技术摘要：
本发明涉及一种锌合金铸件及其制备方法，属于合金加工领域。本发明通过对锌合金成分含量的合理配置，加入微量Zr，不仅提高了锌合金的硬度，还保证了锌合金具有优异的整体力学性能，分多次添加合金原料，一定程度上避免了直接加锌锭熔化时发生大幅度温度变化，导致合金 全部
背景技术：
金属锌是我国国明经济发展中十分重要的有色金属。锌基合金的研究和发展起源 于二十世纪初，主要是Zn-4Al压铸合金，广泛应用于航空工业和汽车行业，到后来薄壁压铸 技术的发展带动了锌压铸件的发展。锌基合金材质以锌为基加入其他元素，常加的元素有 铝、铜、镁、镉、铅、钛等。虽然具有力学性能好、摩擦性能优良、耐磨性好等特点，但是其蠕动 强度低，易发生自然时效引起的尺寸变化，因为锌基合金组织主要由Al和Cu的富锌固溶体 和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低，但是由于压铸件的凝固 速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度大大饱和，经过一段时间后，饱和现象解除，而使 铸件的形状和尺寸起变化。 锌合金成分中有铅、镉、锡等有害杂质，在晶粒交界处聚集产生晶间腐蚀，金属基 体的晶间腐蚀和破裂，与镀液中的晶间腐蚀加速了这一危害，造成受晶间腐蚀部位的膨胀， 镀层顶起，使铸件表面起泡。尤其在潮湿环境中，晶间腐蚀会使铸件变形、开裂，甚至破坏。 锌合金压铸件在压铸过程中，压铸材料、压铸机、模具是压铸生产的三大要素，缺 一不可。压铸工艺要将这三个要素综合运用，使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内 在质量好的的合格铸件。锌合金压铸件极易产生气孔、氧化夹渣物等缺陷。压铸时因为液态 合金填充速度极快，型腔中气体很难完全排除，从而降低压铸件内在质量，且由于高温时气 孔内的气体膨胀会使压铸件表面鼓泡，故一般压铸件不能进行热处理。 目前，现有的锌基合金存在硬度低，在压铸过程中常常会出现气泡和形态不稳定 现象，使得锌合金铸件合格率不高，难以满足工业需求。
技术实现要素：
针对上述锌合金铸件存在的现有问题，本发明提供一种锌合金铸件及其制备方 法，用于提高锌合金铸件的硬度及压铸过程中出现气泡和铸件形态不稳定的技术问题。 本发明的目的通过如下技术方案来实现： 一种锌合金铸件，成分及质量百分比为：Al：4.0-4 .4％、Mg：0.3-0.8％、Cu：0.5- 1.2％、Zr：0.02-0.06％，余量为锌及不可避免的杂质。 锌合金铸件中Al可以在熔融时，降低合金的熔点，改变合金溶液的流动性，增强合 金铸件的机械性能。Mg可以抑制晶间腐蚀，细化金属组织，增加硬度，当含量过高使会使合 金铸件变脆，并且流动性降低。Cu可以细化晶粒，增加合金的抗拉强度及硬度，但是含量过 高时，会使合金铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化。 本发明还提供上述锌合金铸件的压铸方法，所述方法包括如下步骤： (1)先按锌合金铸件所述的成分及质量百分比配料； (2)先将80％-90％质量的高纯度锌锭置于坩埚中加热升温至450-460℃，抽真空 3 CN 111607718 A 说 明 书 2/4 页 后将温度升至830-850℃加入Al-Cu中间合直至全部融化，降温至620-630℃，再加入工业纯 镁，充惰性气体均匀混合； (3)将熔体升温至700-720℃后，在坩埚合金液中加精炼剂精炼，然后加入剩余 10％-20％质量的高纯度锌锭，搅拌、扒渣处理，接着加入Zr得锌合金混合溶液； (4)将锌合金混合溶液投入压铸机压铸处理，得到锌合金铸件坯体； (5)将锌合金铸件坯体放入冷却水中冷却后，进行均匀化退火处理，得到锌合金铸 件。 在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变 化，产生夹杂物和吸气。当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应，坩埚表面发生铁的氧化 反应生成Fe2O3等氧化物，此外铁元素还会与锌液反应生成锌渣，溶解在锌液中，分多次添加 合金原料，可以避免直接加锌锭熔化时发生大幅度温度变化，导致合金材料出现气泡和成 分不稳定现象。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(2)中精炼剂为氯化锌。由于氯化锌 的密度比合金密度小，加入时要用钟罩压下以使精炼剂与合金充分反应。精炼剂一般要用 纸包好再压入，精炼结束后用扒渣勺将炉渣去除。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(3)Zr元素以Zn-Zr中间合金形式加 入。Zr元素的加入以Zn-Zr中间合金的形式加入，能够在短时间内迅速熔化释放锆元素，在 锌合金中加入微量Zr，可以生成硬质相，能够提升合金的硬度，但是Zr的加入会使晶粒出现 粗化现象，减少了合金晶界面积，使得位错滑移的阻力减少，当Zr含量过高时，合金硬度反 而会下降。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(4)压铸前先对锌合金混合液降温 至415-450℃，压铸时的比压为13-20Mpa，压射速度为25-35m/s，填充时间为0.8-1s。压铸前 对锌合金进行降温是因为在后续浇注过程中，如果温度过高，收缩大铸件容易产生裂纹、晶 粒粗大，甚至还会造成粘模；温度过低，容易产生冷隔、表面出现花纹、浇注不足等缺陷。压 射冲头推动合金液绕过浇料口低压低速运行，防止金属液从浇料口溢出，有利于气体排出， 然后随着压力上升，速度加快，金属液充满压室至内浇口处，由于内浇口处截面面积大幅缩 小，流动阻力剧增，要保持足够的填充速度，需要更高的压射压力。当金属液完全充满型腔， 填充结束，压射冲头停止运动，压射速度迅速减至零，压力剧增。其中，填充速度过大会引起 铸件粘型并使铸件内部气孔率增加，从而导致力学性能下降；填充速度过小时，会使铸件轮 廓不清楚，甚至不能成型。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(5)均匀化退火处理为将锌合金铸 件坯体加热至300-350℃，保温2-3h，水冷至室温。均匀化退火后合金组织更加均匀，减轻晶 粒尺寸内化学成分的不均匀性，使得合金铸件延长率和塑性有所提高。 与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过对锌合金成分含量的合理配 置，加入微量Zr，不仅提高了锌合金的硬度，还保证了锌合金具有优异的整体力学性能，分 多次添加合金原料，一定程度上避免了直接加锌锭熔化时发生大幅度温度变化，导致合金 材料出现气泡和成分不稳定现象，优化了压铸工艺参数，最大限度提高了锌合金的性能。 4 CN 111607718 A 说 明 书 3/4 页
本发明涉及一种锌合金铸件及其制备方法，属于合金加工领域。本发明通过对锌合金成分含量的合理配置，加入微量Zr，不仅提高了锌合金的硬度，还保证了锌合金具有优异的整体力学性能，分多次添加合金原料，一定程度上避免了直接加锌锭熔化时发生大幅度温度变化，导致合金 全部
背景技术：
金属锌是我国国明经济发展中十分重要的有色金属。锌基合金的研究和发展起源 于二十世纪初，主要是Zn-4Al压铸合金，广泛应用于航空工业和汽车行业，到后来薄壁压铸 技术的发展带动了锌压铸件的发展。锌基合金材质以锌为基加入其他元素，常加的元素有 铝、铜、镁、镉、铅、钛等。虽然具有力学性能好、摩擦性能优良、耐磨性好等特点，但是其蠕动 强度低，易发生自然时效引起的尺寸变化，因为锌基合金组织主要由Al和Cu的富锌固溶体 和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低，但是由于压铸件的凝固 速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度大大饱和，经过一段时间后，饱和现象解除，而使 铸件的形状和尺寸起变化。 锌合金成分中有铅、镉、锡等有害杂质，在晶粒交界处聚集产生晶间腐蚀，金属基 体的晶间腐蚀和破裂，与镀液中的晶间腐蚀加速了这一危害，造成受晶间腐蚀部位的膨胀， 镀层顶起，使铸件表面起泡。尤其在潮湿环境中，晶间腐蚀会使铸件变形、开裂，甚至破坏。 锌合金压铸件在压铸过程中，压铸材料、压铸机、模具是压铸生产的三大要素，缺 一不可。压铸工艺要将这三个要素综合运用，使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内 在质量好的的合格铸件。锌合金压铸件极易产生气孔、氧化夹渣物等缺陷。压铸时因为液态 合金填充速度极快，型腔中气体很难完全排除，从而降低压铸件内在质量，且由于高温时气 孔内的气体膨胀会使压铸件表面鼓泡，故一般压铸件不能进行热处理。 目前，现有的锌基合金存在硬度低，在压铸过程中常常会出现气泡和形态不稳定 现象，使得锌合金铸件合格率不高，难以满足工业需求。
技术实现要素：
针对上述锌合金铸件存在的现有问题，本发明提供一种锌合金铸件及其制备方 法，用于提高锌合金铸件的硬度及压铸过程中出现气泡和铸件形态不稳定的技术问题。 本发明的目的通过如下技术方案来实现： 一种锌合金铸件，成分及质量百分比为：Al：4.0-4 .4％、Mg：0.3-0.8％、Cu：0.5- 1.2％、Zr：0.02-0.06％，余量为锌及不可避免的杂质。 锌合金铸件中Al可以在熔融时，降低合金的熔点，改变合金溶液的流动性，增强合 金铸件的机械性能。Mg可以抑制晶间腐蚀，细化金属组织，增加硬度，当含量过高使会使合 金铸件变脆，并且流动性降低。Cu可以细化晶粒，增加合金的抗拉强度及硬度，但是含量过 高时，会使合金铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化。 本发明还提供上述锌合金铸件的压铸方法，所述方法包括如下步骤： (1)先按锌合金铸件所述的成分及质量百分比配料； (2)先将80％-90％质量的高纯度锌锭置于坩埚中加热升温至450-460℃，抽真空 3 CN 111607718 A 说 明 书 2/4 页 后将温度升至830-850℃加入Al-Cu中间合直至全部融化，降温至620-630℃，再加入工业纯 镁，充惰性气体均匀混合； (3)将熔体升温至700-720℃后，在坩埚合金液中加精炼剂精炼，然后加入剩余 10％-20％质量的高纯度锌锭，搅拌、扒渣处理，接着加入Zr得锌合金混合溶液； (4)将锌合金混合溶液投入压铸机压铸处理，得到锌合金铸件坯体； (5)将锌合金铸件坯体放入冷却水中冷却后，进行均匀化退火处理，得到锌合金铸 件。 在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变 化，产生夹杂物和吸气。当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应，坩埚表面发生铁的氧化 反应生成Fe2O3等氧化物，此外铁元素还会与锌液反应生成锌渣，溶解在锌液中，分多次添加 合金原料，可以避免直接加锌锭熔化时发生大幅度温度变化，导致合金材料出现气泡和成 分不稳定现象。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(2)中精炼剂为氯化锌。由于氯化锌 的密度比合金密度小，加入时要用钟罩压下以使精炼剂与合金充分反应。精炼剂一般要用 纸包好再压入，精炼结束后用扒渣勺将炉渣去除。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(3)Zr元素以Zn-Zr中间合金形式加 入。Zr元素的加入以Zn-Zr中间合金的形式加入，能够在短时间内迅速熔化释放锆元素，在 锌合金中加入微量Zr，可以生成硬质相，能够提升合金的硬度，但是Zr的加入会使晶粒出现 粗化现象，减少了合金晶界面积，使得位错滑移的阻力减少，当Zr含量过高时，合金硬度反 而会下降。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(4)压铸前先对锌合金混合液降温 至415-450℃，压铸时的比压为13-20Mpa，压射速度为25-35m/s，填充时间为0.8-1s。压铸前 对锌合金进行降温是因为在后续浇注过程中，如果温度过高，收缩大铸件容易产生裂纹、晶 粒粗大，甚至还会造成粘模；温度过低，容易产生冷隔、表面出现花纹、浇注不足等缺陷。压 射冲头推动合金液绕过浇料口低压低速运行，防止金属液从浇料口溢出，有利于气体排出， 然后随着压力上升，速度加快，金属液充满压室至内浇口处，由于内浇口处截面面积大幅缩 小，流动阻力剧增，要保持足够的填充速度，需要更高的压射压力。当金属液完全充满型腔， 填充结束，压射冲头停止运动，压射速度迅速减至零，压力剧增。其中，填充速度过大会引起 铸件粘型并使铸件内部气孔率增加，从而导致力学性能下降；填充速度过小时，会使铸件轮 廓不清楚，甚至不能成型。 如上所述的一种锌合金铸件的压铸方法，步骤(5)均匀化退火处理为将锌合金铸 件坯体加热至300-350℃，保温2-3h，水冷至室温。均匀化退火后合金组织更加均匀，减轻晶 粒尺寸内化学成分的不均匀性，使得合金铸件延长率和塑性有所提高。 与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过对锌合金成分含量的合理配 置，加入微量Zr，不仅提高了锌合金的硬度，还保证了锌合金具有优异的整体力学性能，分 多次添加合金原料，一定程度上避免了直接加锌锭熔化时发生大幅度温度变化，导致合金 材料出现气泡和成分不稳定现象，优化了压铸工艺参数，最大限度提高了锌合金的性能。 4 CN 111607718 A 说 明 书 3/4 页
