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超高压力对ZA27 合金机械性能的影响1 曹修生，李荣徳，曲迎东 沈阳工业大学材料科学与工程学院， 沈阳（110023 ） E-mail ：caoxiu1982@163.com 摘 要：在 1GPa 以上的高机械压力作用下，ZA27 合金的机械性能发生较为明显的变化。 通过金相分析，硬度检测，X 射线等手段，揭示不同机械压力作用下ZA27 合金机械性能的 变化规律。实验结果表明：晶粒直径越小，屈服强度越大,抗拉强度随着二次枝晶臂间距的 增大而减小以及压力为1GPa、2GPa 、3GPa、4GPa 、5GPa 时的硬度值分别比常压提高了13.1%， 30% ，39.1% ，52.1% ，64.9%. 关键词：超高压，ZA27 合金，机械性能 中图分类号：TG21+3 文献标识码：A 1 前言 锌铝系列合金是以锌、铝两种元素为主，铜、镁为辅的多元化合金，具有良好的力学性能、 优良的铸造工艺性能、良好的摩擦磨损特性、较低的原材料成本和熔化能耗低、对环境无污 染等特点[1] 。近年来，对锌铝合金系列的研究和应用迅速发展，其中ZA27 合金更因其高的 [2]、优良的耐磨性、低的比重、熔炼简单等优点，而突出了其应 抗拉强度（400Mpa 以上） 用地位，在许多场合成为铜合金和某些铝合金的强有力的竞争者，因而也成为锌铝合金系列 中研究更深的对象。本文是在前人研究的基础上，对ZA27 合金进行高机械压力作用（压力 可达 5GPa ），在组织相变和新生相形成机理方面已经取得了很大的进展[3]，但是对机械性能 方面的研究还很少，实验中对高机械压力试样进行硬度和拉伸强度测试，通过与常压下的 ZA27 合金进行性能对比，讨论压力对机械性能影响的机理。 2 试验材料、设备、方法 ISA-4 图像分析仪测试DAS,维氏硬度仪测试硬度,原材料采用 1 号锌、0 号铝、纯镁锭、 Al-Cu 中间合金。熔炼是在 6kw 电阻炉中进行。加热到660-680℃，利用部分Zn 料调节温 度到 620℃，经变质、精炼、扒渣后于 550～600℃浇注成金属型试棒。铸型为金属型，浇注 前预热到 150~200℃。最后熔炼的ZA27 合金试样实际成分为 27.1%Al ，0.6%Cu, 0.02%Mg， 其余为锌（质量分数）。切割成Φ6 mm×6 mm 的小圆柱试样。然后在CS-1B 型六面顶压机上 [4]制备了不同压力状态下的试样。具体的操作工艺是把试样正确安装在设备上以后要求制备 出不同压力下的合金试样。压力稳定后，在启动加热系统加热 1000K 左右稳定，使合金充 分熔化。保温保压 5 分钟后，关闭加热电源，使合金冷却，在 5 分钟左右去掉压力作用，取 出试样。 3 分析与讨 3.1 压力对合金机械强度的影响 3.1.1 压力对锌铝 27 合金屈服强度的影响 一定压力范围内，高机械压力的作用可以使合金晶粒细化，组织致密[5]，晶粒大小、组 织致密性对合金机械性能影响很大，细化晶粒可以提高材料的强度，这是材料的其它强度方 1本课题得到国家自然科学基金；教育部博士科学点专项科研基金(20070142002)；辽宁省教育 厅创新团队项目（2006T103）；辽宁省优秀人才基金（2005221003）的资助。 - 1 - 法所不能比拟的，实践表明锌铝 27 合金在常温下的屈服强度随其晶粒细化而提高，即反映 了常温下晶界的强化作用。经试验测定不同压力下的锌铝27 合金的晶粒直径，结合霍尔— 佩奇公式[6] ： 1 − σ σ =+Kd 2