鋁含量對鑄造鋅合金流動性及力學性能的影響

張新莊 李海龍

摘 要：為了研究鋁含量對鑄造鋅合金流動性及力學性能的影響，本文對不同鋁含量的鑄造合金，進行了流動性及力學性能檢測，結果表明：隨著鋁含量的增加流動性呈先增強后減弱的趨勢，當鋁含量為5%時，微觀組織為鋅鋁共晶相，流動性最佳，而隨著鋁含量增加抗拉強度的變化趨勢與流動性正相反，當鋁含量為5%時抗拉強度最差，抗拉強度為239MAP。

關鍵詞：鑄造鋅合金 鋁含量 抗拉強度 流動性

中圖分類號：TG441.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0110-03

鑄造鋅合金具有優(yōu)良的力學性能和機加工性能，在機械行業(yè)獲得了廣泛的應用[1-4]。鑄造鋅合金在壓鑄成型過程中，其流動性影響著鑄件的充型能力，流動性差導致鑄件充型不足，鑄件致密性差、存在縮松及縮孔現(xiàn)象，影響其使用性能；同時，鑄造鋅合金要擁有著較好的力學性能，諸如抗拉強度、沖擊韌性等，保證鑄件的使用壽命；而鋁含量影響著鑄造鋅合金流動性及力學性能。。

本實驗通過在鑄造鋅合金中加入不同含量的鋁來澆鑄成型。通過電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）來測試合金的成分，探討鋁含量對鑄造鋅合金流動性及力學性能的影響。

1 實驗

1.1 實驗設備及原材料

（1）實驗設備：井式坩堝電阻爐、高純度石墨坩堝、石墨攪拌棒、電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）、金相顯微鏡、拉伸試驗機。

（2）原材料：豫光0#鋅、99.7鋁、99.6鎂、精煉劑-氯化銨。

1.2 實驗過程

實驗采用井式坩堝電阻爐制備Zn-x%Al-0.045%Mg合金（如表1所示），首先爐子加熱至200℃，將石墨坩堝放入爐內，保溫15min，取出坩堝，在坩堝內壁涂抹一層滑石粉，之后放入爐內，溫度加熱至550℃，將一定量的鋅錠放入坩堝；待鋅錠熔化后，將一定量的鋁加入坩堝，保溫25min（攪拌輔助熔化），熔化后加入鎂塊，切勿使鎂漂于熔液上方，隨后加入氯化銨造渣，將溫度升到570℃～580℃左右，保溫30min。當溫度降至450℃～470℃時即進行澆鑄，模具提前預熱到50-60℃左右，每種合金在澆鑄之前需對元素含量進行ICP化驗（用車床將試樣車20g左右樣絲），化驗合格后方可澆鑄成型。將澆鑄好的試樣機加工，進行金相觀察、流動性、力學性能測試；

2 實驗結果及分析

2.1 鋁含量對鑄造鋅合金微觀組織的影響

分別對含3%鋁、5%鋁、6%的鑄造鋅合金進行了金相檢測，通過金相組織觀察，3%鋁的鑄造鋅合金組織為富鋅相+鋅鋁共晶組織（如圖1a、1b所示），5%鋁的鑄造鋅合金組織為鋅鋁共晶組織（如圖1c、1d所示），6%鋁的鑄造鋅合金組織為富鋁相+鋅鋁共晶組織（如圖1e、1f所示）。

2.2 鋁含量對鑄造鋅合金流動性的影響

通過自制的流動性檢測裝置（如圖2），分別對含鋁3%、5%、6%的鑄造鋅合金進行了流動性檢測；在相同的環(huán)境及條件下，完成澆鑄并測量其螺旋流動曲線，結果如圖3所示，經(jīng)過測量，3%鋁的螺旋線長度為955mm，5%鋁的螺旋線長度為1040mm，6%鋁的螺旋線長度為915mm，如表2所示；所以，根據(jù)實驗結果，流動性最好的樣品是5%鋁鑄造鋅合金，其次是3%鋁鑄造鋅合金，最差的是6%鋁鑄造鋅合金。

2.3 鋁含量對鑄造鋅合金抗拉強度的影響

分別對含鋁3%、5%、6%的鑄造鋅合金進行了拉伸試驗，每種含量進行3組拉伸試驗，求3組平均值作為每種鋁含量的抗拉強度，結果如表2所示，含3%鋁的鑄造鋅合金抗拉強度為260MPa，含5%鋁的鑄造鋅合金抗拉強度為249MPa，含6%鋁的鑄造鋅合金抗拉強度為260MPa。

3 分析

由金相組織觀察可知，不同鋁含量的鑄造鋅合金其微觀組織不同，5%鋁的鑄造鋅合金組織主要為鋅鋁共晶，共晶組織以層片狀存在（如圖1c，1d所示），且對應的熔點較低，故在一定鋁含量范圍內共晶點的流動性最好，如圖3所示，5%鋁的鑄造鋅合金流動性最好；通過流動性及抗拉強度綜合分析，鋁含量對鑄造鋅合金的流動性及抗拉強度呈反比關系（如圖4所示）。

4 結論

（1）鋁含量影響著鑄造合金的流動性：隨著鋁含量的增加，流動性呈先增加后減弱的趨勢，當鋁含量為5%時，其微觀組織為鋅鋁共晶，呈層片狀存在，流動性最佳。

（2）隨著鋁含量的變化，鑄造鋅合金的抗拉強度隨之變化：鋁含量增加，其抗拉強度呈減弱后增強的趨勢，當鋁含量為5%時抗拉強度最小。

（3）隨著鋁含量增加，鑄造鋅合金的流動性及抗拉強度的變化趨勢相反。

參考文獻

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