ZA27铸造合金的凝固特性

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.06.004 第18卷第6期 北京科技大学学报 VoL18 No.6 1996年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1996 ZA27铸造合金的凝固特性 翟启杰王勤甫 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要研究了ZA27铸造合金中的常见微量元素以及铸件厚度、浇注温度、变质处理对ZA27合金 凝固特性的影响.实验结果表明，铸件厚度是影响ZA27合金凝固特性的最主要因素，适量的T1可 以改善ZA27合金的凝固特性，浇注温度及变质处理对ZA27合金的凝固特性也有不同程度的影 响.根据实验结果，推荐了较佳工艺参数. 关键词ZA27合金，凝固特性，工艺参数 中图分类号TG244.3,TG290 ZA27铸造合金抗拉强度高，耐磨性好，引起国内外铸造界普遍关注.但是，由于这种合金 结晶温度范围宽，铸件常常产生缩松等铸造缺陷，使其应用受到了一定的限制.因此，研究 ZA27合金凝固特性是十分必要的. 1微量元素的影响 采用工业纯铝锭和工业纯锌锭配制成A1质量分数为26.8%~27.4%的ZA27合金，分别 在ZA27合金中加入Mg,Cu,RE,Ti等ZA27合金中常见微量元素，考察这些元素对ZA27合 金凝固特性的影响.由于本项工作的目的是挑选出对ZA27合金凝固特性作用较好的元素， 为设计正交实验提供参考，因此每种微量元素只选择】个含量，其加人量是通过参考常规加 人量并考虑烧损量来确定.浇注温度为570~580℃，铸型试块厚为45mm,宽60mm.铸型 采用粘土砂干型，为了加强单向散热，铸型两边设置冷铁.采用5支镍铬一镍硅热电偶同时测 试块内各点温度，用XW℉-664型平衡记录仪，记录各点冷却曲线.由冷却曲线绘制凝固动 态曲线，由冷却曲线和凝固动态曲线得到表1特征数据.在表1中，内、外层凝固时间指试块 内、外层由液相线温度冷却至固相线温度所需时间；液、固相边界推进速度指液、固相边界的 表1微量元素对忆A27合金凝固特性的影响 微量元素加结晶温度范 外层凝固时 中心凝固时 液相边界推进速 固相边界推进速 人量，% 围△t/℃ 间△r1/min间△r2/min 度△/mm·s 度AW/mm·s 94 0.68 0.85 1.22 1.22 0.24Mg 100 0.88 1.18 1.47 0.87 2.60Cu 81 0.72 0.80 1.23 1.33 0.22RE 90 0.64 0.95 1.83 0.96 0.33Ti 82 0.65 0.68 1.75 142 1996-05-28收稿 第一作者男37岁教授博士

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 忱 。 铸造合金 的凝 固特性 翟启 杰 王 勤 甫 北京科技大学冶金系 ， 北京 摘要 研究 了 铸造合金 中的常见微量元素以 及 铸件厚度 、 浇注温度 、 变质处理对 合金 凝固特性 的影 响 实验结果表 明 ， 铸件厚度是影 响 一 合金凝固特性 的最主要 因素 ， 适量 的 可 以 改善 产 合金 的凝 固特性 ， 浇注温度及变质处理对 合金 的凝固特性也有 不 同程度 的影 响 根据实验结果 ， 推荐 了较佳工艺参数 关键词 合金 ， 凝 固特性 ， 工艺参数 中图分类号 ， 铸造合金抗 拉强度 高 ， 耐磨性 好 ， 引起 国 内外 铸造界普遍 关注 但是 ， 由于 这 种合金 结 晶 温 度 范 围 宽 ， 铸 件常 常产 生 缩 松 等 铸 造 缺 陷 ， 使其应 用 受 到 了一 定 的 限 制 因此 ， 研 究 合金凝 固特性是 十分必 要 的 微量元素的影 响 采 用工 业纯铝 锭 和工 业纯锌锭 配 制 成 质量 分数 为 一 的 合金 ， 分别 在 合金 中加人 ， ， ， 等 合金 中常见微量元 素 ， 考察这些 元 素对 合 金 凝 固特性 的影 响 由于 本 项 工 作 的 目的是 挑 选 出对 合金 凝 固特 性 作 用 较 好 的元 素 ， 为设 计 正 交 实 验 提 供参考 ， 因此 每种微量 元 素只 选 择 个含 量 ， 其 加人量 是 通 过参考 常规加 人 量 并 考 虑 烧 损量来 确 定 浇 注 温 度 为 一 ℃ ， 铸 型 试块 厚 为 ， 宽 刃。 铸 型 采用 粘 土砂 干 型 ， 为 了加 强 单 向散热 ， 铸 型 两边 设置 冷铁 采用 支镍铬 一 镍硅 热电偶 同 时测 试 块 内各 点温 度 ， 用 一 型 平 衡 记 录仪 ， 记 录各点冷却 曲线 由冷却 曲线 绘 制凝 固动 态 曲线 ， 由冷却 曲线 和 凝 固 动态 曲线得 到 表 特 征 数据 在 表 中 ， 内 、 外 层凝 固 时 间指 试 块 内 、 外 层 由液 相 线温 度 冷 却至 固相 线 温 度所 需 时 间 液 、 固相 边 界 推 进 速度 指 液 、 固相 边 界 的 表 微 元素对 合金凝 固特性的影 响 微量 元素加 人量 ， 结晶温度 范 围乙 ， 外层凝 固 时 间 △ 中心 凝 固 时 间△ 液相 边界推进速 度△ ’ 固相 边界 推进速 度乙 · 一 ， 一 名 ， 一 一 收稿 第一作者 男 岁 教授 博士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．06．004

·510· 北京科技大学学报 1996年No.6 平均斜率 表1所示的实验结果表明，Mg增加ZA27合金结晶温度范围，并使液相边界的推进速度 提高，固相边界的推进速度降低，从而使液固共存区宽度增大，延长凝固时间；RE使ZA27合 金结晶温度范围略有减小，但液相边界推进速度提高十分明显，固相边界推进速度降低，液固 共存区宽度增大；Cu使ZA27合金结晶温度范围明显减小，液相边界推进速度略有提高，固相 边界推进速度增大，从而使液固共存区宽度减小；Ti使ZA27合金结晶温度范围减小最为显 著，液相边界和固相边界推进速度显著提高，内外层凝固时间差显著减小，液固共存区宽度减 小.综上所述，在ZA27合金中常见的Mg,Cu,RE,Ti4种微量元素中，当其加人量依次为 0.24%,2.6%,0.22%和0.33%时，Ti对改善ZA27合金凝固特性的作用最显著. 2试块厚度、浇注温度、变质处理、T含量的影响 用L9(3)表安排实验，其他实验条件及方法同上，变质剂选用A1-Ti-RE合金.实验结 果见图1，由图1可得各指标分别获得最佳值时影响因素的组合，见表2. 85 2/19 053 0.4 8 4 20 1. 485 4.80 1530 45 53556559500.51.00.2 0.40.6 试块厚度/mm t绿/℃ 变质剂加入量，% w1,% 图2正交试验结果分析图

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 平均斜率 表 所示 的实验结果 表 明 ， 增 加 合金 结晶温度 范 围 ， 并 使液相 边 界 的推进 速度 提 高 ， 固相 边界 的推进速度 降低 ， 从而 使液 固共存 区 宽度 增 大 ， 延 长凝 固 时 间 使 合 金结晶温度 范 围略有减 小 ， 但液相 边界推进 速度提 高十分 明显 ， 固相 边界 推进速度 降低 ， 液 固 共存 区宽度 增大 使 八 合金 结晶温度 范 围 明显减小 ， 液相 边界 推进速度 略有提高 ， 固相 边 界 推 进 速度 增 大 ， 从而 使液 固共存 区 宽度 减小 使 八 合金 结 晶温度 范 围 减 小 最 为显 著 ， 液相边界 和 固相 边界推进速度 显著提高 ， 内外 层凝 固 时间差 显著减小 ， 液 固共存区宽度减 小 综 上 所 述 ， 在 八 合 金 中常 见 的 ， ， ， 种 微 量 元 素 中 ， 当其 加 人 量 依 次 为 ， ， 和 时 ， 对改善 八 合金凝 固特性 的作用 最显著 试块厚度 、 浇注温度 、 变质处理 、 含 的影响 用 表 安排实验 ， 其他 实验条件及方法 同上 ， 变质剂 选用 一 一 合金 实验结 果见 图 由图 可得各指 标分别 获得最佳值时影 响 因素的组合 ， 见表 才 刀 一 了八 、 丫 。 一一 一一一 。 一一一一一 。 。 一 ， …厂 一 一 一 。 一一一一 一一一， ‘ 。 。 〕 一 、 、 入、 一月 入 二 一 人 、 丫才 一 一 一 一一一一一。 一一气、 、 冷 沪沪 尸 ﹄”︸、气︶︸ ，︸已矛‘ 勺、匀 月口芍、 ︶ 口毛、刃 一二昌简、 飞 、澄 。口目 ，日。 试块厚度 田 烧 ℃ 变质剂加人量 ， 图 正交试验结果分析圈

Vol.18 No.6 翟启杰等：ZA27俦造合金的凝固特性 ·511· 从图1可以看出，在实验考 表2各指标极值时各因素取值 察的4个因素中，试块厚度是影 指标试块厚度/mm t知℃ 变质剂量，%wi,% 响各项指标的最显著因素，试块 △toin 15 535 0 0.2 越薄，所考察的各项指标越好， △t1mim 15 535 0 0.6 由此可见，ZA27合金适合于铸 △t2mim 15 535 0 0.4 造壁厚较小的铸件. Vi mat 15 535-565 0 0.4 一般认为，低温浇注有利于 a 15 535~565 1.0 0.2 提高温度梯度，减小固液两相区Pm 15 595 0.5 0.2 宽度，本实验条件下，浇注温度 注：◆表示影响不显著 对ZA27合金的密度影响不大，以530~570℃为宜. 变质剂对凝固特性的影响通过两个途径进行，一是它所造成的温度起伏、浓度起伏和结 构起伏；二是它本身造成的合金成分的改变.前者使试块凝固时间缩短，组织细化，密度提高； 后者使合金结晶温度范围增大，特别是当变质剂加人量超过0.5%以后，它使结晶温度范围急 剧增加，反而造成试块密度下降. 在前面考察各元素对ZA27合金凝固特性的影响中发现，当Ti加人量w=0.33%时， ZA27合金的结晶温度范围明显减小.但是，在正交试验中，Ti加人量在0.2%和0.6%时结晶 温度范围均小于0.4%Ti.在Ti加入量为0.2%时，试块密度也最大.通过比较不同Ti加人量 时试块的金相组织发现，Ti加人量为0.2%时晶粒较细.Ti对ZA27合金组织的细化作用已有 报道四.根据孙连超等人的实验认为，Ti质量分数较高时，Ti对Z27合金组织的细化作用 域小是由于此时形成了TiAlZn,相. 3结论 ZA27合金的凝固特性受铸件厚度、浇注温度，变质剂加人量、Ti质量分数影响，其中铸件 厚度是影响Z27合金凝固特性的最显著因素，铸件愈薄，其凝固特性愈好.研究还发现，其 他影响因素是以浇注温度535~565℃，变质剂加人量小于0.5%，Ti加人量0.2为宜. 参考文献 1金钟.硼、钛、稀土元素对ZA27合金性能影响的初步探讨.特种铸造及有色合金，1988(1)：7~10 2孙连超，田荣璋.Zn一27%A1合金中化合物相的分析.特种铸造及有色合金，1989(1)：23一25 (下转527页)

翟启杰等 产 铸造合金的凝 固特性 从 图 可 以 看 出 ， 在 实 验 考 察 的 个 因 素 中 ， 试 块 厚 度是 影 响 各 项 指 标 的 最 显著 因 素 ， 试 块 越 薄 ， 所 考 察 的 各 项 指 标 越 好 由此 可 见 ， 合 金 适 合 于 铸 造壁 厚较小 的铸件 一 般 认 为 ， 低 温 浇 注有 利 于 提 高温 度 梯 度 ， 减 小 固液两相 区 宽度 本 实 验 条 件 下 ， 浇 注 温 度 表 各指标极值时各因素取值 指标 乙留画 乙 二 乙 巧 试块厚度 澎 ℃ 变质剂量 ， 听 ， ’ 注 表示影 响不显著 对 合金 的密度影 响不 大 ， 以 ℃ 为宜 变质 剂 对凝 固特性 的影 响通 过 两个途径 进行 ， 一是 它所造成 的温度 起 伏 、 浓度起伏和 结 构起伏 二是 它 本身造成 的合金成分 的改 变 前者使试块凝 固时间缩短 ， 组织 细 化 ， 密度提高 后者使合金 结 晶温度 范围增大 ， 特别是 当变 质剂加人量超过 以后 ， 它 使结 晶温度 范 围急 剧 增加 ， 反 而造成试块 密度下 降 在 前 面 考 察各元 素 对 合 金 凝 固 特 性 的影 响 中发 现 ， 当 加 人 量 时 ， 合金 的结 晶温度 范 围 明显减小 但是 ， 在 正交 试验 中 ， 加人 量在 和 时结 晶 温度 范 围均小 于 在 加人量 为 时 ， 试块密度也 最 大 通 过 比较不 同 加人量 时试块 的金相 组织 发现 ， 加人量 为 时晶粒较细 对 合金组织 的细化作 用 已 有 报道 根据孙 连超等人 的实验认 为 ， 质量 分数较 高 时 ， 对 合金 组 织 的细 化作 用 减小是 由于 此 时形成 了 认亿 相 结论 合金 的凝 固特性 受铸件厚度 、 浇 注温 度 、 变质剂 加人 量 、 质量分数影 响 ， 其 中铸件 厚度是 影 响 合金 凝 固特 性 的最 显 著 因素 ， 铸件 愈 薄 ， 其凝 固特性 愈 好 研究 还 发现 ， 其 他影 响 因素是 以 浇注温度 一 ℃ ， 变质剂 加人量 小 于 ， 加人量 为宜 参 考 文 献 金钟 硼 、 铁 、 稀 上元素对 合金性能影 响的初步探讨 特种铸造及有色合金 ， 一 孙连超 ， 田 荣璋 一 合金 中化合物相 的分析 特种铸造及有 色合金 ， 一 下 转 页

Vol.18 No.6 苗柏和等：回火对冷轧A1S130I不锈钢力学性能的影响 527· 6 Hull F C.Delta Ferrite and Martensite Formation in Stainless Steels.Welding Research Supplement, 1973(May):193 7 Metals Handbook,Vol 7.8th Edition.ASM Handbook Committee,1972.131 ~137 8 Cahn R W主编.物理冶金学（中册）.北京：科学出版社，1970.639~642 9哈宽富编著.金属力学性质的微观理论.北京：科学出版社，1983.280 Effect of Tempering at 380 C on Mechanical Properties of Cold Rolled 17-7 Stainless Steel Miao Baihe)Zhang Maocai Shi Shifeng Zhang Qingquan Wu Xuefeng Fang Chufu) 1)Department of Material Science and Engineering.USTB,Beijing 100083 2)State Key Lab for Advanced Metals and Materials,USTB 3)Research Institute of Metallurgy Shougang Co ABSTRACT The microstructure and martensite fraction of 17-7 stainless steels,as cold rolled,tempered 2 h at 380 C and AISI301 stainless steel produced in Franc are examined respectively by magnetization in conjunction with transmission electron microscopy and X-ray techniques.The effect of the cold rolling and tempering on the mechanical properies of AISI301 stainless steel is discussed based on the experimental results. KEY WORDS AISI301 stainless steel,cold rolling,tempering,martensite transformation 米水常常**米米米米米*米米米米米米米*米米米米水米米来米米*米米米米米米米米米米米米米米常米***米米 (上接511页) Solidification Characters of ZA27 Cast Alloy Zhai Oijie Wang Qinpu Department of Metallurgy,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The effect of trace elements in ZA27 cast alloy,such as Mg,Cu,RE,Ti and thickness of.castings,pouring temperature,modification on the solidification characters of ZA27 cast alloy were studied.The experimental results show that the thickness of cast- ings is the primary factor which affecting the solidification of ZA27 alloy.The solidifica- tion characters of ZA27 alloy can be improved by the suitable addition of Ti,and can also be changed with the change of pouring temperature and modification.According to the experimental results,the suitable parameters of technology are recommended. KEY WORDS ZA27 aolloy,solidification character,technology parameter

苗柏和等 回火对冷 轧 不 锈钢力学性 能的影 响 币 ， ， ， 一 主编 物理 冶金学 中 册 北京 科学 出版社 ， 一 哈宽 富编著 金属 力学性质的微观理论 北京 科学 出版社 ， 一 彻 ’ ， ， 朋 ’ 脚 ， 凡 以晌 ， ， ， ， 恤 一 ， ， 一 ， ， ， 上 接 页 砰改 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 号