專利名稱：提高鎂合金強度和塑性的熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鎂合金材料的一種熱處理工藝，特別涉及同時提高鎂合金材料強度和 塑性的熱處理工藝方法。
背景技術：
鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、阻尼減振降噪能力強、電磁屏蔽性能優(yōu) 良、液態(tài)成型性能優(yōu)越、鑄造與切削性能優(yōu)異、資源豐富、可以回收利用等優(yōu)點，越來越受到 人們的重視，被譽為是“21世紀綠色工程材料”，在汽車、摩托車、3C產(chǎn)品、航空航天及國防 軍工等領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景，已逐漸發(fā)展為繼鋼鐵和鋁合金之 后的第三大金屬材料。然而，目前在我國鎂合金的應用遠不如同期發(fā)現(xiàn)的鋁合金那么廣泛，究其原因則 主要是由于目前的鎂合金(1)絕對強度仍然偏低，尤其是高溫力學性能較差，當溫度升 高時，它的強度和抗蠕變性能往往大幅度下降；(2)室溫塑性低、變形加工能力較差。改善 鎂合金的強度和塑性已經(jīng)成為其規(guī)模應用中急需解決的關鍵問題之一。強度和塑性是金屬 材料的兩個最基本力學性能參數(shù)，兩者均受位錯機制所主導，強度增加往往會伴隨著塑性 下降，因此，如何同時提高鎂合金材料的強度和塑性是人們一直關注的難題。合金化與嚴重塑性變形法是鎂合金材料領域最常用的兩種改善鎂合金室溫力學 性能的方法，能夠在一定程度上使鎂合金的力學性能得到提升，然而同時存在局限性。合金 化主要是通過第二相強化和細晶強韌化，但添加的元素多為Y、GcUEr等，它們的價格昂貴， 使得制備這些鎂合金的成本顯著增加，不適合于工程實際應用；等通道擠壓等嚴重塑性變 形法可大幅度細化鎂合金晶粒尺寸，然而由于鎂合金塑性變形能力較差，嚴重塑性變形法 存在對模具要求較高、變形工藝較復雜、容易導致材料開裂等問題。熱處理是一種提高金屬材料綜合力學性能的常用工藝之一。人們利用退火、 固溶與時效處理等強化或韌化不同體系鎂合金，但強度和塑性一般不能同時提高。如 CN101348890A (專利號為200810070113. 3)公開一種“提高高強度變形鎂合金阻尼性能的 熱處理工藝”，對擠壓變形后的AZ61鎂合金進行固溶+時效處理，其屈服強度和抗拉強度上 升 20-30 MPa，而延伸率從 13. 7% 減小為 12%。Hongmei Chen 等(文獻 1 :Hongmei Chen et al. . Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of twin roll cast and sequential warm rolled ZK60 alloy sheets. Journal of Alloys and Compounds. 2009, 476: 324-328.)研究了不同熱處理工藝對ZK60鎂合金組織結構和 力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)軋制態(tài)ZK60鎂合金經(jīng)固溶+時效處理后，延伸率從8. 3%提升至16%， 強度卻下降了約25-40 MPa。目前商用的高強變形鎂合金主要是指Mg-Zn-&系合金，其最大特點是強度較高， 一般在320-340 MPa，但室溫塑性相對較低，限制了其應用范圍。目前絕大部分關于熱處理 工藝的研究工作集中在擠壓、軋制、鍛造變形后的Mg-Zn-&鎂合金，而對鑄態(tài)Mg-Zn-&鎂合金的熱處理工藝優(yōu)化研究較少。有鑒于此，本發(fā)明考慮從Mg-Zn-&鎂合金入手，通過合適的熱處理工藝來同時提 高鑄態(tài)Mg-Zn-&鎂合金的強度和塑性，為塑性變形后獲得高強高韌變形鎂合金材料打下 基礎，為發(fā)展高性能鎂合金提高一種新的思路，以推動鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種同時提高鎂合金材料強 度及塑性的熱處理工藝方法。經(jīng)過所述熱處理工藝，可明顯提高鎂合金的屈服強度、抗拉強 度和延伸率，成功解決了鎂合金強度和塑性的矛盾。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種同時提高鎂合金屈服強度、抗拉強度和塑性的 熱處理工藝，其具體工藝過程為將利用半連續(xù)鑄造工藝制備的鎂合金鑄錠在380-400 0C 固溶，保溫8-10小時，水淬冷卻至室溫，之后再加熱至150-200 0C時效處理，保溫15-30小 時，空冷至室溫。相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1.本發(fā)明提高鎂合金材料的屈服強度、抗拉強度和塑性效果明顯鑄態(tài)鎂合金通過本 發(fā)明所述的熱處理工藝，強度和塑性得到提高，其中屈服強度與抗拉強度增加20-25 MPa, 延伸率從15%上升至22%，為生產(chǎn)高強高韌的鎂合金產(chǎn)品打下堅實基礎。2.與本發(fā)明相近的熱處理工藝一般不能同時明顯提高強度(包括屈服強度與抗 拉強度)和塑性，而本發(fā)明提供的熱處理優(yōu)化工藝成功使得鑄態(tài)鎂合金的室溫屈服強度、抗 拉強度和塑性均得以顯著增加，具有工程實際和科學理論價值。3.本發(fā)明適用面廣可用于多種牌號的商用鎂合金體系(如ZK系或AZ系等)。4.本發(fā)明成本低所采用的熱處理爐為常用設備，工藝簡單成熟，易于操作，故成 本低。


圖1為Mg-Znlr鎂合金鑄態(tài)組織的典型金相照片；
圖2為Mg-Znlr鎂合金鑄錠，經(jīng)400 0C固溶處理10小時，水淬至室溫，然后再經(jīng)150 0C時效15小時，空冷后的掃描組織照片；
圖3為Mg-Znlr鎂合金鑄錠，經(jīng)400 0C固溶處理10小時，水淬至室溫，然后再經(jīng)150 0C時效30小時，空冷后的掃描組織照片；
圖4為Mg-Znlr鎂合金鑄錠，經(jīng)400 0C固溶處理10小時，水淬至室溫，然后再經(jīng)200 0C時效15小時，空冷后的掃描組織照片；
圖5為不同狀態(tài)Mg-Znlr鎂合金的室溫拉伸應力-應變曲線。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，應說明的是，這些實施例是用于說 明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍并不限于以下的實施例。
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實施例1
一種同時提高鎂合金強度和塑性的熱處理工藝方法，該熱處理工藝包括以下步驟
(1)采用的鎂合金原料使用普通商用Mg-Zn-&鎂合金鑄錠為原料，合金成分(質(zhì)量百 分含量)為6. 37%Zn，0. 53%Zr，F(xiàn)e、Si、Ni、Cu 等雜質(zhì)元素為 0. 0101%，其余為 Mg ；
(2)固溶處理工藝將半連續(xù)制備的鎂合金鑄錠在400°C固溶處理，保溫10小時，水淬 冷卻至室溫；
(3)時效處理工藝將固溶處理后的鎂合金在150°C時效，保溫15小時，然后空冷至室圖1是ZK60鎂合金鑄態(tài)組織，從圖中可以看出，大量粗大的共晶組織分布在晶界 附近，材料的組織結構存在明顯不均勻性。拉伸試驗(圖5)表明，鑄態(tài)Mg-Zn-&鎂合金在 室溫下的屈服強度為125MPa，抗拉強度為261MPa，延伸率為15%。圖2為ZK60鎂合金固溶+時效處理后的掃描電鏡組織照片，可以看到，粗大共晶 組織已經(jīng)完全消失，晶粒相對于鑄態(tài)有所粗化，晶界變得細小，同時在晶界附件存在較多的 析出顆粒，能譜和XRD分析表明這些析出物主要為MgZn和MgZn2相。熱處理后Mg-Znlr鎂 合金的力學性能在一定程度上得到改善，屈服強度、抗拉強度分別為129 MPa,277 MPa，延 伸率為20%。實施例2
采用與實施例1相同的鎂合金原料、鎂合金固溶工藝，且工藝參數(shù)完全相同。固溶處理 之后同樣進行150 0C時效處理，所不同的是保溫時間延長至30小時，最后空冷至室溫。經(jīng)過實施例2處理的Mg-Zn-&鎂合金顯微組織結構掃描照片如圖3所示，大量細 小的析出相(MgZn和MgZn2)顆粒較為均勻地分布在晶粒內(nèi)部或晶界周圍，析出相密度明顯 高于實施例1中的鎂合金，然而其晶粒尺寸與實施例1相當。本實施例鎂合金綜合力學性能 進一步改善，拉伸應力-應變曲線如圖5所示，屈服強度為141 MPa，抗拉強度為283 MPa, 拉伸延伸率高達22%。實施例3
采用與實施例1和2相同的鎂合金原料、鎂合金固溶工藝，且工藝參數(shù)完全相同。固溶 處理之后同樣進行時效處理，所不同的是工藝參數(shù)變?yōu)?00 0C時效，保溫15小時，最后空
冷至室溫。本實施例中Mg-Zn-&鎂合金的掃描顯微組織照片如圖4所示，鑄態(tài)的粗大共晶組 織已溶解，其晶粒與圖2、3差別不大，說明時效溫度從150 °C升高至200 °C對鎂合金的晶 粒尺寸無明顯影響。同樣有高密度的析出相分布在材料中，起到強化作用，最終本實施例中 鎂合金的屈服強度為143 MPa，抗拉強度為280 MPa，延伸率為17%。 表1上述實施例中Mg-Znlr鎂合金強度和延伸率比較
權利要求
1.一種提高鎂合金強度和塑性的熱處理工藝，其特征在于將利用半連續(xù)鑄造工藝 制備的鎂合金鑄錠在360-400 0C固溶，保溫8-12小時，水淬冷卻至室溫，之后再加熱至 150-200 0C時效處理，保溫15-30小時，空冷至室溫。
2.權利要求1所述提高鎂合金強度和塑性的熱處理工藝，其特征在于其特征在于，鎂 合金為Mg-Zn-Zr系，各組分質(zhì)量百分比含量為=Zn 6. 2-6. 4% ；Zr 0. 5-0. 6%，不可避免的 Fe、Si、Cu、Ni 等雜質(zhì)0. 007-0. 01%;余量為 Mg。
全文摘要
本發(fā)明提供一種同時提高鎂合金強度和塑性的熱處理工藝，包括以下步驟將利用半連續(xù)鑄造工藝制備的鎂合金鑄錠在360-4000C固溶，保溫8-12小時，水淬冷卻至室溫，之后將經(jīng)過前述技術方案處理的鎂合金再加熱至150-2000C時效處理，保溫15-30小時，空冷至室溫。本發(fā)明能夠同時明顯地提高鎂合金材料的室溫屈服強度、抗拉強度和塑性，解決了鎂合金強度與塑性的矛盾。經(jīng)本發(fā)明所述熱處理工藝處理的鎂合金可為后續(xù)獲得高強度高塑性的變形鎂合金提供重要基礎，有利于充分挖掘材料的使用性能潛力。另外，本發(fā)明所用設備簡單，成本較低，且容易操作。
文檔編號C22F1/06GK102002654SQ20101058837
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者張丁非, 湯愛濤, 陳先華 申請人:重慶研鎂科技有限公司