CN104152826B - 一种Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的热处理方法，将稀土镁合金铸锭进行热挤压工艺，挤压温度340℃±5℃，挤压比5~7，挤压后空冷至室温；将挤压后的变形材进行热处理：首先在402℃~408℃保温5~7h，空冷至室温；再在180℃~190℃保温18~19h，最后进行空冷；所述的Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金，各元素占总重量百分比为：Al为8.3~9.7%，Zn为0.37~1.0%，稀土元素Y的重量百分比为1.85%~1.95%，余量为Mg。本发明结合热挤压工艺和热处理，经上述热处理后，挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金中的β-Mg17Al12强化相在晶内和晶界均有弥散分布，析出相更加均匀细小，生成的稀土相Al2Y呈现边角钝化，且主要分布在晶内，从而使力学性能显著提升。
Description
技术领域
本发明属于镁合金加工技术领域。
背景技术
镁合金因具有密度小，比强度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点，在实际应用中是典型的轻质金属材料，在汽车、通讯和航天工业中有良好的发展空间。但由于镁合金的加工成形性能差、弹性模量低、抗蠕变性和高温时强度差以及凝固时收缩率高等缺点，又会导致镁合金的应用受到局限性。
近年来，将稀土元素引入镁合金来改善镁合金的性能得到了广泛的关注。稀土对镁合金是一种优良的增强元素，具体作用包括：熔体净化作用，增强流动性作用，细晶强化作用，固溶强化作用和时效强化作用。大部分稀土元素具有与Mg同为密排六方结构、原子半径相近、晶格类型相似，能够固溶于ɑ-Mg中引起晶格畸变等一系列的强化方式来提高稀土镁合金的强度、硬度等性能，使稀土镁合金的使用范围全面升级，同时还能够改善稀土镁合金的微观组织，细化晶粒；在时效处理时，稀土元素硬化及强化效果显著，并且可形成稀土相首先弥散析出，大大提升了稀土镁合金的力学性能。添加适量稀土元素是因为随着稀土元素含量进一步增多，其极限抗拉强度不再提高，反而下降。这是由于稀土元素的过量加入，不仅会使合金组织合并长大，降低材料的力学性能，还会影响稀土镁合金的正常使用。
浇注工艺完成后，稀土镁合金铸锭由于其凝固时收缩率高产生大量铸造缺陷，严重情况下可能导致工件报废。为了减少铸造缺陷，可以采用热挤压工艺，即将毛坯加热到再结晶温度以下后再进行挤压处理。热挤压能提升工件紧实率，大幅度降低因铸造工艺遗留的缺陷，并一定程度减小材料晶粒尺寸，使变形材具有一定的变形储存能，即位错缠结产生应力集中，同时，能形成等轴晶粒且均匀分布，从而提升工件的力学性能。选择合适的挤压温度和挤压比对工件成形性能有着重要的的影响，挤压温度需低于合金再结晶温度，但挤压温度过低会因为不能变形完全导致成形性能差而影响下一步工艺的效果；挤压比是根据合金的塑性变形能力而定的，挤压比过高会导致变形材残留大量应力缺陷，导致工件失效，挤压比过低会降低工件成形性能。
镁合金在加入适量稀土元素Y，再经过热挤压工艺后，获得的挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的力学性能获得明显改善，但微观组织结构并不足够细小且分布均匀。为了改善微观组织结构形态分布，可对其进行热处理， 从而进一步提升工件力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的热处理方法。本发明方法将热挤压工艺与热处理相结合，可显著改善合金的力学性能。
本发明所述的Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金，其中各元素占总重量百分比为：Al为8.3~9.7%，Zn为0.37~1.0%，稀土元素Y的重量百分比为1.85%~1.95%，余量为Mg。
本发明所述的Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的热处理方法。其特征在于：将Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金铸锭进行热挤压工艺，挤压温度340℃±5℃，挤压比5~7，挤压后空冷至室温；将挤压后的变形材进行热处理：首先在402℃~408℃保温5~7h，空冷至室温；再在180℃~190℃ 保温18~19h ，最后进行空冷。与传统镁合金相比，本发明的技术效果是：
添加适量稀土元素Y到Mg-Al-Zn合金中，生成圆球状的Al2Y颗粒，这种新的稀土相在合金凝固的时候先一步结晶析出，能作为ɑ-Mg基体和β-Mg17Al12相的形核剂，促进晶核的形成或处于结晶前沿导致阻碍树枝晶组织继续长大，最后达到细化镁合金组织的效果；析出的这种稀土相是高热稳定相，提高了合金的高温强度及蠕变抗力；稀土元素Y使连续网状分布的树枝晶β相逐渐转变为完全断裂的细小等轴晶组织，提升了合金的力学性能。
在热处理过程中，固溶处理后ɑ-Mg过饱和固溶体中的β相析出速率减慢，即延迟了合金达到时效峰的时间，这是因为在原位反应生成稀土相后消耗了稀土镁合金中的Al含量，故损失了部分β强化相。工件经过热挤压工艺后，会存储大量变形能，为二次相析出提供充足的驱动力，因此弥补了因稀土元素Y的加入导致的时效峰的延迟的现象。稀土Y能够使再结晶温度升高来减慢再结晶速度，有效改善合金显微组织，提升材料力学性能。
固溶处理阶段，组织内几乎完全形成过饱和的ɑ-Mg固溶体，低温时效阶段，过饱和ɑ-Mg固溶体内会二次析出β相平衡相。对比经过固溶时效处理的铸造镁合金，其β相析出量在Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金达到时效峰时并未达到完全析出，且析出强化相的成分不均匀，晶界处存在无析出带，属于非连续脱溶，不利于合金的力学性能；而Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金中的β相在晶界处表现为断网状分布，在晶粒内部则是细小弥散分布的点状颗粒，这对于合金的组织力学性能有加强作用。固溶于ɑ-Mg基体中的Al与Y生成的稀土化合物相在晶内或晶界会首先析出，作为基体相的异质形核中心，促进稀土镁合金组织细化，增加晶核的数量，起到细晶强化作用，且稀土相呈现边角钝化，从而提升材料力学性能。热处理后，可达到的合金最大抗拉强度为386.71MPa，最大延伸率为12.8%，最大硬度为106.48HV。
由于热处理将二次相析出均匀分布在晶内和晶界处，增强对位错运动的阻碍作用，从而阻碍晶内滑移和晶界滑移，提升挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的承载能力和变形抗力，使合金磨损率有所降低，从而提升材料耐磨性。
附图说明
图为本发明实施例2所述的条件下挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的微观组织图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施实例作进一步说明，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施实例。
实施例1。
将Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金铸锭进行热挤压，挤压温度335℃，挤压比5:1；将挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金在402℃保温5h，然后空冷至室温；再将其在180℃保温18h，最后进行空冷。经上述热处理后，挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的抗拉强度为376.09MPa，延伸率为11.6%，硬度为98.86HV。
实施例2。
将Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金铸锭进行热挤压，挤压温度340℃，挤压比5:1；将挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金在405℃保温6h，然后空冷至室温；再将其在190℃保温19h，最后进行空冷。经上述热处理后，挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的抗拉强度为386.67MPa，延伸率为12.8%，硬度为106.48HV。
实施例3。
将Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金铸锭进行热挤压，挤压温度345℃，挤压比6:1；将挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金在408℃保温7h，然后空冷至室温；再将其在190℃保温18h，最后进行空冷。经上述热处理后，挤压态Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的抗拉强度为380.26MPa，延伸率为12.3%，硬度为102.39HV。
从实施例2中的工件取样，经打磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察合金显微组织，如附图所示。从附图中可以看出，经上述热处理后，合金中β相的形态和分布明显改善，在晶内和晶界均有弥散分布，析出相更加均匀细小；生成的稀土化合物相边角钝化，且主要分布在晶内。
Claims (1)
1.一种Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金的热处理方法，其特征是将稀土镁合金铸锭进行热挤压工艺，挤压温度340℃±5℃，挤压比5~7，挤压后空冷至室温；将挤压后的变形材进行热处理：首先在402℃~408℃保温5~7h，空冷至室温；再在180℃~190℃
保温18~19h ，最后进行空冷；
所述的Mg-Al-Zn-Y稀土镁合金，各元素占总重量百分比为：Al为8.3~9.7%，Zn为0.37~1.0%，稀土元素Y的重量百分比为1.85%~1.95%，余量为Mg。
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