CN104131247B - 一种抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镁锂合金领域，具体为一种抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺。该工艺包括以下步骤：将变形态镁锂合金用铝箔包裹严密，在330～470℃固溶，保温4～8小时，水淬冷却至室温，在100～200℃下时效12～24小时，再水淬冷却至室温。本发明能够显著抑制镁锂合金的塑性失稳现象，同时保留着合金较高的屈服强度和抗拉强度，解决了镁锂合金塑性随拉伸过程出现的锯齿屈服问题。本发明的热处理工艺适用合金的组分及其含量为：Li1.0～11.5％，Zn5～10％，Y0.5～2％，Mg余。本发明所用的设备简单，成本较低，操作简单、方便。
Description
技术领域
本发明涉及镁锂合金领域，具体为一种抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，特别是涉及消除室温下镁锂合金在拉伸过程中出现的塑性失稳和锯齿屈服现象的热处理工艺方法。
背景技术
镁锂合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，其密度在1.35～1.65g/cm3之间，并具有比强度和比刚度高、冷热变形能力强、各向异性不明显和低温性能好等特性。镁锂合金还具有镁合金的诸多优点，如：抗高能粒子穿透能力强、电磁屏蔽性能好、阻尼性能好、切削加工性优良等。镁锂合金是航天、航空、电子和军事等领域理想的轻质结构材料，使得Mg-Li合金在航空航天和汽车等高新技术领域有着潜在的广泛应用前景。然而，镁锂合金也存在绝对强度低、耐高温能力差、抗蠕变性能和抗腐蚀性极差等缺点，严重制约了合金的应用与进一步的发展。文献(Mater.Sci.Eng.A.(材料科学与工程)528(2011)6157)报道了双相Mg-Li合金在200～300℃温度下的抗拉强度仅为的2～10MPa。鉴于此，申请人利用准晶的形成机理，成功在Mg-Li-Zn-Y合金中自生成出Mg3Zn6Y准晶相，使经过简单热挤压变形(挤压比为10:1)的合金强度与复合强化和经机械大变形处理后的Mg-Li合金强度基本相当，屈服强度和抗拉强度最高分别可达166MPa和247MPa，且保留着较高的塑性。然而，镁锂合金在拉伸过程中存在的塑性变形失稳和锯齿屈服现象仍未因准晶的引入而得到消除。近年来，各国学者对Mg-Li合金的力学行为进行了大量研究，其兴趣主要集中于合金塑性失稳和力学行为“反常”的本质和机制方面，关于如何消除合金中的塑性失稳问题，尚未见有报道。可见，研究热处理工艺对镁锂合金出现的塑性屈服问题应该有助于深入理解这些现象出现的内在机理，不仅对密排六方结构材料塑性变形理论的发展，还是对合金的进一步设计开发，以及镁锂合金的安全服役均具有十分重要的理论价值和实际应用意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，可以消除室温下镁锂合金在拉伸过程中出现的塑性失稳和锯齿屈服现象。
本发明的技术方案是：
一种抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，将变形态镁锂合金用铝箔包裹严密，在330～470℃固溶，保温4～8小时，水淬冷却至室温，在100～200℃下时效12～24小时，再水淬冷却至室温。
所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，先在低于400℃进行固溶处理1～3小时，再升温至400℃以上进行固溶处理3～5小时，然后水淬冷却至室温。
所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，按重量百分含量计，所述的镁锂合金中，锂含量为1.0～11.5％，锌含量范围为5～10％，钇含量范围为Y0.5～2％，Mg余。
所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，优选地，按重量百分含量计，所述的镁锂合金中，锂含量为3～8％，锌含量范围为6～8％，钇含量范围为1.0～1.6％，Mg余。
所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，合金中锌和钇的重量比值为5～10。
所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，经热处理后的镁锂合金，在拉伸试验中不存在塑性失稳和锯齿屈服现象。
本发明的设计思想是：
本发明通过合理选取固溶和时效处理条件，在330～470℃下分两个阶段固溶处理，先在低于400℃进行低温固溶，再升温至400℃以上进行高温固溶，然后水淬冷却至室温，这样的作用在于：可以有效将合金中的可固溶相颗粒固溶到基体中，并消除合金中的化学成分不均匀区。对组织和性能的影响在于，可以在基体中形成过饱和的固溶原子，在时效过程中得以析出。最后，在100～200℃下时效12～24小时，再水淬冷却至室温。从而，将两个阶段固溶处理与时效处理有机地结合，可以在合金中β-Li中形成MgLiZn析出相，同时在α-Mg基体中析出MgZn相，消除镁锂合金中存在的塑性变形失稳问题和锯齿屈服现象，同时保留着合金较高的屈服和抗拉强度。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过控制热处理条件消除了镁锂合金中存在的塑性变形失稳问题和锯齿屈服现象。
2、本发明采用该方法使合金保留着较高的屈服和抗拉强度,特别适合于轻质、高强、高韧的用材需求。
3、本发明加工工艺操作简单、方便。
附图说明
图1含准晶镁锂合金(实施例1、实施例2和实施例3)的X-射线衍射图谱。
图2(a)-图2(b)含准晶镁锂合金(实施例1、实施例2和实施例3)的室温拉伸曲线。其中，图2(a)为实施例1和实施例2的挤压态、固溶处理和时效处理；图2(b)为实施例3的挤压态、固溶处理和时效处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，需要说明的是给出的实例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，本发明的保护范围并不限于以下实施的具体实例。
实施例1
本实施例抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺方法，主要包括以下步骤：
Ⅰ)、采用的镁锂合金成分：使用挤压态准晶强化Mg-Li-Zn-Y镁合金，其化学成分(重量百分含量)为：4.3％Li，5.83％Zn，1.08％Y，其余为Mg；挤压态准晶强化Mg-Li-Zn-Y镁合金的室温拉伸性能见图2(a)的曲线1，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为4～8MPa之间。
Ⅱ)、固溶处理工艺：将挤压态准晶强化镁合金板材用铝箔严密包裹，在330℃固溶2小时，再将温度升至400℃，保温4小时，水淬冷却至室温。室温拉伸性能见图2(a)的曲线2，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为4～6MPa之间。
Ⅲ)、时效处理工艺：将固溶处理后的镁合金在150℃下时效24小时，然后水淬至室温。室温拉伸性能见图2(a)的曲线3，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为0。
Ⅳ)、微观组织表征
组织观察的样品其制备过程如下：采用1000号碳化硅水磨砂纸磨平表面；然后采用油基金刚石研磨膏机械抛光；X-射线衍射分析表明合金中主要相为α-Mg、Mg3Zn6Y(准晶相I-phase)和少量的W-phase，相应X-射线图谱列在附图1上。
Ⅴ)、拉伸性能测试
合金的室温拉伸性能样品为板状，其轴线方向平行于材料的纵向，试样标准长度为25mm，宽度为5mm，厚度为4mm。拉伸试验的应变速率为1×10-3s-1。拉伸试验在MTS(858.01M)拉扭试验机上进行。本实施例中，该含锂镁合金处于挤压和固溶状态时，均会出现明显的锯齿屈服现象。当经过时效处理后，合金的锯齿屈服现象彻底得到消除，相应的拉伸曲线列在附图2(a)上。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
Ⅰ)、合金组成
参考实施例1的成分配比，挤压态准晶强化Mg-Li-Zn-Y镁合金的室温拉伸性能见图2(a)的曲线1，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为4～8MPa之间。
Ⅱ)、固溶处理工艺
将挤压态准晶强化镁合金板材用铝箔严密包裹，在330℃固溶2小时，再将温度升至450℃，保温4小时，水淬冷却至室温。室温拉伸性能见图2(a)的曲线4，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为4～6MPa之间。
Ⅲ)、时效处理工艺
将固溶处理后的镁合金在200℃下时效6小时，水淬至室温。室温拉伸性能见图2(a)的曲线5，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为0。
Ⅳ)、微观组织表征
参考实施例1的微观组织表征。
Ⅴ)、室温拉伸性能测试
参考实施例1的力学性能测试方法。本实施例中，该含锂镁合金处于挤压和固溶状态时，均会出现明显的锯齿屈服现象。当经过时效处理后，合金的锯齿屈服现象彻底得到消除，相应的拉伸曲线列在附图2(a)上。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
Ⅰ)、合金组成
参考实施例1的成分配比，挤压态准晶强化Mg-Li-Zn-Y镁合金的室温拉伸性能见图2(b)的曲线1，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为4～8MPa之间。
Ⅱ)、固溶处理工艺
将挤压态准晶强化镁合金板材用铝箔严密包裹，在330℃固溶2小时，再将温度升至470℃，保温4小时，水淬冷却至室温。室温拉伸性能见图2(b)的曲线2，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为2～5MPa之间。
或者，将固溶处理后的镁合金在400℃下时效2小时，然后水淬至室温。室温拉伸性能见图2(b)的曲线3，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为2～6MPa之间。
Ⅲ)、时效处理工艺
将固溶处理后的镁合金在200℃下时效6小时，然后水淬至室温。室温拉伸性能见图2(b)的曲线4，其性能指标为：锯齿幅值波动范围为0。
Ⅳ)、微观组织表征
参考实施例1的微观组织表征。
Ⅴ)、室温拉伸性能测试
参考实施例1的力学性能测试方法。本实施例中，该含锂镁合金处于挤压和固溶状态时，均会出现明显的锯齿屈服现象。当经过时效处理后，合金的锯齿屈服现象彻底得到消除，相应的拉伸曲线列在附图2(b)上。
实施例结果表明，本发明将变形态镁锂合金用铝箔包裹严密，在330～470℃固溶，保温4～8小时，水淬冷却至室温，在100～200℃下时效12～24小时，再水淬冷却至室温。从而，能够显著抑制镁锂合金的塑性失稳现象，同时保留着合金较高的屈服强度和抗拉强度，解决了镁锂合金塑性随拉伸过程出现的锯齿屈服问题。本发明所用的设备简单，成本较低，操作简单、方便。
Claims (4)
1.一种抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，其特征在于：将变形态镁锂合金用铝箔包裹严密，在330～470℃下分两个阶段固溶处理，先在低于400℃进行固溶处理1～3小时，再升温至400℃以上进行固溶处理3～5小时，然后水淬冷却至室温，在100～200℃下时效12～24小时，再水淬冷却至室温；
按重量百分含量计，所述的镁锂合金中，锂含量为1.0～11.5%，锌含量范围为5～10%，钇含量范围为Y0.5～2%，Mg余。
2.按照权利要求1所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，其特征在于：优选地，按重量百分含量计，所述的镁锂合金中，锂含量为3～8%，锌含量范围为6～8%，钇含量范围为1.0～1.6%，Mg余。
3.按照权利要求1或2所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，其特征在于：合金中锌和钇的重量比值为5～10。
4.按照权利要求1所述的抑制准晶强化镁锂合金塑性失稳的热处理工艺，其特征在于：经热处理后的镁锂合金，在拉伸试验中不存在塑性失稳和锯齿屈服现象。
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| GR01 | Patent grant |