冷却速率对Zn-30Al-1Cu合金组织的影响

　Zn-Al合金因其优良的铸造性能、较高的强度，而且原材料廉价丰富，熔铸工艺简单等诸多优点而被广泛应用于许多行业。目前，在建筑五金、矿山设备、工程机械、运输机械等方面取得了许多成功应用的经验，其中应用最多的是代替部分青铜、黄铜制作耐磨零件和模具以及代替铜基合金制作壳体薄壁零件和阀门等。但是，当使用温度超过100℃时，其强度急剧下降，从而使其应用受到极大限制。近年来，国内外对Zn-Al合金的制备及其室温、高温的力学性能进行了广泛的研究，但冷却速率对合金微观组织的影响报道较少。本文着重讨论不同冷却速率对Zn-30Al-1Cu合金微观组织形貌的影响，为改善性能提供依据，为扩大Zn-Al合金的研究与应用提供实验基础。

　　实验材料采用纯度为99.6%的铝锭、99.6%的锌锭和99.9%的铜板。实验用的Zn-Al合金名义成分如下：Zn-30.0Al-1.0Cu。采用重力铸造，底部激冷和喷射成形三种成形方式制备实验合金。底部激冷过程中，合金溶液在550℃时浇入未预热的黄铜模具中成形；喷射成形的工艺参数为：雾化温度800℃，雾化喷嘴扫描频率3～5Hz，斜喷角±20°～30°，导流管直径3mm，沉积距离550mm，接受盘旋转速度30～60r·min-1，接受盘下降速度1～3mm·s-1，雾化气体压力0.5～0.8MPa。三种制备方式下的合金冷却速率不一样，普通铸造的冷却速率最小，底部激冷次之，喷射成形的冷却速率最大，可达102～103K·s-1。

　　合金初始凝固组织主要由初生相α'相及其周围包晶β相、晶间的共析组织组成，接着共析胞向中心生长，使α'相也分解为层片α+η组织，并且冷却速率越小，α'相分解越明显，所以普通铸造合金α'相分解最明显，快速凝固次之，喷射成形合金α'相分解最少。当冷却速率增大时，晶粒形状由典型树枝状变为等轴状，晶粒尺寸减小，铜元素在基体的固溶度增加；采用喷射成形方法制备Zn-30Al-1Cu合金，合金组织中没有发现富铜析出相，所有铜元素全部都固溶到基体中，并且凝固时铜元素主要集中固溶在富锌相中。