锌铝合金热处理硬度不足原因分析

摘要：针对某型锌铝合金时效处理后硬度低问题，经来料硬度检查、化学成分分析、金相检查、SEM+EDS分析、材料热处理性能分析、热处理验证试验等方法，确认该合金是在ZA50型系列锌铝合金的基础上开发得到，并找出该型合金的热处理规律，针对具体的硬度需求，提出改善措施。
1背景介绍
某型锌铝合金用N型代替。技术要求热处理后硬度145HV以上。送检前，客户采用120～220°C区间的各种温度时效12小时试验，结果硬度都低于145HV ，无法正常生产，需分析原因。
2检查分析
2.1来样硬度检查
对热处理前、后的产品切片检验硬度，热处理前的产品硬度检测结果为：147～148HV0.2 ，接近技术要求的下限值；经188°Cx12h热处理后的产品硬度检测结果为：89.5～96.5HV0.2 ，硬度下降，硬度值低于技术要求。
2.2化学成分分析
采用硫碳分析仪+ICP检查来样材料化学成分，结果见表1 ，主要成分为Al/Zn/Cu/Si/Fe ，没有检测到C和S含量。与ZA50型锌铝合金元素含量对比，确定N型锌铝合金实际上属于ZA50型系列锌铝合金成分。
表1：化学元素分析结果(Wt%)
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2.3金相检查
图1是热处理前组织，可以观察到枝晶形态，是铸造组织。结合相图分析得出：金相组织为初生的α相（白色）和α相之间（α+β）共析体（黑色）及第二相质点。初生相α中析出较多颗粒状共析组织，说明铸造冷却速度较慢。
图2是经188°Cx12h时效处理后的组织。已看不出树枝晶，析出相增多，形状改变，颗粒聚集，并开始变得粗大，是过时效组织。过时效组织硬度较低。

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图1.热处理前（热处理前1000X）

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图2.热处理后（1000X）
2.4SEM+EDS分析
图3是客户热处理前样件3000X电镜图片，在晶界析出片状组织为共析组织；而图4 ，同样3000X下观察188°Cx12h时效处理后的组织，已看不到片状共析组织。晶界白色颗粒聚集长大。
更多内容↓↓↓图5、图6是在5000X下热处理前后组织，用EDS探测图5中热处理前微区成分1～4 ，图7～10分别是微区1～4的能谱图，探测结果如表2所示。其中的F含量应该是组织腐蚀液中含有HF酸的原因，在表3中不再列出。
EDS分析结果表明，灰色区域1和黑色的背景3都是固溶有Zn的富Al固溶体，白色的3和4是共析组织，分别析出在а初生相的晶界和晶内，与金相分析结果一致。
图11～14分别是对图8中1～4微小区域内，即188°Cx12h时效处理后的微观组织所对应的能谱探测图，表3是EDS分析结果。与热处理前的EDS结果比较，不难看出：共析组织（微区2和4）形状由细片状改变为粗大颗粒状，并且随着Si、Cu、Mn等强化元素的析出、合金相的聚集，基体硬度下降，产生过时效。 Fe元素以针状形态析出，是有害元素，含量轻微时，对材料性能影响不大。

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图3.热处理前（3000X）

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图4.热处理后（3000X）

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图5.热处理前（5000X）

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图6.热处理后（5000X）