CN110747416B - 一种镁合金构件的增塑工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：热处理过程中，在镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，并对镁合金构件进行时效处理。采用对镁合金构件进行冷压的方式引入孪晶缺陷，冷压过程中的温度控制为10~30℃，冷压后的总变形量控制为3~9%。本发明通过在镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，并对镁合金构件进行时效处理，使得镁合金构件的强度和塑性得到同步提高，解决了传统热处理工艺强度增加但塑性下降的难题；经本发明处理后的镁合金构件抗拉强度可达411‑512MPa，断后伸长率可达14‑17%，表面粗糙度等级可达IT8‑IT10级，为镁合金构件的拓展应用提供了更多的可能；此外，本发明工艺操作简单，易于实施，适合于工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金热处理工艺，具体涉及一种镁合金构件的增塑工艺。
背景技术
目前，比较成熟的镁合金主要有Mg-Al、Mg-Zn和Mg-Re等系列，其中，Mg-Al和Mg-Zn系是最具潜力的镁合金系列，广泛应用于轨道车辆、汽车、航空航天和兵器等领域。Mg-Al系合金易于铸造、易于加工、高强度、高耐蚀性和低成本等优点，是目前牌号最多、应用最广的镁合金系列，且其通过固溶、时效强化能够获得较优异的室温机械性能。
镁合金构件大都是在镁合金型材的基础上深加工（如热压工艺）而得，通常情况下，镁合金型材的断后伸长率较小，例如文献CN109457157A公开的镁合金型材断后伸长率最大为8.7％，而镁合金型材加工成镁合金构件后的断后伸长率通常会进一步减小。另外，镁合金构件经热处理后，虽然会使得合金强度大幅上升，但其韧性/塑性也会大幅降低，这必然影响镁合金构件的应用范围。因此，有必要开发一种同时提高镁合金强度和塑性的热处理工艺。
发明内容
本发明目的在于提供一种镁合金构件的增塑工艺。
为了实现所述目的，本发明采用如下技术方案。
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：热处理过程中，在镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，并对镁合金构件进行时效处理。
作为优选，采用对镁合金构件进行冷压的方式引入孪晶缺陷。
作为优选，采用“将镁合金构件置于恒定尺寸的常温模具内进行冷压”的方式引入孪晶缺陷。
作为优选，冷压过程中的温度控制为10~30℃，镁合金构件的总变形量控制为3~9%。
作为优选，当所述镁合金构件为Mg~Al系合金时，所述增塑工艺步骤包括：首先将镁合金构件置于400~420℃的氛围中保温1~2h，然后将其置于100~130℃的氛围中保温3~8h，再将其置于温度为15~25℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为4~7%，再将冷压完成后的镁合金构件置于170~200℃的氛围中保温10~16h，最后进行强风冷却。
作为优选，当所述镁合金构件为Mg~Re~Zr/Mn合金时，所述增塑工艺步骤包括：首先将镁合金构件置于490~510℃的氛围中保温1~2h，然后将其置于温度为15~25℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为5~6%，再对冷压完成后的构件依次进行两级时效处理，一级时效处理过程中的温度控制为100~130℃、时间控制为12~30h，二级时效处理过程中的温度控制为190~230℃、时间控制为18~30h，时效完成后进行强风冷却。
作为优选，当所述镁合金构件为Mg~Zn系合金时，在引入孪晶缺陷前和/或引入孪晶缺陷后对镁合金构件进行两级时效处理。
作为优选，所述镁合金构件中各元素质量百分比为： Zn、5.5~6.5%，Zr或Mn、0.5~0.8%，余量为Mg和不可避免的杂质；所述增塑工艺步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为20~25℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为4~5%，然后将冷压完成后的构件置于温度为110~120℃的氛围中进行一级时效处理4~8h，再将其置于温度为180~190℃的氛围中进行二级时效处理12~30h，二级时效处理完成后进行强风冷却。
作为优选，所述镁合金构件中各元素质量百分比为:Gd、2~10%，Y、1~4%，Zr或Mn、0.2~1%，余量为Mg和不可避免的杂质；所述增塑工艺步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为10~30℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为3~10%，然后将冷压完成后的构件置于温度为100~220℃的氛围中进行时效处理4~30h，时效处理完成后进行强风冷却。
有益效果：本发明通过在镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，并对镁合金构件进行时效处理，使得镁合金构件的强度和塑性得到同步提高，解决了传统热处理工艺强度增加但塑性下降的难题；经本发明处理后的镁合金构件室温下的抗拉强度可达411-512MPa，断后伸长率可达14-17%，表面粗糙度等级可达IT8-IT10级，为镁合金构件的拓展应用提供了更多的可能；此外，本发明工艺操作简单，易于实施，适合于工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些简单的或者原理相同的替换或调整，均在本发明的保护范围之内。
一种镁合金构件（Mg-7.6Al-0.4Zn-0.5Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先对精密成形的Mg-7.6Al-0.4Zn-0.5Mn合金构件在400℃的氛围中保温2h进行固溶处理，然后将其在100℃的氛围中保温8h，再将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量为7%，最后将冷压完成后的构件置于180℃的氛围中保温16h进行时效处理，时效完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为411MPa，断后伸长率为16.0%，构件表面粗糙度等级为IT9级。
实施例2
一种镁合金构件（Mg-9.3Al-0.6Zn-0.3Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先对精密成形的Mg-9.3Al-0.6Zn-0.3Mn合金构件在420℃的氛围中保温2h进行固溶处理，然后将其在130℃的氛围中保温3h，再将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量为6%，最后将冷压完成后的构件置于170℃的氛围中保温20h进行时效处理，时效完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为428MPa，断后伸长率为15%，构件表面粗糙度等级为IT8级。
实施例3
一种镁合金构件（Mg-8.2Al-0.7Zn-0.2Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先对精密成形的Mg-8.2Al-0.7Zn-0.2Mn合金构件在400℃的氛围中保温1.5h进行固溶处理，然后将其在110℃的氛围中保温6h，再将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量为4%，最后将冷压完成后的构件置于200℃的氛围中保温10h进行时效处理，时效完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为415MPa，断后伸长率为15.5%，构件表面粗糙度等级为IT9级。
实施例4
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：首先对精密成形的Mg-8.5Gd-4.5Y-1.0Zn-0.6Zr合金构件在500℃的氛围中保温1h进行固溶处理，然后将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量控制为6%，再对冷压完成后的构件依次进行两级时效处理，一级时效处理过程中的温度控制为110℃、时间控制为12h，二级时效处理过程中的温度控制为190℃、时间控制为30h，时效完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为512MPa，断后伸长率为13%，表面粗糙度为IT8级。
实施例5
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：首先对精密成形的Mg-5Gd-2Y-0.8Zn-0.7Mn合金构件在490℃的氛围中保温1h进行固溶处理，然后将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量控制为10%，再对冷压完成后的构件依次进行两级时效处理，一级时效处理过程中的温度控制为130℃、时间控制为30h，二级时效处理过程中的温度控制为230℃、时间控制为18h，时效完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为479MPa，断后伸长率为15.3%，表面粗糙度为IT9级。
实施例6
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：首先对精密成形的Mg-9.2Gd-4.0Y-1.5Zn-0.6Zr合金构件在510℃的氛围中保温2h进行固溶处理，然后将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量控制为5%，再对冷压完成后的构件依次进行两级时效处理，一级时效处理过程中的温度控制为100℃、时间控制为20h，二级时效处理过程中的温度控制为200℃、时间控制为24h，时效完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为496MPa，断后伸长率为14.5%，表面粗糙度为IT8级。
实施例7
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：首先将Mg-6.2%Zn-1.0Y-0.4Nd-0.2La-0.5Zr合金构件（其强度为428Mpa、断后伸长率为9.8%）置于110℃的氛围中进行一级时效处理6h，再将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量控制为6%，最后将冷压完成后的构件置于200℃的氛围中保温12h进行二级时效处理，二级时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为450MPa，断后伸长率为14%。
实施例8
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：首先将Mg-5.8%Zn-1.3Y-0.2-0.9Nd-0.3La-0.6Mn合金构件（其强度为435Mpa、断后伸长率为9.3%）置于80℃的氛围中进行一级时效处理8h，再将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量控制为8%，最后将冷压完成后的构件置于170℃的氛围中保温20h进行二级时效处理，二级时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为448MPa，断后伸长率为15.1%。
实施例9
一种镁合金构件的增塑工艺，步骤包括：首先将Mg-5.6Zn-0.7Y-1.0%Nd-0.6La-0.6Zr合金构件（其强度为438Mpa、断后伸长率为8.2%）置于120℃的氛围中进行一级时效处理4h，再将其置于温度为常温的模具中冷压，冷压后的总变形量控制为5%，最后将冷压完成后的构件置于150℃的氛围中保温30h进行二级时效处理，二级时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为454MPa，断后伸长率为14.6%。
实施例10
一种镁合金构件（Mg-6Zn -0.3Zr-0.3Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为23℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为4.5%，然后将冷压完成后的构件置于温度为110℃的氛围中进行一级时效处理6h，再将其置于温度为185℃的氛围中进行二级时效处理20h，二级时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为436MPa，断后伸长率为15.6%。
实施例11
一种镁合金构件（Mg-5.5Zn -0.8Zr合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为20℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为4%，然后将冷压完成后的构件置于温度为120℃的氛围中进行一级时效处理8h，再将其置于温度为190℃的氛围中进行二级时效处理30h，二级时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为423MPa，断后伸长率为15.2%。
实施例12
一种镁合金构件（Mg-6.5Zn -0.5Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为25℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为5%，然后将冷压完成后的构件置于温度为115℃的氛围中进行一级时效处理4h，再将其置于温度为180℃的氛围中进行二级时效处理12h，二级时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为414MPa，断后伸长率为15.9%。
实施例13
一种镁合金构件（Mg-7.3Gd - 3.1Y -0.8Zr -0.5Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为20℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为7%，然后将冷压完成后的构件置于温度为150℃的氛围中进行时效处理17h，时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为482MPa，断后伸长率为14.4%。
实施例14
一种镁合金构件（Mg-10Gd - 4Y -0.2Mn合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为30℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为7%，然后将冷压完成后的构件置于温度为220℃的氛围中进行时效处理4h，时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为497MPa，断后伸长率为14.2 %。
实施例15
一种镁合金构件（Mg-2Gd - 1Y - Zr合金构件）的增塑工艺，步骤包括：首先将镁合金构件置于温度为10℃的模具中冷压使镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为3%，然后将冷压完成后的构件置于温度为100℃的氛围中进行时效处理30h，时效处理完成后进行强风冷却。结束后对构件进行力学性能测试，经测，该构件的抗拉强度为486MPa，断后伸长率为14.5 %。
由实施例可知，通过在镁合金构件的组织内引入孪晶缺陷，并对镁合金构件进行时效处理，使得镁合金构件的强度和塑性得到同步提高，解决了传统热处理工艺强度增加但塑性下降的难题；处理后的镁合金构件室温下的抗拉强度可达411-512MPa，断后伸长率可达14-17%，表面粗糙度等级可达IT8-IT10级，为镁合金构件的拓展应用提供了更多的可能；此外，该工艺操作简单，易于实施，适合于工业化大规模生产。
Claims (3)
1.一种镁合金构件的增塑工艺，其特征在于，步骤包括：
首先将Mg-6.2%Zn-1.0%Y-0.4%Nd-0.2%La-0.5%Zr合金构件置于110℃的氛围中进行一级时效处理6h，再将其置于温度为常温的模具中冷压以实现在合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为6%，最后将冷压完成后的构件置于200℃的氛围中保温12h进行二级时效处理，二级时效处理完成后进行强风冷却。
2.一种镁合金构件的增塑工艺，其特征在于，步骤包括：
首先将Mg-5.8%Zn-1.3%Y-0.2%~0.9%Nd-0.3%La-0.6%Mn合金构件置于80℃的氛围中进行一级时效处理8h，再将其置于温度为常温的模具中冷压以实现在合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为8%，最后将冷压完成后的构件置于170℃的氛围中保温20h进行二级时效处理，二级时效处理完成后进行强风冷却。
3.一种镁合金构件的增塑工艺，其特征在于，步骤包括：
首先将Mg-5.6%Zn-0.7%Y-1.0%Nd-0.6%La-0.6%Zr合金构件置于120℃的氛围中进行一级时效处理4h，再将其置于温度为常温的模具中冷压以实现在合金构件的组织内引入孪晶缺陷，冷压后的总变形量控制为5%，最后将冷压完成后的构件置于150℃的氛围中保温30h进行二级时效处理，二级时效处理完成后进行强风冷却。
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