專利名稱：一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鎂合金加工技術領域，特別涉及一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方法。
背景技術：
鎂是密排六方晶體結構，室溫下只有基面滑移，塑性變形能力差，高于225'C棱面滑 移開動，塑性變形能力有所改善。隨著熱加工溫度的升高，流變應力下降，塑性增加。商 業(yè)高強度變形鎂合金通常是指ZK系即鎂-鋅-鋯合金，典型牌號如ZK60、 ZK61，該系合金 在人工時效過程中彌散析出MgZn化合物相，從而具有明顯的時效強化效果。但是這類合 金的塑性較差。為了獲得足夠的變形能力和變形加工量，這類高強度鎂合金往往需要在 40(TC左右以上的溫度進行擠壓、軋制，但是這樣的高溫易引起晶粒長大和析出相的粗化， 從而使合金強度和塑性下降，影響制品的使用性能或后續(xù)加工能力。

發(fā)明內容
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有效控制合金的組織結構， 達到充分發(fā)揮材料高強度的潛力、同時有效改善材料熱變形加工性能目的的高強度變形鎂 合金的熱加工工藝方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方 法，其特征在于，該工藝方法是根據(jù)鎂合金鑄錠中不同種類化合物相的穩(wěn)定性和不同的熱 力學、動力學特征，通過選擇合適的熱處理溫度和時間，控制化合物相的溶解以及脫溶析 出等過程來控制合金的組織結構，使合金在獲得高強度的同時，兼有優(yōu)良的塑性。
進一步，將鎂合金鑄錠在315 345。C范圍內進行10 20h的均勻化保溫，隨后隨爐冷卻 至室溫，消除偏析和控制未溶一次結晶相的體積分數(shù)，并使二次析出相充分均勻彌散析出； 然后，將均勻化退火以后的鑄錠再加熱，在390 41(TC下保溫30 90min;隨后即刻進行熱 加工，在高溫短時保溫過程中二次析出相重溶形成富溶質原子微區(qū)，并在隨后的加工過程 中動態(tài)析出高對稱形態(tài)的細小化合物。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果
1 )本發(fā)明提出將鎂合金鑄錠在低于共晶相溶解的臨界溫度和時間下進行均勻化處理, 以使固溶體成分均勻，并控制未溶一次結晶相的體積分數(shù)，均勻化后隨爐冷卻，使過飽和 固溶體充分脫溶分解；熱加工前將均勻化退火后的鑄錠在高于脫溶析出相重溶臨界溫度 30 50'C左右短時保溫，形成富溶質原子微區(qū)，以促進隨后熱加工過程中的動態(tài)析出。從 而使合金在獲得高強度的同時，兼有優(yōu)良的塑性。
2) 進一步，本發(fā)明提出將鎂合金鑄錠在315 345。C范圍內進行10 20h的均勻化保溫， 然后隨爐冷卻至室溫。高強度變形鎂合金中通常含有較多的合金元素如Zn，在鑄造過程中 容易形成偏析、非平衡低熔點共晶相以及合金化合物相等非平衡凝固組織。均勻化過程中， 非平衡相逐漸溶解、合金元素擴散均勻。均勻化溫度越高，上述過程進行得越快、越充分。 因此，隨著均勻化溫度升高和時間延長，未溶一次結晶相的數(shù)量減少。對密排六方結構的 鎂合金而言，單相固溶體高溫下變形組織易粗化、變形抗力高，當合金中存在一定尺寸、 間距和體積分數(shù)的第二相粒子時，可以改善合金的熱變形行為、降低流變應力。Zn的固溶 度隨溫度降低而急劇減小，均勻化后爐冷時從母相脫溶析出細棒狀MgZn化合物相，該相 有很大的析出傾向，在爐冷過程中可以充分發(fā)育長大，并均勻彌散分布于鎂基體中。
均勻化退火后的鎂合金鑄錠在390 41(TC短時保溫30 90min。在這樣的溫度下，均勻 化爐冷過程中析出的細棒狀MgZn化合物相將重新溶解于鎂基體中，短時的保溫使溶質原 子來不及擴散從而形成一些富溶質原子微區(qū)，在隨后的加工過程中，將以這些微區(qū)為形核 核心再次形成析出相。這種析出相由于是在變形過程中動態(tài)析出的，其與母相界面的原子 排列不斷變化，不易沿某一特定方向持續(xù)接納溶質原子而長大，因此與通常的細棒狀靜態(tài) 析出相不同，呈高對稱形態(tài)的細粒狀，尺寸在納米數(shù)量級。并且，這種動態(tài)析出組織非常 穩(wěn)定，晶粒和析出相不易長大和粗化。這樣的組織結構使合金不僅具有高的強度，而且兼 有優(yōu)良的塑性。
3) 經(jīng)本發(fā)明工藝方法得到的鎂合金制品，熱加工變形能力明顯改善，擠出順利，表 面光亮，無鈹褶和裂紋等缺陷。
4) 本發(fā)明高強度變形鎂合金熱加工的新工藝方法依據(jù)合金化合物的性質提出，不需額 外增添工序或設備，而側重于工藝的合理控制和工序之間的匹配性，易于實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模 生產(chǎn)。而且，本發(fā)明工藝方法應用范圍廣，適用于鎂-鋅基時效強化型鎂合金，尤其適合 于鋅含量》6. 0的ZK系高強度變形鎂合金。
具體實施方式
在本發(fā)明的一個實施例中，合金系為ZK60，其化學成分如表l所示。
表l ZK60合金的化學成分(wt%)
雜質
ZrMg
(O6. 10.70.3余量
采用半連續(xù)工藝鑄成的鎂合金鑄錠在34(TC均勻化處理14h后隨爐冷卻到室溫；然后 加熱，在410。C保溫85min;隨后即刻進行熱擠壓，擠壓比25，擠壓速度4. 6m/min。
實驗表明，在315 345'C左右進行10 20h的均勻化處理(均勻化溫度取上限時，應取 均勻化時間的下限)，可有效消除偏析，并獲得尺寸、間距和體積分數(shù)合適的未溶一次結 晶相。在均勻化后的爐冷過程中MgZn化合物相可以充分發(fā)育長大，并呈細棒狀均勻彌散 分布于鎂基體中。擠壓后則呈納米級粒狀析出。經(jīng)上述工藝方法得到的鎂合金制品，擠出 順利，表面光亮，無皺褶、裂紋等缺陷，擠壓態(tài)抗拉強度341MPa，屈服強度287MPa，延 伸率23%。與傳統(tǒng)工藝方法得到的性能相比較，強度和塑性均明顯提高(與文獻報道的相 同成分合金的最好性能相比，屈服強度提高10%，延伸率提高90%以上)。
通過以上實施例可知普通商業(yè)高強度變形鎂合金通過本發(fā)明所述的熱加工工藝，能 獲得塑性加工性能和力學性能均較好的高強度變形鎂合金，而且，本發(fā)明所用工藝設備簡 單，成本較低且易于操作。
需要說明的是，本發(fā)明不限于所述實施例。對于其它系列的鎂合金，即使工藝參數(shù)有 所變化，只要依據(jù)本發(fā)明技術思想而提出，均在本發(fā)明保護范圍之內。
權利要求
1. 一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方法，其特征在于，該工藝方法是根據(jù)鎂合金鑄錠中不同種類化合物相的穩(wěn)定性和不同的熱力學、動力學特征，通過選擇合適的熱處理溫度和時間，控制化合物相的溶解以及脫溶析出等過程來控制合金的組織結構，使合金在獲得高強度的同時，兼有優(yōu)良的塑性。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方法，其特征在于，將 鎂合金鑄錠在315 345"C范圍內進行10 20h的均勻化保溫，隨后隨爐冷卻至室溫，消除偏 析和控制未溶一次結晶相的體積分數(shù)，并使二次析出相充分均勻彌散析出；然后，將均勻化退火以后的鑄錠再加熱，在390 41(TC下保溫30 卯min;隨后即刻進 行熱加工，在高溫短時保溫過程中二次析出相重溶形成富溶質原子微區(qū)，并在隨后的加工 過程中動態(tài)析出高對稱形態(tài)的細小化合物。
3. 根據(jù)權利要求l或2所述的一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方法，其特征在于， 所述鎂合金鑄錠為鋅含量^6.0的ZK系高強度變形鎂合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強度變形鎂合金的熱加工工藝方法，它是根據(jù)鎂合金中不同種類化合物相的穩(wěn)定性和不同的熱力學、動力學特征，通過選擇合適的熱處理溫度和時間，控制化合物相的溶解以及脫溶析出等過程，從而有效控制合金的組織結構，使鎂合金在獲得高強度的同時，兼有優(yōu)良的塑性。該方法以鎂合金化合物的性質為依據(jù)制訂熱加工制度，適用性廣，易于實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，適用于鎂-鋅基時效強化型鎂合金，尤其適合于鋅含量≥6.0的ZK系高強度變形鎂合金。
文檔編號C22F1/06GK101476095SQ200910103078
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權日2009年1月16日
發(fā)明者靜 張, 張海濤, 亮 楊, 潘復生 申請人:重慶大學