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[摘要] 本文采用OM以及显微硬度等方法研究了均匀化处理对ZnAl15组织、显微硬度及耐蚀性的影响。研究结果表明，合金ZnAl15的铸态组织为α+β+（β+η）共晶，但过饱和固溶体α相和β相在室温下不稳定，会发生初期的不连续脱溶沉淀。在均匀化处理过程中，不连续脱溶沉淀进行的比较彻底。冷却速度对α相和β相组织的影响并不明显，但冷却速度快时η相中铝的固溶度要比冷却速度慢时要高。合金ZnAl15的显微硬度主要取决于α相和β相，均匀化处理对锌铝合金的显微硬度没有明显的影响。
[关键词] ZnAl15均匀化处理相变硬度
1、引言
ZA27铸造锌铝合金具有良好的铸造工艺性能、力学性能及耐磨性能，用于取代传统的一些铁合金以及非铁合金，效果良好[1]。然而，合金自身存在着一些缺陷，如合金在熔铸过程中共析反应往往不完全，枝晶比较粗大，枝晶偏析比较严重，这导致合金在放置过程中会发生过饱和固溶体的分解反应，从而导致出现合金尺寸不稳定的现象，限制了被广泛应用[2~3]。以往对锌铝合金的热处理已有不少研究，部分揭示了热处理工艺参数对其性能及组织的影响[4~6]。虽然锌铝合金热处理过程中的相变已有一些探讨，但整个相变体系有待进一步的完善[7~8]。本文研究了锌铝合金在均匀化处理过程的组织转变及其对性能的影响，以进一步探讨锌铝合金热处理过程中的相变特征。
2、试验方法
本试验选用合金为ZnAl15，采用的原材料为工业高纯铝和电解锌。将原料放入石墨坩埚中，采用高频感应加热至650℃，熔化后保温10min，冷却至500℃后浇铸到金属型中，冷却至300℃后在水中淬火，得到Φ50mm的铸锭。接着对铸锭在进行均匀化处理，处理温度为320℃，3h后分别采用炉冷、空冷和水冷三种冷却方式冷却。将试样进行磨光、抛光、用硝酸浸蚀后在舜宇IE200M型金相显微镜下观察金相照片。显微硬度的测试在华银HV-1000A型显微硬度计上进行，载荷为100gf，加载时间为10s。
3、结果与讨论
3.1组织
合金ZnAl15在冷却过程中先析出α相，接着发生包晶反应生成β相，到381℃是发生共晶反应生成(β+η)共晶组织，由于冷却速度比较快，合金的共析转变会推迟，所以冷至室温时铸态组织为α+β+(β+η)共晶，如图1a所示。然而过饱和固溶体α相和β相在室温下不稳定，发生初期的不连续脱溶沉淀。
图1不同状态ZnAl15显微组织
a）铸态组织b）均匀化处理（炉冷）c）均匀化处理（空冷）d）均匀化处理（水冷）
均匀化处理后，不同冷却速度的组织如图1b~图1d所示。由图可知，过饱和固溶体α相和β相的不连续脱溶沉淀进行的比较彻底。对比不同冷速的均匀化处理后的组织可以发现，冷却速度α相和β相的分解过程没有明显的影响。但是冷却速度会影响η相中铝的固溶度。均匀化处理过程中加热时，共晶组织中的部分铝原子会固溶在η相中形成η′相，炉冷时η′相会发生均匀脱溶分解，即η′→α+η，其分解的程度相对采用空冷或水冷的分解程度要彻底的多。所以冷却速度快时η相中铝的固溶度要比冷却速度慢时要高。
3.2显微硬度
不同状态ZnAl15的显微硬度如表 1所示。从表中数据可以看出，均匀化处理对ZnAl15的显微硬度并没有明显的影响，均匀化处理的冷速对显微硬度的影响也并不明显。这主要是由于合金ZnAl15的显微硬度主要取决于α相和β相。在均匀化处理过程中α相和β相虽然分解的程度更为彻底，但是其产物α相和η相仍然出于共格或者半共格的关系。
表 1不同状态ZnAl15的显微硬度
状态 铸态 均匀化（炉冷） 均匀化（空冷） 均匀化（水冷）
显微硬度[HV0.1] 91.5 90.1 91.2 94.5
4、结论
（1）合金ZnAl15的铸态组织为α+β+（β+η）共晶。过饱和固溶体α相和β相在室温下会发生初期的不连续脱溶沉淀。
（2）在均匀化处理过程中不连续脱溶沉淀进行的比较彻底。冷却速度对α相和β相组织的影响并不明显，但冷却速度快时η相中铝的固溶度要比冷却速度慢时要高。
（3）合金ZnAl15的显微硬度主要取决于α相和β相，均匀化处理对锌铝合金的显微硬度没有明显的影响。
参考文献：
[1] 高存贞，杨涤心，谢敬佩等．高铝锌合金研究现状及进展[J]．热加工工艺，2010，39（07）：23~26
[2] 孙连超，田荣璋主编．锌及锌合金物理冶金学[M]．长沙：中南工业大学出版社，1994年12月
[3] 陆文华，李隆盛，黄良余．铸造合金及其熔炼[M]．北京：机械工业出版社，2007年6月，284
[4] 王智民，刘宝第，张冀粤．高铝锌基合金热处理过程组织转变机理[J]．西安理工大学学报，2000，16（3）：256~260
[5] 刘洪军，曹驰，钱旺盛等．热处理对Zn.11％A1.8％Cu-Mg合金组织性能的影响[J]．西安理工大学学报，2000，16（3）：256~260
[6] 王狂飞，白聿钦．热处理工艺对ZA27合金组织与性能的影响[J]．机械工程材料，1999，23（1）：23~26
[7] Hector J. Dorantes-Rosales， Vı´ctor M. Lo´ pez-Hirata，Yao Hua Zhu．Decomposition process in a Zn-22wt.%Al-2wt.%Cu alloy[J]．Materials Science and Engineering A271，1999：366~370
[8] Y. H. ZHU，H. C. MAN，H. J. DORANTES-ROSALES et al．Ageing characteristics of furnace cooled eutectoid Zn-Al based alloy[J]．Journal of MAterials Science， 2003，38：2925~2934
[关键词] ZnAl15均匀化处理相变硬度
1、引言
ZA27铸造锌铝合金具有良好的铸造工艺性能、力学性能及耐磨性能，用于取代传统的一些铁合金以及非铁合金，效果良好[1]。然而，合金自身存在着一些缺陷，如合金在熔铸过程中共析反应往往不完全，枝晶比较粗大，枝晶偏析比较严重，这导致合金在放置过程中会发生过饱和固溶体的分解反应，从而导致出现合金尺寸不稳定的现象，限制了被广泛应用[2~3]。以往对锌铝合金的热处理已有不少研究，部分揭示了热处理工艺参数对其性能及组织的影响[4~6]。虽然锌铝合金热处理过程中的相变已有一些探讨，但整个相变体系有待进一步的完善[7~8]。本文研究了锌铝合金在均匀化处理过程的组织转变及其对性能的影响，以进一步探讨锌铝合金热处理过程中的相变特征。
2、试验方法
本试验选用合金为ZnAl15，采用的原材料为工业高纯铝和电解锌。将原料放入石墨坩埚中，采用高频感应加热至650℃，熔化后保温10min，冷却至500℃后浇铸到金属型中，冷却至300℃后在水中淬火，得到Φ50mm的铸锭。接着对铸锭在进行均匀化处理，处理温度为320℃，3h后分别采用炉冷、空冷和水冷三种冷却方式冷却。将试样进行磨光、抛光、用硝酸浸蚀后在舜宇IE200M型金相显微镜下观察金相照片。显微硬度的测试在华银HV-1000A型显微硬度计上进行，载荷为100gf，加载时间为10s。
3、结果与讨论
3.1组织
合金ZnAl15在冷却过程中先析出α相，接着发生包晶反应生成β相，到381℃是发生共晶反应生成(β+η)共晶组织，由于冷却速度比较快，合金的共析转变会推迟，所以冷至室温时铸态组织为α+β+(β+η)共晶，如图1a所示。然而过饱和固溶体α相和β相在室温下不稳定，发生初期的不连续脱溶沉淀。
图1不同状态ZnAl15显微组织
a）铸态组织b）均匀化处理（炉冷）c）均匀化处理（空冷）d）均匀化处理（水冷）
均匀化处理后，不同冷却速度的组织如图1b~图1d所示。由图可知，过饱和固溶体α相和β相的不连续脱溶沉淀进行的比较彻底。对比不同冷速的均匀化处理后的组织可以发现，冷却速度α相和β相的分解过程没有明显的影响。但是冷却速度会影响η相中铝的固溶度。均匀化处理过程中加热时，共晶组织中的部分铝原子会固溶在η相中形成η′相，炉冷时η′相会发生均匀脱溶分解，即η′→α+η，其分解的程度相对采用空冷或水冷的分解程度要彻底的多。所以冷却速度快时η相中铝的固溶度要比冷却速度慢时要高。
3.2显微硬度
不同状态ZnAl15的显微硬度如表 1所示。从表中数据可以看出，均匀化处理对ZnAl15的显微硬度并没有明显的影响，均匀化处理的冷速对显微硬度的影响也并不明显。这主要是由于合金ZnAl15的显微硬度主要取决于α相和β相。在均匀化处理过程中α相和β相虽然分解的程度更为彻底，但是其产物α相和η相仍然出于共格或者半共格的关系。
表 1不同状态ZnAl15的显微硬度
状态 铸态 均匀化（炉冷） 均匀化（空冷） 均匀化（水冷）
显微硬度[HV0.1] 91.5 90.1 91.2 94.5
4、结论
（1）合金ZnAl15的铸态组织为α+β+（β+η）共晶。过饱和固溶体α相和β相在室温下会发生初期的不连续脱溶沉淀。
（2）在均匀化处理过程中不连续脱溶沉淀进行的比较彻底。冷却速度对α相和β相组织的影响并不明显，但冷却速度快时η相中铝的固溶度要比冷却速度慢时要高。
（3）合金ZnAl15的显微硬度主要取决于α相和β相，均匀化处理对锌铝合金的显微硬度没有明显的影响。
参考文献：
[1] 高存贞，杨涤心，谢敬佩等．高铝锌合金研究现状及进展[J]．热加工工艺，2010，39（07）：23~26
[2] 孙连超，田荣璋主编．锌及锌合金物理冶金学[M]．长沙：中南工业大学出版社，1994年12月
[3] 陆文华，李隆盛，黄良余．铸造合金及其熔炼[M]．北京：机械工业出版社，2007年6月，284
[4] 王智民，刘宝第，张冀粤．高铝锌基合金热处理过程组织转变机理[J]．西安理工大学学报，2000，16（3）：256~260
[5] 刘洪军，曹驰，钱旺盛等．热处理对Zn.11％A1.8％Cu-Mg合金组织性能的影响[J]．西安理工大学学报，2000，16（3）：256~260
[6] 王狂飞，白聿钦．热处理工艺对ZA27合金组织与性能的影响[J]．机械工程材料，1999，23（1）：23~26
[7] Hector J. Dorantes-Rosales， Vı´ctor M. Lo´ pez-Hirata，Yao Hua Zhu．Decomposition process in a Zn-22wt.%Al-2wt.%Cu alloy[J]．Materials Science and Engineering A271，1999：366~370
[8] Y. H. ZHU，H. C. MAN，H. J. DORANTES-ROSALES et al．Ageing characteristics of furnace cooled eutectoid Zn-Al based alloy[J]．Journal of MAterials Science， 2003，38：2925~2934