CN102560301B - 镁稀土合金低温应变诱导热处理方法 - Google Patents

Abstract

一种镁稀土合金低温应变诱导热处理方法，原材料为所有镁稀土合金，其主要方法是将上述合金锭埋入干燥的细砂中，在氩气保护下，在0.7～0.85Tm(Tm：合金熔点)高温固溶处理，固溶时间10～24小时，然后人工时效，时效温度为0.1～0.25Tm，时效时间为4～12小时。时效过程中加载100～200Mpa均向压力，变形量为0.01-30%，在均向外应力作用下，抑制析出相生长取向，生成纳米级球形强化相。同时，由于采用低温时效，过饱和度增大，析出相的分数增加，强化效果更加显著。本发明操作工艺简单，处理条件容易控制，节约能源，特别适用于铸造镁稀土合金和锻造镁稀土合金。

Description

镁稀土合金低温应变诱导热处理方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金的热处理方法，特别是镁稀土合金的热处理方法。 

背景技术

[0002] 大多数镁合金都可以通过热处理来改善其力学性能和加工性能。而镁合金采取热处理的方式完全取决于合金元素的固溶行为。总的来说，镁合金的热处理工艺分为退火和固溶时效两大类[H.E. Friedrich et.al. Magnesium Technology: Springer, 2006.]。 

1、退火。退火可以显著降低镁合金制品的抗拉强度并增加其塑性，对某些后续加工有利。变形镁合金根据使用要求可采用高温完全退火和低温去应力退火。完全退火可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，提高其塑性，以便进行后续变形加工。完全退火时一般会发生再结晶和晶粒长大，所以温度不能过高，时间不能太长[K.U. Kainer. Magnesium: Wiley-VCH, 2009]。去应力退火既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。 

2、固溶和时效。固溶处理是获得时效强化的前提。在适当温度下，加热到单相固溶体相区内，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻碍位错运动，从而使基体得到强化。时效沉淀强化是镁合金强化的一个重要机制。在合金中，当合金元素的固溶度随着温度的下降而减少时，便可能产生时效强化。将具有这种特征的合金在高温下进行固溶处理，得到不稳定的过饱和固溶体，然后在较低的温度下进行时效处理，即可产生弥散的沉淀相[L.L. Rokhlin., Magnesium alloys containing rare earths: Toyler &Francis, 2003]。滑动位错与沉淀相相互作用，使屈服强度提高，合金得到强化。 

镁合金热处理强化的特点是：合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢，因此固溶和时效处理时需要保持较长的时间。尤其近年来较广泛深入研究的高性能镁稀土合金一般采用固溶加时效（T6）的方式处理，可以得到较高的力学性能。但是，这种传统稀土镁合金T6热处理方法有如下不足： 

1）由于稀土的原子半径太大，扩散速度慢，因此，时效的时候一般将温度设置在200℃以上，低于200℃，由于时间过长，很难观察到时效强化。

2）由于时效的温度较高，稀土溶质的过饱和度降低，因此，析出强化相的体积分数降低，强化效果减弱。 

3）由于镁是六方结构，因此，时效过程中多数共格或半共格析出相是针状相或者片状的，很难得到球形的强化相，使得合金的塑性明显降低。 

4）传统时效的过程温度高，时间长，费时、耗能。 

针对上述不足，专利“分段振荡热处理工艺”(ZL200610131692.9)改进了时效过程，强化效果增强，析出相更加分散，力学性能显著提高，但是时效过程分为多段进行，过于繁琐，很难控制，而且析出相的形貌和传统的析出相相同，具有择优生长取向，合金随着强度的提高，延伸率降低明显。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单可控、强化效果明显、不损失合金塑性的镁稀土合金低温应变诱导热处理方法。本发明主要是将镁稀土合金在高温下充分固溶，使合金化元素充分分散在镁基体中形成过饱和固溶体，然后在四周加载应变形成一个均匀的应变场，在低温下时效，析出大量强化相，提高合金性能。 

本发明的热处理方法如下： 

原材料为所有镁稀土合金，尤其是含中重稀土钐、钆、铽、镝、钬和铒的合金。

将上述合金锭埋入干燥的细砂，放入电阻炉中，在氩气保护下，在0.7～0.85Tm下高温固溶处理，固溶时间10～24小时，然后人工时效，时效温度为0.1～0.25Tm，时效时间为4～12小时。时效过程中均向加载100～200Mpa压力，变形量为0.01-30%。 

在均向外应力的作用下，抑制析出相生长取向，低温时效，析出球形的纳米级强化相；同时，时效温度低，过饱和增大，第二相析出相的体积分数明显增加，强化效果更加显著。 

本发明与现有技术相比具有如下优点： 

1、通过外加强的应变场以消除析出相的取向生长方式，形成纳米级的球形强化相，使合金的延伸率基本保持不变；

2、时效温度低，析出强化相的体积分数明显增加，而且不容易长大；

3、工艺简单，过程可控；

4、时效工艺温度低，时间短，省能源，成本低。

附图说明

图1 是本发明热处理过程的示意简图。 

图2 是实施例1中Mg-8Gd-2Y-1Nd-1Sm-1Tb-0.6Zr（wt.%）合金传统固溶加时效（T6处理）与经本发明处理后的对比硬化曲线。 

图3 是实施例2中Mg-8Gd-1Dy-1Ho-1Er-0.6Zr（wt.%）合金传统固溶加时效（T6处理）与经本发明处理后的室温对比拉伸曲线。 

具体实施方式：

实施例 1

将Mg-8Gd-2Y-1Nd-1Sm-1Tb-0.6Zr（wt.%, 质量分数）合金锭埋入干燥的细砂，放入电阻炉中，通入氩气保护，合金熔点为 642 ℃，固溶温度为 545 ℃ （0.85 Tm），固溶时间为 10 h。均向加载压力为 95 MPa ，应变量为0.01%，时效温度为 138℃ （0.25Tm），时效时间为12 h，峰值显微硬度为 135 （50 g， 10 s）。

而采用传统的T6（固溶加时效的热处理），时效时间为48h，时效温度为220 ℃时，效峰值显微硬度为 110（50 g， 10 s）。如图2所示，对比传统固溶加时效（T6处理）与经本发明处理的硬化曲线看出，本发明的低温应变下，时效时间更短，硬化稳定区间更宽。 

实施例 2 

将Mg-8Gd-1Dy-1Ho-1Er-0.6Zr（wt.%, 质量分数）合金锭埋入干燥的细砂，放入电阻炉中，通入氩气保护，合金熔点为639 ℃，固溶温度为 448 ℃ （0.7 Tm），固溶时间为 24 h。均向加载压力为 200 MPa （应变量为30%），时效温度为 64℃ （0.1Tm），时效时间为4 h，峰值显微硬度为 140 （50 g， 10 s）。

采用传统的T6（固溶加时效的热处理），时效时间为48 h，时效温度为225 ℃时，效峰值显微硬度为 113（50 g， 10 s）。如图3所示，可以通过两种方式的在峰值硬度时的拉伸情况，看出本发明经过低温均应变热处理后，延伸率较传统T6热处理明显提高，主要是因为析出的第一相为球形相，改变了各向异性，从而提高了合金的塑性。 

实施例 3 

将Mg-12Dy-4Y-2Nd-0.6Zr（wt.%, 质量分数）合金锭埋入干燥的细砂，放入电阻炉中，通入氩气保护，合金熔点为 628 ℃，固溶温度为 502 ℃ （0.8 Tm），固溶时间为 24 h。均向加载压力为 150 MPa （应变量为3%），时效温度为 125℃ （0.2Tm），时效时间为10 h，峰值显微硬度为 150 （50 g， 10 s），室温延伸率为4.5 %。相反，采用传统的T6（固溶加时效的热处理），时效时间为60 h，时效温度为220 ℃时，效峰值显微硬度为 123（50 g， 10 s），室温延伸率为2 %。 

实施例 4 

将Mg-8Tb-4Y-2Sm-0.6Zr（wt.%, 质量分数）合金锭埋入干燥的细砂，放入电阻炉中，通入氩气保护，合金熔点为 631 ℃，固溶温度为 505 ℃ （0.8 Tm），固溶时间为 18 h。均向加载压力为 175 MPa （应变量为1%），时效温度为 125℃ （0.2Tm），时效时间为12 h，峰值显微硬度为 160 （50 g， 10 s），室温延伸率为5.2 %。采用传统的T6（固溶加时效的热处理），时效时间为48 h，时效温度为225 ℃时，效峰值显微硬度为 119（50 g， 10 s），室温延伸率为2.5 %。 

Claims (1)

1.一种镁稀土合金低温应变诱导热处理方法，其特征在于：

（1）原材料为镁稀土合金，即含中重稀土钐、钆、铽、镝、钬、铒的合金；

（2）将上述合金锭埋入干燥的细砂，放入电阻炉中，在氩气保护下，在0.7～0.85Tm下高温固溶处理，固溶时间10～24小时，然后人工时效，均向加载100～200Mpa压力，变形量为0.01-30%，时效温度为0.1～0.25Tm，时效时间为4～12小时。

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