摘要：本文研究了复合添加Mn及Al-Ti-B对砂模铸造ZA27合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明，复合添加Mn及Al-Ti-B后ZA27合金的凝固组织得到明显改善，抗拉强度有不同程度的提高。

　　关键词：ZA27合金;砂模铸造;凝固组织;力学性能

　　铸造锌铝合金以其良好的力学性能和耐磨耐蚀性能，抗拉强度高、承载性好、工艺性能优良等一系列优点而被作为代替纯铜及部分铜合金制作耐磨零件的节能材料已得到普遍重视。特别是ZA27合金比重小、熔点低、熔化耗能少、价格低，具有良好的机械加工性能和抗磨损性，在工程材料领域中成为研究的热点之一[1-2]。

　　1.实验方法

　　实验用原材料为0号锌、工业纯铝锭(A00纯度为99.85%)2号镁、Al-50%Cu中间合金、Al-10%Mn中间合金、Al-Ti-B中间合金(成分(%)：Al94,Ti5,B1)。

　　实验用ZA27合金配制化学成分(%)：Al27，Cu2，Mg0.03, Zn为余量。采用石墨坩锅电阻炉，熔铸工艺为：700℃将ZA27合金熔化后，加入Al-Mn合金，并用钟罩压至坩锅底部，待全部熔化时加入0.2%ZnCl2精炼剂精炼静置10min，再加入Al-Ti-B合金，用钟罩压至坩锅底部，待全部熔化后再次加入0.2%ZnCl2精炼剂精炼静置10min，扒渣除气，温度达到580℃后浇成试样。将图中剖线部分锯下，加工制得金相试样，拉伸试样。

　　2 实验结果与分析

　　2.1 添加Mn及Al-Ti-B对ZA27微观组织的影响

　　图1所示为复合添加0.4wt%Mn和1wt%Al-Ti-B后ZA27合金的凝固组织。从图1可以看出析出的硬化相较多，而颗粒细小，分布均匀，端部钝化明显。枝晶的生长方式受到抑制。α相得到明显细化。并对析出硬化相进行EDS分析，表明析出硬化相主要为含有Al、Cu、Zn的金属间化合物。

　　图1添加0.4wt%Mn和1wt%Al-Ti-B时ZA27合金的凝固组织

　　2.2 合金元素对ZA27 力学性能的影响

　　通过拉伸试验可知，随着Mn含量的增加合金的抗拉强度略有提高，当 Mn 含量在0.4%时，抗拉强度最大，达410 MPa。但当含量继续增加，抗拉强度反而有所下降。随着Mn含量的增加合金的伸长率快速提高，当Mn含量在0.4%时，伸长率最高，为4.01%。超过0.4%时，伸长率开始变小。分析其原因主要是Mn在Zn和Al中固溶度极小,少量Mn能产生大量硬化相,以断续近网状分布于晶界,割裂基体,从而造成应力集中。并且晶粒细化后,补缩通道减少,组织中特别是晶界处,存在较多的显微疏松.从而导致塑性、韧性降低。当Mn含量过高时，硬化相随着增多，且聚集长大，对基体的割裂作用增大，从而导致力学性能又开始下降。

　　表1所示为添加不同合金元素时ZA27合金的抗拉强度及伸长率。从表1可以看出，单独添加0.4% Mn时，合金的抗拉强度及伸长率均有提高;单独添加1% Al-Ti-B时，合金的抗拉强度及伸长率较单独加入0.4% Mn时得到更大提高，然而当复合添加0.4% Mn和1% Al-Ti-B时，合金的抗拉强度提高了4.74%，达到420 MPa，伸长率提高了49.09%，达到了4.89%，性能得到明显提高。分析其原因，首先由于Mn的加入，使基体中生成硬化相，且颗粒细小均匀分布，使强度增大;加入Al-Ti-B进行变质后，形成了Al3Ti、TiB2、AlB2等硬质点，同时，基体组织得到明显细化，树枝晶转变为近等轴颗粒，从而提高了ZA27合金的强度和伸长率。

　　表1 添加合金元素对ZA27合金力学性能的影响 合金中添加的元素 抗拉强度σb/MPa 伸长率δ(%) ZA27

　　添加0.4%Mn

　　添加1%Al-Ti-B

　　添加0.4% Mn和1% Al-Ti-B 401

　　410

　　425

　　420 3.28

　　4.01

　　4.26

　　4.89

　　2.3 ZA27 合金的拉伸断口形貌

　　图2为 ZA27合金室温拉伸断口的形貌。由图2a可以看出，未加合金元素前，合金断口上基本为脆性平坦区，断裂方式为解理断裂;分别单独添加0.4% Mn和1% Al-Ti-B时，端口SEM组织出现了不同大小和深度的韧窝，解理面有所减少，材料出现韧性断裂特征。同时，添加1% Al-Ti-B时的合金断口形貌如图2b所示，韧窝数量多于添加0.4% Mn时的，解理面少于0.4% Mn时的，金属间化合物相为解理断口，基体相均为锌铝合金特有的“韧性”剪切断裂，这说明，添加1% Al-Ti-B时的合金的韧性断裂特征明显，这与前面的力学性能测试结论是一致的。复合添加合金元素后，合金断口上出现韧窝要比单独添加时更多，分布也趋于均匀，解理面进一步减少，材料韧性断裂特征更加明显，从而导致了材料力学性能的进一步提高。

　　图2 ZA27合金室温拉伸断口形貌

　　3 结论

　　(1)Al-Ti-B变质剂能明显细化ZA27合金的初生枝晶组织，促使各相分布均匀，有效提高合金的力学性能。

　　(2)复合添加0.4% Mn及1% Al-Ti-B后，使合金的抗拉强度提高了4.74%，伸长率提高了49.09%，性能得到明显提高。

　　(3)ZA27的拉伸断口形貌表明，ZA27合金的断裂方式为解理断裂，复合加入0.4% Mn及1% Al-Ti-B后，合金呈现韧性断裂的特征。