，27(8)：953-955.29王狂飞ZA27合金在 100C时效时的相变规律J焦作工院学报(自然科学版)，2000，19(1)：70-72.30YHZHU，WBLEE，STOAgeing characteristics of cast Zn-Ai based alloyJJ0uRNAL OF MATERIALS SCIENCE，2003(38)：19451952.31TagamiM，OhtaniT，UsamiT Effect of Heat Treatment，Content of Cuand-Mg，and Rolling Reduction on the Damping Capacity and Mechanical Properties of Zn-22A1 AlloyJLight Met-Ms，1988，38(2)：107-113.32YAO Huazhu，Frank E，C,oodwinMicrestructures of Thermome2 chanically Treated Eutectoid Zn-Ai Alloy()JMater，Res，1995，10(8)：1927-1932.33张忠明锌铝高阻尼合金的组织转变、性能及其内耗机斛D西安：西北工业大学博士学位论文，1999：65-67.34徐必鸿，陈全德，王洪敏锌基合金塑性成形的研究J热加工工艺，1996(2)：2628 35李德成，李玉圣，赵芳欣，等铸造高强锌基合