CN111647833A - 一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法，属于镁合金的热处理技术领域。本发明使用高刚性、导热工装，高刚性可保证工装本身在热处理校形过程中不变形，易于严格控制应力释放过程中铸件的形变、进而严格控制铸件尺寸。导热可保证工装及铸件温度的均匀性、避免产生新的形变；脱装过程中如果温降过多，先脱装与后脱装部位温度的不一致以及应力状态的差异会导致铸件产生新的变形。本发明将温降控制在50℃和20℃，可防止新变形产生。

Description

一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法
技术领域
本发明涉及镁合金的热处理技术领域，尤其涉及一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法。
背景技术
镁合金是最轻的可用金属结构材料，具有低密度、高比强度、导热性好、减震能力强、易切削、可回收以及尺寸稳定等优点，在航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。
镁具有密排六方晶体结构，塑性变形能力差，铸造镁合金在大规格构件上应用广泛。然而铸件收缩会产生铸造应力，大尺寸铸件通常会发生严重变形。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法。本发明提供的热处理方法能够消除铸造应力造成的变形。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法，包括以下步骤：
对大尺寸卫星用镁合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行固溶处理和第一脱装，得到第一脱装后合金，所述第一脱装的温降不超过50℃；
将所述第一脱装后合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行时效处理和第二脱装，所述第二脱装的温降不超过20℃。
优选地，所述大尺寸卫星用镁合金包括以下质量百分比的成分：Al 8～8.5％，Zn0.4～0.6％，Mn 0.2～0.4％，Fe<0.03％，Si<0.2％，Ni<0.01％，Cu<0.1％，余量的Mg。
优选地，所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架或大尺寸卫星用镁合金动量轮底板。
优选地，所述大尺寸卫星用镁合金动量轮支架的规格为1389mm×1000mm×900m。
优选地，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架时，所述固溶处理为先升温至360～370℃，保温3h，然后升温至415～425℃，保温16～18h，最后将所得铸件随炉冷却至170～180℃后出炉并脱离，升温至360～370℃和415～425℃的升温速率独立地为15～20℃/min。
优选地，所述时效处理为先升温至175～195℃，保温16～17h，将所得铸件出炉后脱离，升温至175～195℃的升温速率为15～20℃/min。
优选地，所述第二脱装的温降不超过15℃。
优选地，所述大尺寸卫星用镁合金动量轮底板的规格为
Figure BDA0002607423000000021
优选地，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮底板时，所述固溶处理为先升温至360～370℃，保温2h，然后升温至410～420℃，保温8～12h，最后将所得铸件随炉冷却至185～195℃后出炉并脱离，升温至360～370℃和410～420℃的升温速率独立地为15～20℃/min。
优选地，所述时效处理为先升温至185～195℃，保温8h，将所得铸件出炉后脱离，升温至185～195℃的升温速率为15～20℃/min。
本发明提供了一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法，包括以下步骤：对大尺寸卫星用镁合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行固溶处理和第一脱装，得到第一脱装后合金，所述第一脱装的温降不超过50℃；将所述第一脱装后合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行时效处理和第二脱装，所述第二脱装的温降不超过20℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.使用高刚性导热工装。高刚性可保证工装本身在热处理校形过程中不变形，易于严格控制应力释放过程中铸件的形变、进而严格控制铸件尺寸。导热可保证工装及铸件温度的均匀性、避免产生新的形变。
2.脱装过程中如果温降过多，先脱装与后脱装部位温度的不一致与及应力状态的差异会导致铸件产生新的变形。本发明将温降控制在50℃和20℃以下，可防止新变形产生，同时通过优化热处理工艺提高铸件强度。
3.将第一脱装后合金和高刚性导热工装进行装配，使得第一脱装后合金在高应力作用下产生反变形，进而使铸件除去外力的作用与专用工装平面紧密贴合，获得铸件的高平面度。
4.在固溶处理的第一阶段，采用较高的升温速度(15～20℃/min)，使大尺寸卫星用镁合金和工装迅速贴合，先在较低温度下保温，可消减部分铸造应力，同时避免铸件开裂。本发明将升温速度控制在15～20℃/min，可在保证铸件在不开裂的前提下，将铸件和工装迅速贴合。
5.在固溶处理的第二阶段，采用较低的升温速度(15～20℃/min)，可保证工装和第一脱装后合金的温度均匀，避免产生新的变形；在较高温度下保温，可进一步消减铸造应力，易于严格控制铸件尺寸；同时可消除铸造过程中的微观偏析，获得过饱和固溶体、为后续时效处理做准备。本发明通过将第二阶段保温温度控制在15～20℃/min，可严格控制铸件尺寸，并消除微观偏析，进而提高了均匀性和稳定性。
附图说明
图1为实施例1中大尺寸卫星用镁合金动量轮支架的结构示意图；
图2为实施例2中大尺寸卫星用镁合金动量轮底板的结构示意图；
图3为动量轮支架铸件热处理前后的显微组织图，其中a)为动量轮支架铸件热处理前，即铸态的显微组织图，b)为动量轮支架铸件热处理后，即固溶时效后的显微组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法，包括以下步骤：
对大尺寸卫星用镁合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行固溶处理和第一脱装，得到第一脱装后合金，所述第一脱装的温降不超过50℃；
将所述第一脱装后合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行时效处理和第二脱装，所述第二脱装的温降不超过20℃。
本发明对所述高刚性导热工装的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的高刚性导热工装即可。
在本发明中，所述大尺寸卫星用镁合金优选包括以下质量百分比的成分：Al 8～8.5％，Zn 0.4～0.6％，Mn 0.2～0.4％，Fe<0.03％，Si<0.2％，Ni<0.01％，Cu<0.1％，余量的Mg。本发明对所述大尺寸卫星用镁合金的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得或市售商品即可。
在本发明中，所述大尺寸卫星用镁合金优选为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架或大尺寸卫星用镁合金动量轮底板。
在本发明中，所述大尺寸卫星用镁合金动量轮支架的规格优选为1389mm×1000mm×900m。
在本发明中，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架时，所述固溶处理优选为先升温至360～370℃，保温3h，然后升温至415～425℃，保温16～18h，最后将所得铸件随炉冷却至170～180℃后出炉并脱离，升温至360～370℃和415～425℃的升温速率独立地为15～20℃/min，更优选为先升温至365℃，保温3h，然后升温至420℃，保温17h，最后将所得铸件随炉冷却至175℃后出炉并脱离。
在本发明中，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架时，所述第一脱装的温降优选不超过35℃。
在本发明中，所述时效处理优选为先升温至175～195℃，保温16～17h，将所得铸件出炉后脱离，升温至175～195℃的升温速率优选为15～20℃/min，更优选为先升温至180℃，保温17h。
在本发明中，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架时，所述第二脱装的温降优选不超过15℃。
在本发明中，所述大尺寸卫星用镁合金动量轮底板的规格优选为
Figure BDA0002607423000000041
在本发明中，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮底板时，所述固溶处理优选为先升温至360～370℃，保温2h，然后升温至410～420℃，保温8～12h，最后将所得铸件随炉冷却至185～195℃后出炉并脱离，升温至360～370℃和410～420℃的升温速率独立地优选为15～20℃/min，更优选为先升温至3370℃，保温2h，然后升温至420℃，保温12h，最后将所得铸件随炉冷却至190℃后出炉并脱离。
在本发明中，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮底板时，所述第一脱装的温降优选不超过25℃。
在本发明中，所述时效处理优选为先升温至185～195℃，保温8h，将所得铸件出炉后脱离，升温至185～195℃的升温速率优选为15～20℃/min，更优选为先升温至190℃，保温8h。
在本发明中，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮底板时，所述第二脱装的温降优选不超过15℃，更优选不超过5℃。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的大尺寸卫星用镁合金的热处理方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将尺寸为1389mm×1000mm×900m的动量轮支架铸件(结构示意图如图1，镁合金包括以下质量百分比的成分：Al 8％，Zn 0.4％，Mn 0.2％，Fe 0.02％，Si 0.1％，Ni0.001％，Cu 0.08％，余量的Mg)与高刚性导热工装进行装配后进行固溶处理：首先升温(升温速率为15℃/min)至365℃，在365℃保温3h；然后升温(升温速率为15℃/min)至420℃，在420℃保温17h；最后将铸件和工装随炉冷却至175℃后出炉并迅速脱离，脱装后温降为35℃；将经过固溶处理的动量轮支架与高刚性导热工装进行高外力装配后进行时效处理：首先升温(升温速率为15℃/min)至180℃，在180℃保温17h，将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为15℃。取标样测得室温下抗拉强度282MPa，屈服强度164MPa，延伸率7.6％。
图3为动量轮支架铸件热处理前后的显微组织图，其中a)为动量轮支架铸件热处理前，即铸态的显微组织图，b)为动量轮支架铸件热处理后，即固溶时效后的显微组织图，由图3可知，热处理改善了铸态的显微组织，铸态共晶组织经过了热处理的调控优化，热处理后保留了颗粒增强相。即热处理提高了均匀性和稳定性。
实施例2
将尺寸为
Figure BDA0002607423000000051
的动量轮底板铸件(结构示意图如图2，镁合金包括以下质量百分比的成分：Al 8.5％，Zn 0.6％，Mn 0.4％，Fe 0.01％，Si0.15％，Ni0.007％，Cu 0.04％，余量的Mg)与高刚性导热工装进行装配后进行固溶处理：首先升温(升温速率为20℃/min)至370℃，在370℃保温2h；然后升温(升温速率为20℃/min)至420℃，并保温12h；最后将铸件和工装随炉冷却至190℃后出炉并迅速脱离，脱装后温降为25℃；将经过固溶处理的动量轮底板与高刚性易导热工装进行高外力装配后进行时效处理：首先升温(升温速率为20℃/min)至190℃，在190℃保温8h，将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为20℃。取标样测得室温下抗拉强度290MPa，屈服强度165MPa，延伸率7.2％。
实施例3
将尺寸为1389mm×1000mm×900m的动量轮支架铸件(Al 8.5％，Zn 0.6％，Mn0.4％，Fe 0.01％，Si 0.15％，Ni 0.007％，Cu 0.04％，余量的Mg)与高刚性导热工装进行装配后进行固溶处理：首先升温(升温速率为20℃/min)至360℃，在360℃保温3h；然后升温(升温速率为20℃/min)至415℃，在415℃保温18h；最后将铸件和工装随炉冷却至170℃后出炉并迅速脱离，脱装后温降为25℃；将经过固溶处理的动量轮支架与高刚性导热工装进行高外力装配后进行时效处理：首先升温(升温速率为20℃/min)至195℃，在195℃保温16h，将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为10℃。取标样测得室温下抗拉强度295MPa，屈服强度167MPa，延伸率7.5％。
实施例3
将尺寸为1389mm×1000mm×900m的动量轮支架铸件(Al 8.5％，Zn 0.6％，Mn0.4％，Fe 0.01％，Si 0.15％，Ni 0.007％，Cu 0.04％，余量的Mg)与高刚性导热工装进行装配后进行固溶处理：首先升温(升温速率为20℃/min)至370℃，在370℃保温3h；然后升温(升温速率为15℃/min)至425℃，在425℃保温16h；最后将铸件和工装随炉冷却至180℃后出炉并迅速脱离，脱装后温降为20℃；将经过固溶处理的动量轮支架与高刚性导热工装进行高外力装配后进行时效处理：首先升温(升温速率为20℃/min)至175℃，在175℃保温17h，将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为5℃。取标样测得室温下抗拉强度160MPa，屈服强度292MPa，延伸率7.6％。
实施例5
将尺寸为
Figure BDA0002607423000000061
的动量轮底板铸件(Al 8％，Zn 0.4％，Mn 0.2％，Fe 0.02％，Si 0.1％，Ni 0.001％，Cu 0.08％，余量的Mg)与高刚性导热工装进行装配后进行固溶处理：首先升温(升温速率为15℃/min)至360℃，在360℃保温2h；然后升温(升温速率为15℃/min)至410℃，并保温8h；最后将铸件和工装随炉冷却至185℃后出炉并迅速脱离，脱装后温降为50℃；将经过固溶处理的动量轮底板与高刚性易导热工装进行高外力装配后进行时效处理：首先升温(升温速率为15℃/min)至195℃，在195℃保温8h，将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为15℃。取标样测得室温下抗拉强度292MPa，屈服强度164MPa，延伸率7.1％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大尺寸卫星用镁合金的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
对大尺寸卫星用镁合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行固溶处理和第一脱装，得到第一脱装后合金，所述第一脱装的温降不超过50℃；
将所述第一脱装后合金与高刚性导热工装进行装配后依次进行时效处理和第二脱装，所述第二脱装的温降不超过20℃。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述大尺寸卫星用镁合金包括以下质量百分比的成分：Al 8～8.5％，Zn 0.4～0.6％，Mn 0.2～0.4％，Fe<0.03％，Si<0.2％，Ni<0.01％，Cu<0.1％，余量的Mg。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架或大尺寸卫星用镁合金动量轮底板。
4.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于，所述大尺寸卫星用镁合金动量轮支架的规格为1389mm×1000mm×900m。
5.根据权利要求3或4所述的热处理方法，其特征在于，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮支架时，所述固溶处理为先升温至360～370℃，保温3h，然后升温至415～425℃，保温16～18h，最后将所得铸件随炉冷却至170～180℃后出炉并脱离，升温至360～370℃和415～425℃的升温速率独立地为15～20℃/min。
6.根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于，所述时效处理为先升温至175～195℃，保温16～17h，将所得铸件出炉后脱离，升温至175～195℃的升温速率为15～20℃/min。
7.根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于，所述第二脱装的温降不超过15℃。
8.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于，所述大尺寸卫星用镁合金动量轮底板的规格为
Figure FDA0002607422990000011
9.根据权利要求3或8所述的热处理方法，其特征在于，当所述大尺寸卫星用镁合金为大尺寸卫星用镁合金动量轮底板时，所述固溶处理为先升温至360～370℃，保温2h，然后升温至410～420℃，保温8～12h，最后将所得铸件随炉冷却至185～195℃后出炉并脱离，升温至360～370℃和410～420℃的升温速率独立地为15～20℃/min。
10.根据权利要求9所述的热处理方法，其特征在于，所述时效处理为先升温至185～195℃，保温8h，将所得铸件出炉后脱离，升温至185～195℃的升温速率为15～20℃/min。
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