CN103436828A - 一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺；属于镁合金材料制备技术领域。本发明将大尺寸镁合金铸锭以10-30℃/min的升温速率升温至320-350℃后再以12℃/h-27℃/h的升温速率升温至410-430℃，保温，然后以2-10℃/min的冷却速度冷却至室温，得到成品；所述大尺寸镁合金铸锭的直径Φ≥220mm。本发明在均匀化前期快速升温以释放铸造应力，防止晶粒均匀化过程中长大；随后缓慢升温至均匀化温度以保证各处受热均匀，防止过烧；然后以2-10℃/min的冷却速度冷却至室温，防止因冷速过快而开裂，也避免冷速过慢产生析出强化，不利后续变形。本发明处理过的大尺寸镁合金铸锭，枝晶偏析基本消除，各处成分均匀。另外，本发明所用设备为常规电阻炉，工艺成熟，安全可靠。

Description

一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺

技术领域

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺；属于镁合金材料制备技术领域。

背景技术

镁合金具有比重轻、阻尼性能良好、比强度和比刚度高、铸造和切削性能优异等一系列物理、力学性能的优点，广泛的用于航天、电子、汽车、国防等领域。镁合金塑性差，变形难，铸造镁合金占镁合金使用总量的90%，铸造镁合金中，Mg-Al系合金不含昂贵的稀土元素和Zr元素，因此Mg-Al系铸造合金有更大的应用空间。但Mg-Al系合金铸造过程中会产生枝晶偏析，粗大的第二相会阻碍基体的塑性变形，造成应力集中，导致材料断裂，因此必须对铸造Mg-Al系合金进行均匀化热处理。

研究表明（郭强，严红革，陈振华 等.均匀化退火工艺对铸态AZ80镁合金组织与性能的影响[J].金属热处理，2006，7(31):77-80），通过对铸态Mg-Al系合金进行均匀化处理可以有效消除铸锭的枝晶偏析，获得组织成分均匀，综合力学性能优异的铸态镁合金。目前，国内外对铸造Mg-Al系合金的均匀化处理作出了一定的研究，建立了一系列理论和工艺规范。Mg-Al系合金在凝固过程中有较大的结晶区间，容易造成成分不均匀，对于大尺寸铸件，由于各处的温度不一致，更加重了这种成分偏析。常规的均匀化工艺为：直接放入加热炉中，升温至设定温度，空冷或水冷至室温。这种常规均匀化工艺只能处理Φ220mm以下的镁合金铸锭。

随着镁合金应用的越来越广泛，对大尺寸镁合金铸锭的需求也逐渐加大，对其均匀化工艺也提出了更高的要求。大尺寸镁合金铸锭在均匀化工艺的难点主要有：（1）大尺寸铸锭在凝固和以后的冷却过程中会产生较大的铸造应力难以快速释放，容易导致中心区域晶粒在均匀化过程中长大；（2）大尺寸铸锭冷却速率问题：冷却速度太快，容易产生应力，导致开裂；冷却速度太慢，导致析出强化，不利于后续变形和热处理；（3）加热方式和加热速度难以选择，一旦选择不当，便可能使合金受热不均，枝晶不能有效熔解，从而造成综合力学性能不佳。

目前，对Φ≥220mm的镁合金铸锭的均匀化工艺在相关文献中未见报道。

发明内容

本发明针对现有均匀化热处理技术难以处理大尺寸镁合金铸锭的不足，以释放铸造应力、防止过烧和开裂为基点，从升温速度和冷却方式上入手，提出一种适合大尺寸镁合金铸锭均匀化热处理的工艺。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其实施方案为：将大尺寸镁合金铸锭以10-30℃/min的升温速率升温至320-350℃后再以12℃/h-27℃/h的升温速率升温至410-430℃，保温，然后以2-10℃/min的冷却速度冷却至室温，得到成品；所述大尺寸镁合金铸锭的直径Φ≥220mm。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，在410-430℃下，保温20-30h。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，所述冷却为鼓风冷却。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，所述大尺寸镁合金铸锭采用半连续铸造获得，其成分以质量百分比计包括：Al8.2～8.5%、Mn0.2～0.25%、Zn0.4～0.5%、Cu≦0.05%、Ni≦0.005%、Si≦0.15%、Be≦0.02%、Fe≦0.05%、其他杂质≦0.3；余量为Mg。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，所述大尺寸镁合金铸锭的直径Φ为300-450mm、高度为550-800mm。

原理和优势：

相比于现有技术，本发明能处理Φ≥220mm的镁合金铸锭，经过本发明处理过的大尺寸镁合金铸锭，枝晶偏析基本消除，组织成分均匀，便于后续的变形和热处理。其原因分析如下：

1、温度越高原子能量越高，原子扩散和应力释放越有利，铸件在均匀化温度以下迅速升温可提前进入释放状态。本发明加热前期采用10-30℃/min的升温速率升温至350℃随后缓慢升温保证铸造应力的最佳释放，有效的解决了中心区域晶粒在均匀化过程中长大的难题。

2、大尺寸铸锭在加热过程中各处的温度会有较大的差异，根据Fourier导热微分方程可知，随时间延长材料各处的温度越接近，本发明加热后期采用12℃/h-27℃/h的升温速率升温至410-430℃，既起到均匀化退火的作用，又保证了大尺寸镁合金铸锭受热均匀，避免了局部过烧，从而提高了均匀化处理后的铸锭的综合力学性能。

3、本发明严格控制保温时间是为了完全消除大尺寸铸锭中的铸态组织，获得成分均匀、后续加工性能良好的镁合金。

4、本发明严格控制冷却速度和冷却方式，避免了因冷速过快产生应力造成铸锭开裂以及冷速过慢导致强化相的析出，从而达到了便于后期变形和热处理的目的；同时，合理的冷却速度也会提高均匀化处理后的铸锭的综合力学性能。

总之，采用本发明的均匀化热处理工艺，解决了现有技术难以处理Φ≥220mm的镁合金铸锭的难题；本发明所采用设备均为常用电阻炉，工艺成熟、稳定，安全可靠，适合工业大规模应用。

附图说明

附图1为铸态Mg-Al-Zn系合金的金相组织

附图2为采用常规均匀化工艺420℃保温25小时后的Mg-Al-Zn系合金金相组织附图3为实施例2中均匀化处理后Mg-Al-Zn系合金的金相组织（所选区域为铸锭中心部位）。

从图1可以看出，铸态镁合金中，粗大的枝晶呈连续网状分布在基体中，在塑性变形过程中，硬脆的β相容易产生应力集中，不利于基体的塑性变形。

从图2和图3可以看出，经均匀化处理后，合金铸态组织基本消处，枝晶偏析基本消除，组织成分均匀，出现清晰的晶界。对比图2、图3可以看出，图2中晶粒的粒径明显大于图3中晶粒的粒径，主要是因为常规均匀化工艺中，铸造应力未消除，成为晶粒长大的驱动力，导致晶粒长大。

具体实施方式

下面参考附图结合实例，进一步阐述本发明，应该说明的是，以下的实例只是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，任何在本发明基础上进行非本质的改进和调整，均属于本发明要求的保护范围。

具体实施方式中的Mg-Al-Zn镁合金半连续铸锭的尺寸为：直径Φ300-450mm，高度550-800mm）。其合金成分为（wt.%）：Al8.2～8.5；Zn0.4～0.5；Mn0.2～0.25；Cu≦0.05；Ni≦0.005；Si≦0.15；Be≦0.02；Fe≦0.05；其他杂质≦0.3；余量为Mg。其金相组织如图1所示；从图1可以看出，铸态镁合金中，粗大的枝晶呈连续网状分布在基体中。

实施例1：

将直径Φ300mm，高度650mm的Mg-Al-Zn镁合金半连续铸锭冷炉装料，从室温以30℃/min的升温速率快速升至320℃，升温时间为10分钟，到320℃后以12℃/h的升温速率升温7.5小时，达到410℃后，保温20小时，随后采用采用随炉鼓风冷却，冷却的速度为2℃/min，得到成品。

实施例2：

将直径Φ350mm，高度650mm的Mg-Al-Zn镁合金半连续铸锭冷炉装料，从室温以15℃/min的升温速率快速升至350℃，升温时间为23分钟，到350℃后以17.5℃/h的升温速率升温4小时，达到420℃后，保温25小时，随后采用随炉鼓风冷却，冷却的速度为7℃/min；得到成品。成品的金相组织如图3所示，由图3可以看出，经均匀化处理后，合金铸态组织基本消处，出现清晰的晶界。

实施例3：

将直径Φ350mm，高度700mm的Mg-Al-Zn镁合金半连续铸锭冷炉装料，从室温以20℃/min的升温速率快速升至350℃，升温时间为15分钟，到350℃后以25℃/h的升温速率升温3.2小时，达到430℃后，保温30小时，随后采用采用随炉鼓风冷却，冷却的速度为9℃/min；得到成品。

对比例1

将直径Φ350mm，高度650mm的Mg-Al-Zn镁合金半连续铸锭冷炉装料，从室温以5℃/min升温1.5小时，达到420℃后，保温25小时，随后采用随炉鼓风冷却，冷却的速度为7℃/min；得到成品。其金相组织如图2。对比图2、图3可以看出，图2中晶粒的粒径明显大于图3中晶粒的粒径，主要是因为常规均匀化工艺中，铸造应力未消除，成为晶粒长大的驱动力，导致晶粒长大。

Claims (5)

1.一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其特征在于：将大尺寸镁合金铸锭以10-30℃/min的升温速率升温至320-350℃后再以12℃/h-27℃/h的升温速率升温至410-430℃，保温，然后以2-10℃/min的冷却速度冷却至室温，得到成品；所述大尺寸镁合金铸锭的直径Φ≥220mm。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其特征在于：在410-430℃下，保温20-30h。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其特征在于：所述冷却为鼓风冷却。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其特征在于：

所述大尺寸镁合金铸锭采用半连续铸造获得，其成分以质量百分比计包括：

Al8.2～8.5%、Mn0.2～0.25%、Zn0.4～0.5%、Cu≦0.05%、Ni≦0.005%、Si≦0.15%、Be≦0.02%、Fe≦0.05%、其他杂质≦0.3；余量为Mg。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其特征在于：大尺寸镁合金铸锭的直径Φ为300-450mm、高度为550-800mm。

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