Mn对ZA35合金力学性能的影响研究

锌铝合金因其优异的力学性能、铸造性能以及成本低廉、熔炼工艺简单等优点，在国内外得到广泛应用。然而，许多锌铝合金零部件难以满足其力学性能要求，特别是在复杂和高工作条件的应用中。ZA35合金作为一种低密度锌铝合金，展现了优秀的耐磨性和抗压性能，但其力学性能仍需进一步研究以提高。本文研究了锰(Mn)元素对ZA35合金力学性能的影响。 在ZA35合金中，Mn元素的添加对合金的力学性能产生显著影响。实验结果表明，Mn元素具有变质作用，适量添加Mn能够提高ZA35合金的抗拉强度。Mn含量为0.6%时，ZA35合金的综合力学性能最佳，抗拉强度达到292.4MPa，伸长率为2.4%，并且耐磨性也最好。然而，随着Mn含量的进一步增加，由于硬脆的Mn相以断续近网状分布于晶界，导致基体割裂，从而引起应力集中，使得强度和伸长率均有所下降。 为了解决上述问题，研究者采用了淬火和时效热处理的方法来优化ZA35合金的力学性能。通过设计四因素三水平的热处理正交表格，确定最佳的热处理工艺：ZA35合金在400℃温度下进行6小时的淬火处理，随后在150℃温度下进行7小时的时效处理。实验结果显示，经过上述热处理的ZA35合金表现出最佳的综合力学性能，抗拉强度高达457MPa，伸长率为4.1%，其抗拉强度和伸长率分别比未经热处理且Mn含量为0.6%的ZA35合金高出56%和71%。 在材料制备和实验方法方面，本研究采用金属型铸造方法，对ZA35合金进行Mn合金化和热处理。实验中合金的基本成分为：35%的Al、2.0%的Cu、0.1%的Mg，以及余量的Zn。通过向ZA35合金中分别加入0%、0.6%、1.2%、3.5%的Mn，浇铸成直径为25mm，长度为110mm的圆柱形铸件。合金熔炼过程中，为防止熔液烧损，添加了覆盖剂55%NaCI-45%KCl。熔炼温度为850℃，保温2小时，确保合金熔化。熔炼后进行精炼和扒渣处理，然后在650℃进行浇注，最终获得不同含锰量的ZA35合金铸件。 拉伸试样加工后，通过CSS-55100电子万能拉伸试验机进行拉伸试验，测定抗拉强度和伸长率。显微硬度通过HX-1型显微硬度计测定，磨损性能则通过ML-10型磨损试验机进行测试，以评估ZA35合金的耐磨性。 本研究得到了国家自然科学基金和辽宁省科技厅国际合作创新团队重大项目的支持。研究结果对于ZA35合金的材料研发、应用推广及生产成本控制具有重要的现实意义，有助于提升锌铝合金在工业生产中的竞争力和应用范围。