專利名稱：一種提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鎂合金加工技術領域，特別涉及一種提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法。
背景技術：
鎂合金作為目前最輕的商用金屬工程結構材料，以其優(yōu)異的比強度、優(yōu)良的阻尼吸震降噪性能、良好的機加工和表面裝飾性能等優(yōu)點在航空航天、交通運輸、3C產品等諸多領域具有重要的應用價值和廣泛的應用前景。目前應用最廣的是Mg-Al系列(AZ系、AM系)合金，但是該類合金還存在著絕對強度不足的問題。近年來研究發(fā)現(xiàn)，在Mg-Al系合金基礎上添加大量的Zn、同時嚴格控制合金中的Zn/Al比而形成的一類τ -型Mg-Zn-Al合金(ZA)具有優(yōu)良的室溫和高溫強度，進一步采用稀土微合金化后，該合金還兼有良好的變形加工行為和塑性，使之可用于若干有耐熱性能要求的變形鎂合金產品上，大大拓展了鎂合金在民用和軍工領域的應用范圍。這類具有良好變形性能的ZA系合金，即高鋅變形鎂合金，目前已發(fā)展成為一類具有重要應用價值的合金。稀土微合金化τ -型ZA系合金是一種時效強化型合金，時效過程中析出與基體共格的τ (Mg32(Al，Zn)49)相，該相具有良好的熱穩(wěn)定性，而且與鎂基體之間的界面能低，起到有效強化鎂合金的作用。為達到時效硬化的目的，目前通常對合金進行常規(guī)T6處理，即固溶時效處理。但是，由于ZA系合金相比商業(yè)化Mg-Al系列合金含有較多的合金元素
10wt%)，鑄造過程中合金中往往出現(xiàn)大量的非平衡共晶組織，這些共晶組織尺寸粗大，加之合金元素Ζη、Α1在鎂基體中的擴散速度很慢，常規(guī)的T6處理難以有效使這些化合物溶解，因而降低了時效前Zn、Al元素在鎂基體中的過飽和度、抑制了時效硬化效應的發(fā)揮，使得合金僅可獲得有限的強硬度提高，沒有充分發(fā)揮該合金高強硬度的潛在優(yōu)勢。為了促進鑄態(tài)組織中非平衡共晶組織的溶解，目前僅是通過延長固溶時間或提高固溶溫度，但是，固溶時間的延長將導致晶粒長大，而過高的固溶溫度易導致合金出現(xiàn)過燒，這些現(xiàn)象都將惡化合金的機械性能。因此，如何充分發(fā)揮τ-型ZA系合金的時效硬化效應成為該合金商業(yè)化應用契待解決的關鍵問題。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是增強高鋅變形鎂合金的時效硬化效應，有效提高生產效率，而提供一種提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法。實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:一種提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法，其特征在于，該工藝方法包括以下步驟:
O將鎂合金鑄錠在315 32 5°C范圍內進行l(wèi)(T50h的均勻化保溫，隨后隨爐冷卻至室溫。
2)均勻化后的鑄錠經銑面，在34(T350°C下保溫3(Tl20min ;隨后采用常規(guī)擠壓工藝進行熱加工，擠壓比16 30 ;擠壓后空冷至室溫。3)將擠壓后的變形材進行兩步漸變式固溶處理:首先在315 325°C保溫lhlh，然后以 2K/min的升溫速度升溫至35(T360°C，在該溫度下再保溫0.5h lh，隨后于5(T70°C的溫水中進行水淬淬火。4)將淬火后的合金在15(T200°C時效l(T50h。進一步，所述高鋅變形鎂合金是T-型Mg-Zn-Al-Re合金，其中Zn重量百分比為6°/TlO%,且Zn/Al比為2 3，Re表示稀土元素,主要包括Er、富乾混合稀土，也可以是其它稀土元素，其重量百分比為0.1°/Tl.0%。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果:
1.本發(fā)明提出將高鋅變形合金鑄錠在315 325°C范圍內進行l(wèi)(T50h的均勻化處理，通過這樣的均勻化處理，使一部分非平衡共晶化合物溶解，以提高隨后熱加工過程中鑄錠的變形能力。當均勻化溫度取上限時，可取均勻化時間的下限。2.經均勻化處理的高鋅變形合金鑄錠在34(T350°C下保溫3(Tl20min，使鑄錠各部分的溫度達到均勻，然后以16 30的擠壓比進行擠壓加工。在擠壓過程中，合金中未溶解的化合物被破碎，并隨基體的流動變形而散布于合金中。擠壓變形使得合金中化合物的尺寸大大減小，并彌散分布于合金中。3.將擠壓后的變形材進行兩步漸變式固溶處理，首先在315 325°C保溫lhlh，然后以 2K/min的升溫速 度升溫至35(T360°C，在該溫度下再保溫0.5h lh。Mg-Zn-Al三元共晶溫度為338° C，通常合金的固溶溫度應低于共晶溫度1(T20° C，以免固溶熱處理過程中出現(xiàn)過熱和過燒現(xiàn)象，因此首先將該合金在較低的溫度下，這里取315 325°C，保溫一定時間，通過這樣的第一 步固溶處理，非平衡Mg-Zn-Al三元共晶化合物會有所溶解，使得其中的Zn含量降低，使得剩余化合物的共晶溫度提高，這樣下一步就可以在更高的溫度下固溶處理而不產生過熱和過燒。隨后采用 2K/min的升溫速度逐漸升溫，在漸變式升溫過程中，上述過程將持續(xù)發(fā)生，即合金中的非平衡Mg-Zn-Al三元共晶化合物逐步溶解，使得其中的Zn含量不斷降低，導致剩余化合物的共晶溫度被逐步推向Mg-Al 二元共晶溫度(437° C)，即使共晶點不斷提升。最終可以使固溶溫度超過三元共晶溫度而不發(fā)生過熱和過燒，因此第二步可以在較高的溫度下，即35(T360°C，進行固溶處理。由于原子的擴散能力隨溫度的升高而迅速增強，因此，固溶溫度的升高可以大大縮短保溫時間；同時，經過了前一個步驟的擠壓變形，化合物的尺寸大大減小，原子的擴散距離大大縮短，故而也促進了剩余化合物的溶解。經過這樣的兩步漸變式固溶處理，可以有效促進Mg-Zn-Al三元合金中非平衡共晶化合物的溶解，提高基體中Zn、Al元素的過飽和度；同時處理時間大大縮短，有效提聞了生廣效率。4.將經過漸變式固溶處理的合金在15(T200°C時效l(T50h，一方面，漸變式固溶處理使基體中Zn、Al元素的過飽和度增加，另一方面，由于漸變式固溶處理的溫度高于常規(guī)T6處理的溫度，合金自高溫淬火下來基體中保留的空位濃度也相應更高，高濃度空位的存在也將促進時效析出相的均勻彌散析出，從而增強時效硬化效應。另外，值得提出的是，雖然經前一個步驟的漸變式固溶處理后，仍然有少量未溶解的化合物，但是由于尖端優(yōu)先溶解，經擠壓破碎后形狀各異的化合物在固溶處理過程中，尖棱處將首先溶解、并逐步轉變?yōu)榍蛐位衔?，這樣的小尺寸球形未溶化合物也可以起到彌散強化的作用，從而在一定程度上對合金強硬度的提高做出貢獻。


圖1 (a)是Mg-7Zn-3Al_0.7%Er合金鑄態(tài)金相顯微組織；(b)是該合金經3250C x50h均勻化處理后的金相顯微組織。圖2 Ca)是經常規(guī)T6固溶處理后Mg-7Zn-3Al_0.7%Er合金的SEM組織照片；(b)是經本發(fā)明漸變式固溶處理后Mg-7Zn-3Al-0.7%Er合金的SEM組織照片。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1:采用半連續(xù)鑄造工藝制備高鋅鎂合金鑄錠(其他鑄造工藝方法制備的同樣適用)，其成分為Mg-7Zn-3Al-0.79ffir，將鑄錠在325°C進行20h的均勻化退火，隨后隨爐冷卻至室溫。圖1是均勻化前后Mg-7Zn-3Al-0.7%Er合金的金相顯微組織，由圖1可以看出，鑄態(tài)組織中存在著大量的非平衡共晶化合物(圖la)，經過均勻化退火后，部分非平衡共晶化合物溶解，但是合金中仍然存在著較多的未溶解的化合物相。定量金相結果表明，均勻化后化合物的體積百分數為4.7%。均勻化后的鑄錠經銑面，在350°C下保溫120min，隨后在臥式擠壓機上熱擠壓，擠壓比為25，擠壓后空冷至室溫。將擠壓后的變形材進行兩步漸變式固溶處理，首先在325°C保溫lh，然后以 2K/min的升溫速度升溫至350°C，并保溫
0.5h，隨后于70°C的溫水中進行水淬淬火。圖2比較了經本發(fā)明漸變式固溶處理和經常規(guī)T6固溶處理的Mg-7Zn-3Al-0.7%Er合金的掃描電鏡顯微組織，從組織照片可以明顯看出經過本發(fā)明漸變式固溶處理，合金中的化合物數量大大減少。定量金相測量結果表明，經本發(fā)明漸變式固溶處理和經常規(guī)T6固溶處理后，化合物的體積百分數分別為1.5%和2.3%，減少了 35%。最后，將淬火后的合金在200°C時效10h。經本發(fā)明提供的工藝方法固溶時效處理后，Mg-7Zn-3Al-0.7%Er合金的維氏硬度達到93HV，與常規(guī)T6處理工藝相比，硬度提高了13.4%，顯著提高了合金的時效硬化效應。實施例2:采用半連續(xù)鑄造工藝制備高鋅鎂合金鑄錠，其成分為Mg-10Zn-4Al-0.4%Y，將鑄錠在320°C進行40h的均勻化退火，隨后隨爐冷卻至室溫。均勻化后的鑄錠經銑面，在340°C下保溫90min，隨后在臥式擠壓機上熱擠壓，擠壓比為16，擠壓后空冷至室溫。將擠壓后的變形材進行兩步漸變式固溶處理，首先在315°C保溫3h，然后以 2K/min的升溫速度升溫至360°C，并保溫0.5h，隨后于60°C的溫水中進行水淬淬火。與常規(guī)T6固溶處理工藝相比，經過本發(fā)明漸變式固溶處理，合金中的化合物數量大大減少。最后，將淬火后的合金在150°C時效35h。經本發(fā)明提供的工藝方法固溶時效處理后，Mg-10Zn-4Al-0.4%Y合金的維氏硬度達到98HV，與常規(guī)T6處理工藝相比，硬度提高了15.3%，顯著提高了合金的時效硬化效應。實施例3:采用半連續(xù)鑄造工藝制備高鋅鎂合金鑄錠，其成分為Mg-8Zn-3.5A1-0.4%Er,將鑄錠在315°C進行50h的均勻化退火，隨后隨爐冷卻至室溫。均勻化后的鑄錠經銑面，在345°C下保溫60min，隨后在臥式擠壓機上熱擠壓，擠壓比為28，擠壓后空冷至室溫。將擠壓后的變形材進行兩步漸變式固溶處理，首先在320°C保溫2h，然后以 2K/min的升溫速度升溫至355°C，并保溫lh，隨后于50°C的溫水中進行水淬淬火。與常規(guī)T6固溶處理工藝相比，經過本發(fā)明漸變式固溶處理，合金中的化合物數量大大減少。最后，將淬火后的合金在180°C時效20h。經本發(fā)明提供的工藝方法固溶時效處理后，Mg-8Zn-3.5A1-0.4%Er合金的維氏硬度達到96HV，與常規(guī)T6處理工藝相比，硬度提高了14.3%，顯著提高了合金的時效硬化效應。本發(fā)明工藝方法適用于τ -型Mg-Zn-Al-Re合金，其中Zn重量百分比為6% 10%，且Zn/Al比為2 3，Re表示 稀土元素，主要包括Er、富釔混合稀土，也可以是其它稀土元素，其重量百分比為0.Ρ/Γ .0%。均可以有效提高時效硬化效應，滿足強硬度的要求。綜上，本發(fā)明首先對合金鑄錠進行均勻化處理，然后通過熱加工使合金中的非平衡化合物破碎，最后采用兩步漸變式固溶處理促進化合物盡可能溶解。經過這樣的處理工藝，可以有效促進高鋅Mg-Zn-Al三元合金中非平衡共晶化合物的溶解，提高基體中Zn、Al元素的過飽和度，增強高鋅變形鎂合金的時效硬化效應。本發(fā)明與常規(guī)Τ6處理相比，處理時間大大縮短，有效提高了生產效率。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法，其特征在于，該工藝方法包括以下步驟: 1)將鎂合金鑄錠在315 325°C范圍內進行l(wèi)(T50h的均勻化保溫，隨后隨爐冷卻至室溫； 2)均勻化后的鑄錠經銑面，在34(T350°C下保溫3(Tl20min;隨后采用常規(guī)擠壓工藝進行熱加工，擠壓比16 30 ;擠壓后空冷至室溫； 3)將擠壓后的變形材進行兩步漸變式固溶處理:首先在315 325°C保溫lhlh，然后以 2K/min的升溫速度升溫至35(T360°C，在該溫度下再保溫0.5h lh，隨后于5(T70°C的溫水中進行水淬淬火； 4)將淬火后的合金在15(T200°C時效l(T50h。
2.根據權利要求1所述提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法，其特征在于，所述高鋅變形鎂合金是T -型Mg-Zn-Al-Re合金，其中Zn重量百分比為6% 10%，且Zn/Al比為2 3，Re表示稀土元素,主要包括Er或富乾混合稀土,其重量百分比為0.1°/Tl.0%。
全文摘要
本發(fā)明提出一種提高高鋅變形鎂合金時效硬化效應的工藝方法，即首先對合金鑄錠進行均勻化處理，然后通過熱加工使合金中的非平衡化合物破碎，最后采用兩步漸變式固溶處理促進化合物盡可能溶解。經過這樣的處理工藝，可以有效促進高鋅Mg-Zn-Al三元合金中非平衡共晶化合物的溶解，提高基體中Zn、Al元素的過飽和度，增強高鋅變形鎂合金的時效硬化效應；而且與常規(guī)T6處理相比，處理時間大大縮短，有效提高了生產效率。
文檔編號C22C23/04GK103173703SQ20131013353
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權日2013年4月17日
發(fā)明者張靜, 楊亮, 左汝林 申請人:重慶大學