CN108251774A - 一种Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种Mg‑Al‑Ca系耐热镁合金的热处理方法，所述合金包括以下重量百分比组分：Al 5‑9％、Ca 2‑3％，杂质≤0.15％，余量为Mg，热处理方法为将上述耐热镁合金在400‑420℃固溶，保温8‑24h，然后水淬至室温；再将镁合金加热至480‑520℃，进行球化处理，保温16‑48h，然后水淬至室温，铸造的Mg‑Al‑Ca系耐热镁合金的室温力学性能大幅度提高。

Description

一种Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法
技术领域
本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法。
背景技术
目前商业化程度最高的Mg-Al系合金在汽车上已获得部分应用，但限于其耐热性能上的不足，Mg-Al系合金在动力系统等关键部件上的应用受到极大限制。这是由于合金中主要第二相为β-Mg17Al12相，该相熔点仅为437℃，当温度超过120℃时，晶界上的β-Mg17Al12相开始软化，不能起到钉扎晶界和抑制晶界转动的作用，导致合金的持久强度和抗蠕变性能急剧降低。研究表明，在Mg-Al系合金中添加Si、Ca、Sr和稀土(RE)元素，可以有效改善耐热性能，其中具有代表性的包括AS41、AE42和MRI153等合金。这些合金元素的加入，一方面能够形成具有高熔点和高热稳定性的第二相，有效钉扎晶界和抑制晶界转动，另一方面还能够消耗合金中的Al元素，抑制直至消除低熔点β-Mg17Al12相的形成。Ca元素加入Mg-Al系合金后，将形成Al2Ca等第二相，这些第二相在高温下均具有良好的热稳定性。遗憾的是，迄今为止，Mg-Al-Ca系耐热镁合金并未在汽车上获得大范围推广应用。究其原因，主要在于，尽管Ca元素的加入显著改善了Mg-Al系合金的耐热性能，但合金的室温力学性能也随之出现大幅恶化，难以满足实际应用的要求。上述Al2Ca第二相的形成虽然能够显著改善耐热性能，但这些相在室温下很脆，在变形过程中不仅不能起到强化作用，反而容易破碎成为裂纹源。因此，要促进Mg-Al-Ca系耐热镁合金的实际应用，必须解决Ca元素加入带来的耐热性能和室温力学性能之间的矛盾，提高Mg-Al-Ca系耐热镁合金的室温力学性能。
发明内容
本发明主要提供了一种Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法，铸造的Mg-Al-Ca系耐热镁合金的室温力学性能大幅度提高。其技术方案如下：
一种Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法，所述合金包括以下重量百分比组分：Al 5-9％、Ca 2-3％，杂质≤0.15％，余量为Mg，所述合金的的热处理方法为：
(1)将铸造成型后的Mg-Al-Ca系耐热镁合金在400-420℃固溶，保温8-24h，然后水淬至室温；
(2)将镁合金加热至480-520℃，进行球化处理，保温16-48h，然后水淬至室温。
优选的，所述耐热镁合金经热处理后较热处理前相比，室温屈服强度增长率为1.0-5.0％，抗拉强度增长率为17.0-24.0％，延伸率增长率为166.0-189.0％。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
(1)热处理工艺第一步采用较低温度下的固溶处理，使合金中可能存在的熔点较低的β-Mg17Al12相固溶进入基体，防止该低熔点相在高温下发生过烧，导致合金力学性能恶化。同时，固溶进入基体的β-Mg17Al12相也能起到一定的固溶强化作用；
(2)热处理工艺第二步采用较高温度和较长的保温时间，尽管Al2Ca相的熔点很高，在这一过程中不会发生溶解，但是在长时间高温作用下，铸态合金中的Al2Ca相为了降低其表面张力，趋向于从连续的层片状或网状结构转变为孤立的颗粒状，且Al2Ca相的边缘也逐渐圆整化，将这一过程称为球化过程。对铸态Mg-Al-Ca系耐热镁合金而言，室温变形过程中，连续的层片状或网状的脆性Al2Ca相容易成为裂纹源，经球化过程后，裂纹的萌生受到很大程度的抑制，从而提高了合金的室温力学性能，尤其是塑性；
(3)由于晶界上高熔点Al2Ca相的存在，阻止了固溶和球化处理过程中的晶粒长大，使合金的晶粒尺寸没有明显变化；
(4)通过简单的热处理方法，实现了铸造Mg-Al-Ca系耐热镁合金室温力学性能的大幅度改善。
附图说明
图1为本发明实施例3制备的Mg-Al-Ca合金的微观组织图，其中，a为热处理前组织状态图，b为热处理后组织状态图。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1
本实施例所述镁合金由Mg、Al和Ca元素组成，其各组分质量百分含量为：Al：5％，Ca：2％，不可避免杂质≤0.15％，余量为Mg。
热处理：所述Mg-Al-Ca系耐热镁合金经铸造成形后，在400℃固溶，保温24h，水淬至室温；将所述镁合金加热至480℃，进行球化处理，保温48h，水淬至室温。
实施例2
本实施例所述镁合金由Mg、Al和Ca元素组成，其各组分质量百分含量为：Al：7％，Ca：2.5％，不可避免杂质≤0.15％，余量为Mg。
热处理：所述Mg-Al-Ca系耐热镁合金经铸造成形后，在410℃固溶，保温16h，水淬至室温；将所述镁合金加热至500℃，进行球化处理，保温32h，水淬至室温。
实施例3
本实施例所述镁合金由Mg、Al和Ca元素组成，其各组分质量百分含量为：Al：9％，Ca：3％，不可避免杂质≤0.15％，余量为Mg。
热处理：所述Mg-Al-Ca系耐热镁合金经铸造成形后，在420℃固溶，保温8h，水淬至室温；将所述镁合金加热至520℃，进行球化处理，保温16h，水淬至室温。
取实施例1-3的Mg-Al-Ca系耐热镁合金，分别测量热处理前后合金的室温屈服强度、抗拉强度、延伸率，结果如表1所示。
表1实施例1-3合金性能结果
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法，所述合金包括以下重量百分比组分：Al5-9％、Ca 2-3％，杂质≤0.15％，余量为Mg，所述合金的热处理方法为：
(1)将铸造成型后的Mg-Al-Ca系耐热镁合金在400-420℃固溶，保温8-24h，然后水淬至室温；
(2)将镁合金加热至480-520℃，进行球化处理，保温16-48h，然后水淬至室温。
2.根据权利要求1所述的Mg-Al-Ca系耐热镁合金的热处理方法，其特征在于：所述耐热镁合金经热处理后较热处理前相比，室温屈服强度增长率为1.0-5.0％，抗拉强度增长率为17.0-24.0％，延伸率增长率为166.0-189.0％。
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