CN111719099A - 基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法 - Google Patents

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邹波
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Abstract

本发明公开了一种基于预变形的Mg‑RE合金时效组织调控方法，对镁合金铸锭采用固溶+轧制+时效处理的时效组织调控方法，通过时效前轧制产生的孪晶和残余应力改变和调控时效过程相的析出行为：变形产生的孪晶处形核析出非均匀析出相，且非均匀析出相沿孪晶分布构成亚晶界，利用这一特点通过控制轧制工艺调控孪晶从而达到调控亚晶界的目的；轧制后的残余应力使基体能量提高，时效过程均匀形核所需能量降低，形核率提高，从而使均匀析出相得到细化。本发明有效地调控了时效组织，合金过时效性能较常规热处理提高10％以上，且调控方法简单，易于工业化应用。

Description

基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，具体涉及一种基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法。
背景技术
Mg-RE合金具有良好耐热性和优良的高温性能，能够在200～300℃温度下长期工作，在汽车、国防军工、航空航天及电子领域具有更为广泛的应用前景。采用固溶+时效的热处理工艺，是目前Mg-RE合金最为常规和有效的强化方式之一。在时效处理过程，Mg-RE合金析出相按形核析出条件可以分为两种相：在镁基体中均匀形核析出的细小的均匀相和在孪晶、位错等缺陷位置优先形核析出的非均匀析出相。而当前的处理工艺只追求析出相的均匀、细小弥散，均忽视了对非均匀析出行为的研究和应用，与之相关的基于非均匀相的时效组织设计及调控也尚处于空白，这限制了镁合金的力学性能提高及进一步发展和应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，解决现有处理工艺只优化均匀析出相组织，限制了合金力学性能的提高及发展应用的问题。
技术方案：本发明所述的基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，包括以下步骤(1)将Mg-RE铸态合金在525℃下固溶处理4-8h，固溶处理后，在60-80℃的水中淬火，固溶后进行淬火的间隔时间≤10s；
(2)进行不同压下量的小变形轧制处理。
(3)在250℃下进行时效处理；
其中，所述步骤(1)中Mg-RE铸态合金的成分以质量百分比具体包括：Y 4.17％，Nd2.17％，Zr 0.42，其余为Mg及不可去除的杂质元素，不可去除的杂质元素的总量≤0.6％。
所述步骤(1)中固溶处理是在放入硫粉和硫铁矿的箱式电阻炉中进行。
所述步骤(2)中轧制处理轧制温度为室温，线速度为2-17m/min，压下量范围为0-15％，其中10-15％压下量分两道次轧制，小于10％压下量为一道次轧制。
所述步骤(3)中时效处理的时间为1-1.5h。
有益效果：本发明增加轧制这一时效前预变形工序，通过时效前轧制产生的孪晶和残余应力改变和调控时效过程相的析出行为：变形产生的孪晶处形核析出非均匀析出相，且非均匀析出相沿孪晶分布构成亚晶界，利用这一特点通过控制轧制工艺调控孪晶从而达到调控亚晶界的目的；轧制后的残余应力使基体能量提高，时效过程均匀形核所需能量降低，形核率提高，从而使均匀析出相得到细化。本发明中时效组织设计和调控时兼顾了均匀析出相和非均匀析出相，通过均匀析出相细化和非均匀析出相形成的亚晶界来起到强化合金的作用，进一步提高了合金力学性能。
附图说明
图1为WE43镁合金铸态和固溶态SEM形貌；
图2为固溶态合金经不同压下量轧制后的金相显微组织；
图3为不同压下量轧制合金的时效硬化曲线；
图4为不同压下量的过时效态SEM形貌；
图5为不同压下量轧制合金的过时效态拉伸性能。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
本发明公开的基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，具体包括以下：
(1)选取铸锭切割成100*100*8mm的厚板，铸锭为Mg-RE铸态合金，具体成分为：Y4.17％，Nd 2.17％，Zr 0.42，其余为Mg及不可去除的杂质元素，不可去除的杂质元素的总量≤0.6％。；
(2)将上述试样置于放入硫粉和硫铁矿的箱式电阻炉中在固溶温度525±5℃下对试样进行4-8h的固溶处理，保证铸锭中共晶相基本消融；固溶处理结束后，在60-80℃温水中淬火，淬火间隔时间≤10s，防止稀土元素脱溶，对合金的铸态和固溶态进行了SEM测试，结果如图1所示，从图1中可以明显看出经固溶处理后共晶相基本完全消融，未发现明显的脱溶析出相，表明该固溶工艺达到了理想的固溶效果。
(4)对固溶处理后的厚板进行上下表面打磨清理，去掉表面的杂质及氧化物，之后在轧机上进行室温轧制，线速度为9m/min。由于Mg-Y-Nd合金室温塑性较差，为了保证轧制处理过程材料不会产生裂纹等破坏，总压下量要不超过15％，其中10-15％压下量分两道次轧制，小于10％压下量为一道次轧制。从图2所示的不同压下量轧制后的金相显微组织可以看出，随着压下量的增加，轧制产生的孪晶增多，晶粒内由同一方向的孪晶向多方向交错孪晶发展；由于变形量较小，轧制对晶粒形状和尺寸未有明显影响。由此说明轧制工艺可以在一定程度上对固溶合金中孪晶进行调控。
(5)在250±2℃时效温度下，对未轧制和不同压下量轧制合金分别进行1h、2h、4h、8h、16h、24h、32h、64h、128h、256h不同时间的时效处理，进行维氏硬度测试并绘制时效硬化曲线，结果如图3所示，从图3可以看出轧制后峰时效时间由16h提前到1h，且随着变形量的增大不同时效时间下的硬度均得到提高。时效处理16h之后，合金呈现明显的时效软化现象，但64h后软化速率明显下降，合金性能基本趋于稳定；
考虑到Mg-Y-Nd合金的工作温度为250℃，其零件服役过程会继续高温自然时效，因此，在试样进行拉伸性能测试选择在时效处理128h的过时效合金板上取样。拉伸结果如图5所示，从图5可以看出本发明处理后的试样强度较常规处理试样抗拉强度提高15％以上，屈服强度提高10％以上，合金得到强化。结果也显示随着轧制变形量的增加，强度增加，但延伸率随之下降。综合考虑材料强度和塑性的综合性能，轧制压下量应控制在5-10％。
对不同预轧制变形进行128h过时效处理，SEM形貌如图4所示。从图中可以看出：与(a)图常规热处理过时效组织比较，经预轧制处理的过时效组织中均匀析出相得到显著的细化，且晶粒内非均匀析出相沿孪晶析出分布，形成亚晶界。结果表明，本发明基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法对时效组织的调控效果理想。

Claims (5)

1.一种基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，其特征在于，包括以下步骤
(1)将Mg-RE铸态合金在525±5℃下固溶处理4-8h，固溶处理后，在60-80℃的水中淬火，固溶后进行淬火的间隔时间≤10s；
(2)进行不同压下量的小变形轧制处理
(3)在250±2℃下进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，其特征在于，所述步骤(1)中Mg-RE铸态合金的成分以质量百分比具体包括：Y 4.17％，Nd 2.17％，Zr0.42，其余为Mg及不可去除的杂质元素，不可去除的杂质元素的总量≤0.6％。
3.根据权利要求1所述的基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，其特征在于，所述步骤(1)中固溶处理是在放入硫粉和硫铁矿的箱式电阻炉中进行。
4.根据权利要求1所述的基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，其特征在于，所述步骤(3)中轧制处理轧制温度为室温，线速度为2-17m/min，压下量范围为0-15％，其中10-15％压下量分两道次轧制，小于10％压下量为一道次轧制。
5.根据权利要求1所述的基于预变形的Mg-RE合金时效组织调控方法，其特征在于，所述步骤(3)中时效处理的时间为1-1.5h。
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