CN1912167A - Mg－Al系合金的强磁场时效热处理方法 - Google Patents

Mg－Al系合金的强磁场时效热处理方法 Download PDF

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励志峰
董杰
曾小勤
蒋海燕
丁文江
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Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明涉及一种Mg－Al系合金的强磁场时效热处理方法，将铝含量在6～10wt％的可时效Mg－Al系合金固溶后，放入磁场强度为8～20特斯拉的匀强静磁场中进行时效处理，时效温度为160～230℃，时效时间为12～24小时。所述可时效Mg－Al系合金是待加工成工件的的原材料，或是已加工好的各类工件。本发明通过强磁场来抑制非连续析出在所有析出中所占的比例，增加连续析出的数量，同时增加二类和三类连续析出的比例，由此提高了Mg－Al系合金的性能。

Description

Mg-Al系合金的强磁场时效热处理方法
技术领域
本发明涉及一种Mg-Al系合金的强磁场时效热处理方法，通过在强磁场下对Mg-Al系合金进行一定温度和时间的时效处理，来提高Mg-Al系合金的强度。属于金属材料电磁场处理领域。
背景技术
Mg-Al系镁合金是目前研究开发的最成熟、应用最为广泛的镁合金，主要包括铸造镁合金AZ91、AZ63，和变形镁合金AZ80、AZ61、AZ31等，其中AZ91占现有镁合金应用量的80％左右。
研究表明，Mg-Al系合金时效强化作用有限，抗拉强度只能提高15％左右，这主要有几方面的原因：(1)析出相中非连续析出相的比重过大，非连续析出相多呈粗大的片状，弥散度低，间距较大，对材料的强化作用较小。(2)第一类析出相β-Mg17Al12(BCC结构)以镁基体的(0001)基面为惯习面，其轴线也与基面平行，不能有效地阻挡以基面为滑移面的位错滑移；而与基面垂直或成一定角度分布的第二、三类析出相能够有效阻碍位错的滑移，但是析出数量太少；(4)析出相板条太粗大，且间隔太宽(＞2000A)，以粒子-位错相互作用为机制的Orowan强化作用有限。虽然有报道提到AZ91在低温100℃时效硬度提高了80％，但是需要一年以上的时间，显然这是没有工业应用价值的。因此，开发新的Mg-Al合金处理工艺，大幅度提高其时效强度，并兼顾塑性，具有很重要的意义。
材料电磁过程-EPM(electromagnetic processing of materials)是指将磁流体力学-MHD(magneto hydrodynamics)与材料加工技术结合起来，在材料制备、加工和热处理过程中施加电磁场，从而实现对材料成形过程的控制及材料组织和性能的改善。经过多年的发展，目前已形成多学科交叉、应用领域广泛、工艺方法众多的一门边缘科学。目前，国内外对电磁场作用下材料的结晶凝固、塑性加工、对流传热、液体悬浮和固态相变等方面进行了广泛的探索性研究，取得了一些卓有成效的结果。电磁场尤其是强电磁场能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生巨大而深刻的影响，因此可以利用电磁场来调控材料固态相变过程中晶体生长的形态、大小、分布和取向等等，从而控制材料的组织，最终获得具有优良力学性能和物理性能。但是目前公开的文献中尚未见有利用电磁场进行镁合金时效处理的技术报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种Mg-Al系合金的强磁场时效热处理方法，通过强磁场来抑制非连续析出在所有析出中所占的比例，增加连续析出的数量，同时增加二类和三类连续析出的比例，由此来提高Mg-Al系合金的性能。
为实现这一目的，本发明提出的一种Mg-Al系合金的强磁场时效热处理方法，用于提高铝含量在6wt％～10wt％之间的可时效Mg-Al系合金的强度，如AZ61，AZ80，AZ91等镁合金，时效温度根据需要可在160℃～230℃之间根据对性能和成本的要求进行调整。选取一定的时效温度和时间进行时效热处理。
本发明的具体工艺如下：将待热处理的Mg-Al系合金固溶后，放入磁场强度为8～20T(特斯拉)的匀强静磁场中进行时效处理，时效温度为160～230℃，时效时间为12～24小时。
本发明所述待热处理的Mg-Al系合金可以是待加工成工件的的原材料，也可以是已加工好的各类工件。
对比不施加磁场的常规Mg-Al系合金的时效热处理工艺，本发明具有实质性的特点和进步。时效过程中添加强磁场能有效抑制合金中的原子扩散，在160℃到230℃的时效温度内，初期以非连续析出为主，此时原子的扩散能够减少非连续析出胞的体积。而在晶粒内部，扩散的减慢使得合金内部有更多的位置适于形成连续形核，即非连续析出的形核率增加，使得连续析出对位错的阻碍更加有效，时效效果增强。同时由于初期非连续析出所占的比例减少，非连续析出在最终合金中所占的比例减小，也从另一方面提高了时效的效果。
本发明的方法简单，容易操作，通过强磁场来抑制非连续析出在所有析出中所占的比例，增加连续析出的数量，同时增加二类和三类连续析出的比例，由此提高了Mg-Al系合金的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
本发明所述的Mg-Al系镁合金包括铸造镁合金AZ91、AZ63，和变形镁合金AZ80、AZ61、AZ31等。以下实施例采用的Mg-Al系镁合金牌号及技术参数不构成对本发明的技术方案的限定。
实施例1
取牌号为AZ91的铸造镁合金部件，420℃下固溶完全后，放入磁场强度为12特斯拉的匀强磁场中进行时效处理，时效温度为160℃，时效时间为24小时。时效后拉伸强度σb≥290Mpa，延伸率δ≥8％。
对照不施加磁场的常规时效热处理，拉伸强度σb从265Mpa提高到290Mpa以上，延伸率δ从5％提高到8％以上。
实施例2
取牌号为AZ91的铸造镁合金部件，420℃下固溶完全后，放入磁场强度为10特斯拉的匀强磁场中进行时效处理，时效温度为200℃，时效时间12小时。拉伸强度σb≥290Mpa，延伸率δ≥6.5％。
实施例3
取牌号为AZ80的镁合金挤压部件，直接放入磁场强度为10特斯拉的匀强磁场中进行时效处理，时效温度为170℃，时效时间为20小时。拉伸强度σb≥350Mpa，延伸率δ≥8％。

Claims (2)

1、一种Mg-Al系合金的强磁场时效热处理方法，其特征在于将铝含量在6～10wt％的可时效Mg-Al系合金固溶后，放入磁场强度为8～20特斯拉的匀强静磁场中进行时效处理，时效温度为160～230℃，时效时间为12～24小时。
2、根据权利要求1的Mg-Al系合金的强磁场时效热处理方法，其特征在于所述可时效Mg-Al系合金是待加工成工件的的原材料，或是已加工好的各类工件。
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