本發(fā)明屬于有色金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強抗蠕變鋅鋁合金。
背景技術(shù)：
我國鋅資源豐富，鋅及鋅合金具有熔點低、加工能耗小、綜合性能良好的優(yōu)點。目前，鋅合金已在五金、衛(wèi)浴、機械、建材、裝飾、儀器儀表、紀(jì)念幣等方面獲得廣泛應(yīng)用，同時鋅合金在很多方面還具有潛在的應(yīng)用前景。
隨著對鋅合金的深入研究與應(yīng)用，目前已形成鑄造鋅合金和變形鋅合金兩大類，而獲得廣泛應(yīng)用的變形鋅合金結(jié)構(gòu)材料主要是zn-al系和zn-cu系兩個系列，其中含鋁10％的zn-10al合金應(yīng)用最多，并已被國內(nèi)企業(yè)注冊為zat10。該合金盡管具有多方面的優(yōu)良性能，但抗蠕變性能仍然不夠理想，其結(jié)構(gòu)件在服役過程中因受載蠕變而容易產(chǎn)生尺寸不穩(wěn)定和過早失效。已有的報道中顯示，國內(nèi)外開展了添加cu、ti、mn、ni等元素來提高鋅鋁合金抗蠕變性能的多項研究，但實際收效不大或帶來其它問題。基于該原因，目前zn-10al合金仍然只是應(yīng)用于承載小、溫度低等普通領(lǐng)域。因此，提高變形鋅鋁合金的抗蠕變性能，拓展變形鋅合金應(yīng)用范圍，是行業(yè)高度關(guān)注的一個重要技術(shù)問題。
鋅屬于低熔點金屬，在純鋅或鋅鋁基體中添加高熔點釩元素，可以形成一些特殊組織，可望提高鋅基合金的力學(xué)性能。同時經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，到目前為止，在實用型鋅鋁合金中添加釩元素的應(yīng)用和技術(shù)研究尚無報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要是為了解決目前已實用化的zn-10al變形合金抗蠕變性能較低的問題，提供一種含釩高強抗蠕變鋅鋁合金。
本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金；所述高強抗蠕變鋅鋁合金中含有釩。
本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金；所述高強抗蠕變鋅鋁合金由鋅、鋁、釩、銅、鈦和不可避免的雜質(zhì)組成。
本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金，所述高強抗蠕變鋅鋁合金中，釩元素的質(zhì)量百分含量為0.05-1.6％。優(yōu)選為0.05-1.00％。進一步優(yōu)選為0.10～0.80％。更進一步優(yōu)選為0.4-0.65％。
本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金，所述高強抗蠕變鋅鋁合金以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
鋁9.8-10.3％，
釩0.05～1.00％，
鈦0.01～0.20％，
銅0.05～2.00％，
雜質(zhì)含量≤0.10％；
余量為所述鋅。
作為優(yōu)選方案；本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金，所述高強抗蠕變鋅鋁合金以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
鋁9.8-10.3％，
釩0.10～0.80％，
鈦0.03～0.10％，
銅0.30～1.00％，
雜質(zhì)含量≤0.10％；
余量為所述鋅。
作為更進一步的優(yōu)選方案，本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金，所述高強抗蠕變鋅鋁合金以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
鋁10.23％，
釩0.42％，
銅0.74％，
鈦0.05％，
雜質(zhì)含量≤0.10％；
余量為所述鋅。
作為更進一步的優(yōu)選方案，本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金，所述高強抗蠕變鋅鋁合金以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
鋁10.03％，
釩0.51％，
銅0.82％，
鈦0.06％，
雜質(zhì)含量≤0.10％；
余量為所述鋅。
作為更進一步的優(yōu)選方案，本發(fā)明一種高強抗蠕變鋅鋁合金，所述高強抗蠕變鋅鋁合金以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
鋁9.81％，
釩0.63％，
銅0.86％，
鈦0.04％，
雜質(zhì)含量≤0.10％；
余量為所述鋅。
原理和優(yōu)勢
本發(fā)明涉及的一種高強度抗蠕變鋅合金，是在zn-10al合金的基礎(chǔ)上添加適量釩、銅和鈦元素而形成的一種變形鋅基合金。該合金經(jīng)適當(dāng)熱處理后室溫抗拉強度超過420mpa，斷后伸長率達10％以上；與未添加釩的zn-10al合金相比，室溫恒載蠕變速率降低5倍以上，極限蠕變應(yīng)變僅為zn-10al合金的三分之一，因此，可以承受更高的載荷，應(yīng)用前景更為廣闊。
研究表明，zn-10al合金的蠕變和拉伸塑性變形主要是通過晶界滑移和晶粒轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)。本發(fā)明往該合金中加入適量的高熔點釩元素，通過適量的釩與其他組分的協(xié)同作用，可阻礙晶界滑移和晶粒轉(zhuǎn)動，進而顯著提高合金的強度及抗蠕變性能。
本發(fā)明與現(xiàn)有zn-10al合金相比具有下列優(yōu)點和效果：
(1)良好的強韌性：本發(fā)明采用熔煉制備的含釩zn-10al合金，經(jīng)一定道次的熱、冷塑性變形和適當(dāng)熱處理后，室溫抗拉強度超過420mpa，斷后延伸率超過10％。而現(xiàn)有zn-10al合金的室溫抗拉強度普遍只有250-320mpa。
(2)高抗蠕變性能：加入高熔點釩元素能起到阻礙晶界滑移和晶粒轉(zhuǎn)動的作用，從而提高鋅鋁合金的抗蠕變性能。實驗表明，在相同條件下與未添加釩的zn-10al合金相比，本發(fā)明的室溫恒載蠕變速率降低5倍以上，極限蠕變應(yīng)變(達到穩(wěn)態(tài)蠕變前的最大應(yīng)變率)不到zn-10al合金的三分之一。
具體實施方式
以下通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。需要說明的是，以下實施例和對比例僅用于解釋本發(fā)明，而不應(yīng)視為對本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍的限制。
實施例與對比例
本發(fā)明實施過程為：先采用真空熔煉方法配制zn-12al-1.5v中間合金，然后將配取的純鋁、純銅、純鈦及鋅釩中間合金置于高純度石墨坩堝底部，再將配取的純鋅置于純鋁、純銅、純鈦及鋅釩中間合金之上；將裝好上述原材料的石墨坩堝放入中頻感應(yīng)爐中升溫，待熔體全部熔化后進行適當(dāng)攪拌，靜置后澆鑄在鋼質(zhì)模具中，得到含釩鋅鋁合金鑄錠；然后對鑄錠進行表面機加工、均勻化處理(370℃×10小時)、塑性變形處理(92％變形量)和熱處理(150℃×4小時)。對各種配比的合金取樣進行室溫拉伸實驗以及室溫恒載荷拉伸蠕變實驗。(在本實施例和對比例中澆鑄、均勻化處理、熱、冷塑性變形、熱處理均為常規(guī)鋅鋁合金相近工藝)。
各實施例和對比例的合金成分見表1，室溫力學(xué)實驗數(shù)據(jù)見表2。
表1各實施例和對比例的合金成分(wt.％)
表2各實施例與對比例的力學(xué)性能參數(shù)
由表2中的數(shù)據(jù)可見，實施例1、2、3、4、5采用本發(fā)明的合金配比，均獲得了較高的室溫抗拉強度和優(yōu)良的抗蠕變性能。對比例1即為現(xiàn)有未加v的zn-10al合金，其室溫抗拉強度僅為實施例2的56％，其穩(wěn)態(tài)蠕變速率為實施例2的5.8倍，而極限蠕變應(yīng)變則是實施例2的3倍以上。添加v元素的實施例，斷后延伸率均有所下降，但仍保持在10％以上。由上述對比可知，適量v元素的添加顯著提高鋅合金的室溫抗拉強度及抗蠕變性能，并保持良好的塑性。
實施例4中雖添加v元素，但由于所添加的量過少，因而室溫抗拉強度及室溫抗蠕變性能提高不明顯。同時其性能也遠遠差于實施例1。
實施例5雖添加v元素，其抗拉強度、穩(wěn)態(tài)蠕變速率、極限蠕變量均高于實施例2，但是其延伸率僅為5.6％，說明過量v的添加顯著降低鋅合金的延展性能，難以實現(xiàn)塑性成形，因而實用價值不大。通過實施例4、5和實施例1、2、3的對比可以看出，本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案中所得產(chǎn)品的綜合性能明顯優(yōu)于其他產(chǎn)品。當(dāng)然一般產(chǎn)品也可以適用于一些對材料綜合性能不高的技術(shù)領(lǐng)域。
可見，本發(fā)明基于v元素添加、尤其是適量v元素的添加，使zn-10al合金具有更優(yōu)的強度、延展性和室溫抗蠕變性能，延緩了合金因抗蠕變性能差而加速老化的過程，從而為鋅基合金新產(chǎn)品開發(fā)提供了有效的技術(shù)途徑。
雖然以一些具體實施例描述了本發(fā)明，但許多改進和變化方式也是可行的。因此，應(yīng)理解，在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，不需要具體的描述即可以實施本發(fā)明。