CN107022707A - 一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高强耐高温镁合金大构件的热处理工艺，合金质量成分为Gd：8.0‑9.6%，Y：1.8‑3.2%，Gd成分与Y成分的比值为：3≤Gd/Y≤5，Zr：0.3‑0.7%，Er：0.02‑0.3%，Ag：0.02‑0.5%，其余为Mg及不可去除的杂质元素。将镁合金大构件在410℃‑430℃保温，保温时间为45‑90分钟；出炉空冷至室温；然后将冷却后的镁合金大构件在210℃‑240℃保温，保温时间为10‑20小时；出炉空冷至室温。本发明处理的镁合金大构件的综合力学性能得到大幅度提高，热处理后镁合金大构件的抗拉强度＞440MPa，屈服强度＞370MPa，延伸率＞6%，工艺简单，便于产业化。

Description

一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺，特别是一种Mg-Gd-Y-Ag-Er-Zr镁合金的热处理工艺，通过热处理使镁合金大构件的抗拉强度＞440MPa，屈服强度＞370MPa，延伸率＞6%。

背景技术

近年来，镁及镁合金作为重要的结构材料，其优势在于密度低，比强度高和高的阻尼性能，以及切削加工性能良好，在汽车、信息电子和航空航天等对材料要求轻质高强的领域大尺寸镁合金结构件具有广阔的应用前景。研究发现Mg-Gd-Y-Ag-Er-Zr系镁合金强度高，耐热性好，塑性变形能力强，但由于添加了大量的稀土元素，其延伸率明显降低。因此必须对Mg-Gd-Y-Ag-Er-Zr系镁合金大构件使用合适的热处理工艺，以满足航空航天等领域对材料综合力学性能的要求。

随着镁合金应用的越来越广泛，对镁合金大构件的需求也逐渐加大，对其综合力学性能也提出了更高的要求。影响镁合金大构件综合力学性能主要因素：(1)镁合金大构件在变形过程中各位置变形不均匀，内部残留残余应力，造成应力集中；(2)镁合金大构件在变形过程中温度降低，晶界附近产生动态分解相，降低了合金元素在镁基体中的固溶度，导致在之后的热处理过程中时效分解相减少，合金的强度和延伸率降低。

发明内容

本发明所涉及的超高强耐高温镁合金大构件采用半连续电磁铸造制得大规格镁合金铸锭（φ340-630mm），铸锭经均匀化退火处理后，通过自由锻造将圆柱形铸锭镦粗开坯，中心机械穿孔，再利用一次或多火次的轧制变形，制备出外径φ600-1700mm、壁厚35-100mm、高度300-700mm的镁合金壳体件。

本发明针对工程应用中对镁合金大构件的综合力学性能需求，发明了一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺，具体工艺步骤为：

1.将镁合金大构件在410℃-430℃保温，保温时间为45-90分钟，保温过程中镁合金大构件内部残余应力完全消除，变形过程中产生的动态分解相重新固溶到镁基体中。同时保温温度较低、保温时间较短，晶粒的尺寸不发生明显变化；

2.将按步骤A保温后的镁合金大构件出炉空冷，冷却至室温；

3.将按步骤B冷却后的镁合金大构件在210℃-240℃保温，保温时间为10-20小时，消除了在步骤B从较高温度冷却的过程中，镁合金大构件表面与心部冷却速度不一致而产生的残余应力；

4.将按步骤C保温后的镁合金大构件出炉空冷，冷却至室温。

所涉及的超高强耐高温镁合金大构件采用半连续电磁铸造制得大规格镁合金铸锭（φ340-630mm），铸锭经均匀化处理后，通过自由锻造将圆柱形铸锭镦粗开坯，再利用一次或多火次的轧制变形，制备出外径φ600-1700mm、壁厚35-100mm、高度300-700mm的镁合金壳体件。

所述步骤1中保温温度为420-430℃，保温时间为60-80分钟。

所述步骤3中保温温度为220-230℃，保温时间为14-18小时。

本发明中合金成分为 (wt.％)：Gd：8.0-9.6%，Y：1.8-3.2%，Gd成分与Y成分的比值为：3≤Gd/Y≤5，Zr：0.3-0.7%，Er：0.02-0.3%，Ag：0.02-0.5%，其余为Mg及不可去除的杂质元素。通过查询相图资料可知，在400℃以下合金元素在镁基体中的固溶度低于本合金中合金元素添加量，导致固溶原子从镁基体中析出，进而影响之后时效强化效果，因此固溶处理温度必须在400℃以上。同时由于变形储能较大，较高的固溶温度或较长时间的固溶处理，静态再结晶过程将导致晶粒明显长大，影响材料的强度和延伸率，最终确定固溶处理工艺参数为410℃-430℃保温45-90分钟。本合金在200℃及以下温度进行人工时效处理，虽然材料强度提升较大，但材料的延伸率明显下降，并且200℃及以下温度进行人工时效处理所需保温时间过长，不适用于产业化生产，而在较高的人工时效温度下，合金元素在镁基体中的固溶度增加，峰时效时析出相的体积分数减少，不利于材料强度的提高，因此人工时效工艺为210℃-240℃保温10-20小时。

本发明通过选取适宜固溶处理和人工时效处理工艺，消除了变形过程中产生的残余应力，溶解了变形过程中产生的动态分解相，晶粒尺寸不发生明显变化，并且析出相均匀弥散地析出。经过本实施例的热处理工艺后，环轧件的综合力学性能得到较大的提高。传统的人工时效工艺虽然也能一定程度上提高材料强度，但材料塑性有较大程度的降低。相比本发明的热处理工艺，不仅获得了比传统人工时效更高的强度，同时也保证了材料的塑性，满足了工程上对镁合金大构件综合力学的需求，最终提高了超高强耐高温镁合金大构件综合力学性能。

具体实施方式

下面结合实例，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。

实施例1

本实施例以大尺寸变形镁合金环轧件为原料 ；所述大尺寸变形镁合金环轧件为 Mg-Gd-Y-Ag-Er-Zr变形镁合金环轧件，各元素质量百分比为 ：Gd：8.6%，Y：2.2%，Zr：0.4%，Er：0.2%，Ag：0.2%，其余为Mg及不可去除的杂质元素。将大尺寸变形镁合金环轧件装料，430℃固溶处理60分钟，然后出炉空冷，冷却至室温；将冷却后的大尺寸变形镁合金环轧件在210℃时效处理14小时，最终空冷至室温。

实施例2

本实施例以大尺寸变形镁合金环轧件为原料 ；所述大尺寸变形镁合金环轧件为 Mg-Gd-Y-Ag-Er-Zr变形镁合金环轧件，各元素质量百分比为 ：Gd：8.9%，Y：2.8%，Zr：0.4%，Er：0.2%，Ag：0.15%，其余为Mg及不可去除的杂质元素。将大尺寸变形镁合金环轧件装料，420℃固溶处理75分钟，然后出炉空冷，冷却至室温；将冷却后的大尺寸变形镁合金环轧件在220℃时效处理16小时，最终空冷至室温，对其进行力学性能检测，检测结果如表1所示。

从表1中可以看出：经过本实施例的热处理工艺后，环轧件的综合力学性能得到较大的提高，抗拉强度升高 115-120MPa，屈服强度提高 80-85MPa，延伸率保持6%以上。和采用传统的时效工艺相比，本发明热处理工艺，抗拉强度提高15-20MPa，屈服强度提高 25-30MPa，延伸率增加2%-3%。因此，传统的人工时效工艺虽然也能一定程度上提高材料强度，但材料塑性有较大程度的降低。相比本发明的热处理工艺，不仅获得了比传统人工时效更高的强度，同时也保证了材料的塑性，满足了工程上对镁合金大构件综合力学的需求。

对比例1：

本对比例以大尺寸变形镁合金环轧件为原料 ；所述大尺寸变形镁合金环轧件为 Mg-Gd-Y-Ag-Er-Zr变形镁合金环轧件，各元素质量百分比为 ：Gd：8.6%，Y：2.2%，Zr：0.4%，Er：0.2%，Ag：0.2%，其余为Mg及不可去除的杂质元素。将大尺寸变形镁合金环轧件装料，在220℃时效处理16小时，最终空冷至室温，对其进行力学性能检测，检测结果如表1所示。

表1

Claims (4)

1.一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺，合金质量百分成分为：Gd：8.0-9.6%，Y：1.8-3.2%，Gd成分与Y成分的比值为：3≤Gd/Y≤5，Zr：0.3-0.7%，Er：0.02-0.3%，Ag：0.02-0.5%，其余为Mg及不可去除的杂质元素，其特征在于包含以下工序：

A.将镁合金大构件在410℃-430℃保温，保温时间为45-90分钟；

B.将按步骤A保温后的镁合金大构件出炉空冷，冷却至室温；

C.将按步骤B冷却后的镁合金大构件在210℃-240℃保温，保温时间为10-20小时；

D.将按步骤C保温后的镁合金大构件出炉空冷，冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺，其特征在于：所述的超高强耐高温镁合金大构件是采用半连续电磁铸造制得大规格镁合金铸锭，直径φ为340-630mm，铸锭经均匀化处理后，通过自由锻造将圆柱形铸锭镦粗开坯，再利用一次或多火次的轧制变形，制备出外径φ600-1700mm、壁厚35-100mm、高度300-700mm的镁合金壳体件。

3.根据权利要求1所述的一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺，其特征在于：所述步骤A中保温温度为420-430℃，保温时间为60-80分钟。

4.根据权利要求1所述的一种超高强耐高温镁合金大构件热处理工艺，其特征在于：所述步骤C中保温温度为220-230℃，保温时间为14-18小时。