CN103276326B - 一种对Mg-Al系镁合金的应力球化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种对Mg-Al系镁合金的应力球化处理方法，主要是将AZ80镁合金放入真空电阻炉中进行固溶处理，温度为380℃-420℃，加热8-24h后，停止加热，随炉冷却至室温，然后将上述镁合金放入RDL50电子蠕变试验机中在1-40MPa拉应力下重新加热至220℃-320℃，保温0.5h-12h后空冷。本发明的处理时间大大缩短，由传统时效处理的20小时缩短为1小时；与传统时效处理效果相比，镁合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了33%和8.9%。
Description
技术领域
本发明属于材料科学领域，特别涉及一种对镁合金的热处理方法。
背景技术
在镁合金中，Mg-Al系合金是目前应用最广泛的，既包括铸造镁合金又包括变形镁合金。与铸造镁合金相比，变形镁合金具有优良的综合性能，更高的强度和塑韧性，更适合制作大型结构件和满足结构多样化的要求，而镁合金在大型结构件上的应用是未来的应用趋势。Mg-Al系合金中铝含量为0～8%，锌含量为0～1.5%，一般添加少量的Zn和Mn，Al原子与Mg原子半径相差较小，Al与Mg形成置换型固溶体。其中含铝量为8%的AZ80镁合金是典型的高强度和可进行淬火时效强化的合金，具有良好的应用前景。
变形镁合金的传统热处理是通过固溶及时效处理来改善其力学性能，固溶处理(Solution)可以使大部分的沉淀相溶解，形成单一的Mg基固溶体，可以提高铸态组织的抗拉强度和延伸率。固溶后进行水淬（Water Quenching）处理，使高温固溶组织保持到室温形成过饱和固溶体，在随后的时效处理（Aging）中，又重新沉淀析出提高材料的硬度和屈服强度。
传统的镁合金热处理方法时间长、能耗大，且强化效果有限，虽然能够提高镁合金的屈服强度和硬度，但是会降低其抗拉强度和延伸率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种热处理时间短、能提高抗拉和屈服强度的对Mg-Al系镁合金的应力球化处理方法。
本发明的技术方案如下：
将Mg-Al系镁合金放入真空电阻炉中进行固溶处理，温度为380℃-420℃，加热8-24h后，停止加热，随炉冷却至室温，然后将上述镁合金放入RDL50电子蠕变试验机中在1-40MPa拉应力下重新加热至220℃-320℃，保温0.5h-12h后空冷。
本发明的应力球化处理可以使材料在弹性变形范围内进行球化热处理，并在加速层片状不连续析出相的熔断，促进镁合金中溶质原子的空位扩散机制，从而促进球化过程；防止因长时间加热导致第二相和晶粒过分长大，以得到一种更细化的混合组织，可以进一步提高性能，并缩短球化时间达到节能减排的目的。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、处理时间大大缩短，由传统时效处理的20小时缩短为1小时。
2、与传统时效处理效果相比，镁合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了33%和8.9%。
附图说明
图1为经过不同方法处理的AZ80镁合金的50倍金相图。（a）为没经过任何处理的铸态镁合金组织、（b）为实施例2中的只进行固溶炉冷的镁合金组织、（c）为实施例2中的应力球化镁合金组织、（d）为传统20h球化镁合金组织。
图2为经过不同方法处理的AZ80镁合金的200倍金相图。（a）为没经过任何处理的铸态镁合金组织、（b）为实施例2中的只进行固溶炉冷的镁合金组织、（c）为实施例2中的应力球化镁合金组织、（d）为传统20h球化镁合金组织。
图3为经过不同方法处理的AZ80镁合金的1000倍金相。（a）为没经过任何处理的铸态镁合金组织、（b）为实施例2中的只进行固溶炉冷的镁合金组织、（c）为实施例2中的应力球化镁合金组织、（d）为传统20h球化镁合金组织。
具体实施方式
实施例1
将规格为Φ40cm×15cm的AZ80镁合金铸锭，用线切割切成尺寸为64×12×2mm的拉伸试样，将其放入真空电阻炉中，加热至380℃，保温24h后，停炉，随炉冷却至室温，然后在RDL50电子蠕变试验机中在对上述镁合金施以30MPa拉应力同时加热至260℃，保温0.5h后空冷至室温。在维氏硬度计上测量其硬度，型号为：FM-ARS9000全自动显微硬度测量系统，载荷50gf，保载时间30s。在拉伸试验机上进行力学性能测量，拉伸机型号为：INSPEKTTABLE100电子万能试验机，性能指标包括抗拉强度、屈服强度、延伸率。其硬度及力学性能数值见表1。
实施例2
将规格为Φ40cm×15cm的AZ80镁合金铸锭，用线切割切成尺寸为64×12×2mm的拉伸试样，将其放入真空电阻炉中加热至400℃保温10h后，停炉，随炉冷却至室温，然后在RDL50电子蠕变试验机中在对上述镁合金施以15MPa拉应力同时加热至300℃，保温1h后空冷至室温。在维氏硬度计上测量其硬度，型号为：FM-ARS9000全自动显微硬度测量系统，载荷50gf，保载时间30s。在拉伸试验机上进行力学性能测量，拉伸机型号为：INSPEKT TABLE100电子万能试验机，性能指标包括抗拉强度、屈服强度、延伸率，其硬度及力学性能数值见表1。
最后将原始铸态镁合金、应力球化后的镁合金、传统方法处理的20h球化镁合金和只进行固溶炉冷的镁合金进行切割、镶嵌，抛光腐蚀，最后进行金相观察。
如图1所示，可以看出，铸态组织呈典型枝晶状，固溶炉冷后的组织溶解了全部枝晶，并沿晶界析出大量第二相。球化处理使晶界析出相更加细小且弥散分布。应力球化1h与球化20h的弥散程度相差不多。
如图2所示，可以看出固溶使枝晶完全消失，沿晶界的炉冷不连续析出相与基体有截然清晰的分界面。应力球化1h与球化20h的组织相差不大。
如图3所示，可以看到固溶炉冷后清晰的沿晶界析出的不连续层片状析出相，应力球化1h后，在应力和温度的双重作用下，部分层片熔断、球化。球化20h后与应力球化1h的组态相似，其层片状析出相熔断球化的数量与应力球化1h的数量相近，但是未熔断球化的析出相层片明显粗化了。
实施例3
将规格为Φ40cm×15cm的AZ80镁合金铸锭，用线切割切成尺寸为64×12×2mm的拉伸试样，将其放入真空电阻炉中加热至410℃保温16h后，停炉，随炉冷却至室温，然后在RDL50电子蠕变试验机中对上述镁合金施以5MPa拉应力同时加热至320℃，保温2h后空冷至室温。在维氏硬度计上测量其硬度，型号为：FM-ARS9000全自动显微硬度测量系统，载荷50gf，保载时间30s。在拉伸试验机上进行力学性能测量，拉伸机型号为：INSPEKT TABLE100电子万能试验机，性能指标包括抗拉强度、屈服强度、延伸率。其硬度及力学性能数值见表1。
实施例4
将规格为Φ40cm×15cm的AZ80镁合金铸锭，用线切割切成尺寸为64×12×2mm的拉伸试样，将其放入真空电阻炉中加热至420℃，保温8h后，停炉随炉冷却至室温，然后在RDL50电子蠕变试验机中对上述镁合金施以40MPa拉应力同时加热至220℃，保温12h后空冷至室温。
实施例5
将规格为Φ40cm×15cm的AZ80镁合金铸锭，用线切割成尺寸为64×12×2mm，将其放入真空电阻炉中加热至390℃，保温20h后，停炉随炉冷却至室温，然后在RDL50电子蠕变试验机中对上述镁合金施以1MPa拉应力同时加热至280℃，保温6h后空冷至室温。
表1AZ80镁合金的应力球化方法与其他方法对照表
表1中，无应力球化20h，传统时效12h，以及原始材料的力学性能数据与应力球化方法处理得到的镁合金的力学性能数据进行对比，可以很明显地看出本发明的应力球化的优势。
Claims (1)
1.一种对Mg-Al系镁合金的应力球化处理方法，其特征在于：将Mg-Al系镁合金放入真空电阻炉中进行固溶处理，温度为380℃-420℃，加热8-24h后，停止加热，随炉冷却至室温，然后将上述镁合金放入RDL50电子蠕变试验机中在1-40MPa拉应力下重新加热至220℃-320℃，保温0.5h-12h后空冷。
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