趙 琳

（山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009）

0 引言

高鋁鋅合金是一種在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快的新型合金，近幾年因?yàn)槠鋬r(jià)廉、節(jié)能、質(zhì)優(yōu)的特性，其應(yīng)用范圍日益廣泛。但是高鋁鋅合金還具有塑性差、耐熱性和耐磨性低的缺點(diǎn)，為了改善它的性能，提高它的使用性，人們?cè)赯A-27中加入鎳元素，以此來(lái)提高它的耐磨性和耐熱性。本文重點(diǎn)對(duì)鎳對(duì)高鋁鋅合金組織和性能的影響進(jìn)行分析。

1 鎳對(duì)ZA-27合金組織的影響

鎳以A1-10%Ni中間合金形式加入，在金屬型內(nèi)制取拉伸試樣，模型預(yù)熱溫度為230℃～260℃。在ZA-27合金中添加鎳后，可使原始組織得以細(xì)化，鎳相以花狀存在于晶界和晶粒內(nèi)部。用電子探針分析鎳相，可知其是以化合物NiAl3為基的固溶體。NiAl3熔點(diǎn)較高，并且與ZA-27合金初生富鋁相α的晶面與晶向存在以下關(guān)系：（110）NiAl3／／（OTL）α和（TTI）NiAl3／／［100］α，晶格不配度也比較小，所以部分NiAl3充當(dāng)α相的外來(lái)晶核，另一部分NiAl3與液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。以NiAl3為基的固溶相的形貌見圖1 ，利用電子顯微鏡鏡可分析發(fā)現(xiàn)添加鎳使ZA-27合金晶內(nèi)偏析加劇。

2 鎳對(duì)ZA-27合金機(jī)械性能的影響

鎳含量對(duì)ZA-27合金常溫機(jī)械性能的影響見圖2 ，可見適量鎳可以提高ZA-27合金的綜合機(jī)械性能。其原因是鎳的｛100｝晶面族與鋅的｛10T0｝晶面族有較好的共格對(duì)應(yīng)關(guān)系，即對(duì)富鋅相起了固溶強(qiáng)化作用，另一方面NiAl3使ZA-27合金組織得以細(xì)化，但當(dāng)鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.5%后，就會(huì)產(chǎn)生大量的以NiAl3為基的固溶相凌角枝晶顆粒，對(duì)基體起割裂、脆化作用，使合金的常溫強(qiáng)度和塑性下降。

圖1 以NiAl3為基的固溶相形貌

圖2 鎳含量對(duì)ZA-27合金機(jī)械性能的影響

ZA-27合金添加鎳元素后，改變了原先合金組織的顯微硬度分布，見表1。

從表1中可以看出：ZA-27合金各相的顯微硬度差距不大，但其在重載下抗磨性能還較差；添加鎳元素后，析出大量以化合物NiAl3為基的固溶體，其顯微硬度比較高，并與晶粒中心的富鋁相同時(shí)作為承受壓力的硬相，而在晶粒邊沿以及NiAl3粒子周圍的顯微硬度明顯下降，可以保證沒有硬相壓碎和脫落現(xiàn)象，從而顯著提高合金的耐磨性能。

表1 鎳對(duì)ZA-27合金顯微硬度HV0.05的影響

含鎳0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的ZA-27合金的高溫機(jī)械性能優(yōu)于 ZA-27，抗壓強(qiáng)度由25.3MPa增至36.5 MPa，延伸率由18.1%降至14.3%，硬度由80HB增至100HB。因此可以確定鎳元素的加入增加了基體原子間結(jié)合力，提高了ZA-27合金的再結(jié)晶溫度，同時(shí)形成集中于晶界硬度穩(wěn)定的第二相顆粒，使晶界在高溫下滑移困難，限制了晶界裂紋的擴(kuò)展，從而提高了ZA-27合金的高溫力學(xué)性能。

3 鎳對(duì)ZA-27合金組織耐蝕性能的影響

為證明鎳對(duì)ZA-27合金組織耐蝕性的影響，進(jìn)行了以下耐蝕性能測(cè)試試驗(yàn)：在90℃、相對(duì)濕度為90%的條件下進(jìn)行不同成分ZA-27合金耐高溫晶間腐蝕性試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為50h。試驗(yàn)結(jié)果證明：一定量的鎳可以提高ZA-27合金高溫耐晶間腐蝕性能，原因是鎳的化合物第二相強(qiáng)化了晶界，從而使得在較高溫度下的腐蝕裂紋擴(kuò)展速度大大減慢，但鎳的化合物具有陰極作用，加之鎳增加了ZA-27合金的晶內(nèi)偏析，故鎳會(huì)加速ZA-27合金常溫晶間腐蝕。

4 結(jié)論

（1）適量的鎳可以使ZA-27合金晶粒細(xì)化，但使晶內(nèi)偏析有所提高。

（2）含0.5%Ni（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，ZA-27合金綜合機(jī)械性能最好；含（1%～2%）Ni（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，可改善顯微硬度分布，利于耐磨性提高。

（3）含0.5%Ni（質(zhì)量分析）時(shí)，ZA-27合金的抗拉強(qiáng)度提高44%。

（4）適量鎳可以提高ZA-27合金高溫抗晶間腐蝕能力，但有加速常溫晶間腐蝕的傾向。