專利名稱：一種提高變形鎂合金強度的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金材料的熱處理工藝，特別涉及一種提高變形鎂合金強度的熱處理工藝。
背景技術(shù)：
近年來，隨著各種工業(yè)迅速高效的發(fā)展，對生產(chǎn)中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料及各種零部件等的性能提出了越來越高的要求，急需開發(fā)出各種新型的材料，如鎂及鎂合金，以滿足不同環(huán)境對各種材料使用性能的要求。鎂及鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽效果佳、機加工性能優(yōu)良、零件尺寸穩(wěn)定、易回收等優(yōu)點，在航空航天、汽車、國防軍工、3C領(lǐng)域等具有廣闊的應(yīng)用前景。但是大多數(shù)鎂合金具有密排六方結(jié)構(gòu)，是一種難以塑性變形、壓力加工成形性能差的金屬材料，且鎂合金產(chǎn)品以鑄造件為主，而鎂合金鑄造件存在晶粒粗大、力學(xué)性能較差、易產(chǎn)生缺陷等缺點，大大限制了鎂合金應(yīng)用范圍。但通過擠壓、軋制等塑性加工工藝制備的鎂合金材料及零部件具有更高的強度、更好的延展性和更多樣化的力學(xué)性能。因此變形鎂合金的研究已成為世界鎂工業(yè)發(fā)展中的重要方向。研究發(fā)現(xiàn)，對變形鎂合金進(jìn)行不同時間的人工時效，時效過程中雖有第二相的析出，但強化效果較弱，在一定范圍內(nèi)，隨時效時間增長第二相的數(shù)量增多，但這并沒有使變形鎂合金的力學(xué)性能得到顯著的改善。因此，改善變形鎂合金的力學(xué)性能十分重要
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種在有效控制合金組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上能充分發(fā)揮材料高強度潛力的熱處理工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種提高變形鎂合金強度的熱處理工藝，其特征在于:通過小變形量的冷軋后，再經(jīng)不同時間的人工時效，實現(xiàn)鎂合金強度的顯著提高，具體工藝步驟為:
1)冷軋塑性變形:將鎂合金在軋機上進(jìn)行I道次冷軋，其冷軋變形量為5-7.5% ；
2)人工時效:將冷軋塑性變形后的鎂合金加熱至150-200°C進(jìn)行人工時效，保溫時間為15-100h，最后空冷至室溫。上述技術(shù)方案中的小變形量指的是步驟I)中的冷軋變形量5-7.5%。進(jìn)一步地,所述鎂合金為AZ系或Z K系鎂合金體系。本發(fā)明通過先進(jìn)行小變形量的冷軋預(yù)變形，在變形鎂合金中引入孿晶和位錯。再經(jīng)過不同時間的人工時效，使固溶的合金元素從基體中析出，形成第二相。一般第二相傾向于在晶界、孿晶、位錯等能量較高處析出，所以冷軋預(yù)變形可以促進(jìn)第二相的析出，第二相可以起到彌散強化的作用。而且冷軋預(yù)變形過程中產(chǎn)生的孿晶，可以阻礙位錯的運動。另一方面，對鎂合金進(jìn)行冷軋導(dǎo)致了基面織構(gòu)的增強，在沿著擠壓方向拉伸時，會使基面的法向與外力軸線的夾角接近90°，Schmid因子趨于0，這時需要更大的外力才能使其發(fā)生滑移。所以冷軋產(chǎn)生的孿晶以及基面織構(gòu)的增強顯著提高了鎂合金的強度。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明強化效果顯著:本發(fā)明利用預(yù)變形使得鎂合金中產(chǎn)生的孿晶，阻礙位錯的運動，同時促進(jìn)了時效過程中第二相的析出，再者冷軋后基面織構(gòu)的增強顯著提高了高強度變形鎂合金的強度。經(jīng)過此熱處理工藝的變形鎂合金屈服強度最高可以提高114MPa。2、本發(fā)明操作簡單、成本較低:本發(fā)明利用常規(guī)的通用設(shè)備即可實現(xiàn)，工藝設(shè)計合理、流程短，其中預(yù)變形僅需I道次小變形，人工時效后即可獲得更高強度的變形鎂合金，提高了生產(chǎn)效率，降低成本，有利于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。3、本發(fā)明適用面廣:本發(fā)明可適用于多種牌號商用變形鎂合金體系，如AZ系、ZK系、ZM系鎂合金等。


圖1為AZ61鎂合金擠壓板和經(jīng)過本發(fā)明工藝熱處理后的拉伸曲線；
圖2為ZK60鎂合金擠壓板和經(jīng)過本發(fā)明工藝熱處理后的拉伸曲線；
圖3(a)為AZ61鎂合金擠壓板材的掃描組織照片；
圖3 (b)為AZ61鎂合金擠壓后，經(jīng)過7.5%冷軋，再經(jīng)200°C時效20小時，空冷后的掃描組織照片；` 圖3 (c)為AZ61鎂合金擠壓后，經(jīng)過7.5%冷軋，再經(jīng)200°C時效60小時，空冷后的掃描組織照片；
圖3 (d)為AZ61鎂合金擠壓后，經(jīng)過7.5%冷軋，再經(jīng)200°C時效100小時，空冷后的掃描組織照片。
具體實施例方式下面參照附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)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，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對本發(fā)明熱處理工藝的簡單改進(jìn)，都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。實施例1
一種提高變形鎂合金強度的熱處理工藝，該熱處理工藝包括以下步驟:
O采用鎂合金原料:使用普通AZ61變形鎂合金鑄錠為原料，合金成分(重量百分含量)為:6.64%Α1、1.01%Ζη、0.25%Μη，雜質(zhì)元素小于 0.01%，其余為 Mg。2)鎂合金鑄錠的均勻化處理:在熱處理爐中進(jìn)行鎂合金鑄錠的均勻化處理，溫度400°C，時間 12h。3)擠壓塑性變形:將均勻化處理后的鎂合金鑄錠在擠壓機上進(jìn)行擠壓，擠壓溫度390°C，擠壓比為11.7。圖3 (a)為AZ61鎂合金擠壓板材的掃描組織照片，從圖中可以看出在AZ61鎂合金擠壓板材中，第二相很少，已基本固溶進(jìn)基體。AZ61擠壓板材在室溫下的屈服強度為170MPa，抗拉強度為326MPa，延伸率為20.8%。4)冷軋塑性變形:將AZ61鎂合金擠壓板材在軋機上進(jìn)行I道次變形量為7.5%的冷軋預(yù)變形。5)人工時效:將冷軋后的AZ61鎂合金進(jìn)行時人工效熱處理，熱處理溫度為200°C，保溫時間為20h，空冷至室溫。圖3 (b)為AZ61鎂合金擠壓后，經(jīng)過7.5%冷軋，再經(jīng)200°C時效20h，空冷后的掃描組織照片。從圖中可以看出在晶內(nèi)仍存在孿晶，在孿晶處第二相有聚集析出的趨勢。經(jīng)此工藝得到的AZ61鎂合金，在室溫下的屈服強度為222MPa，抗拉強度為350MPa，延伸率為14.3%ο實施例2
鎂合金原料及均勻化處理、擠壓塑性變形、冷軋塑性變形、人工時效熱處理溫度與實施例I相同，不同之處在于，AZ61鎂合金時效保溫時間為60h。圖3 (c)為AZ61鎂合金擠壓后，經(jīng)過7.5%冷軋，再經(jīng)200°C時效60h，空冷后的掃描組織照片。從中可以看出，相對圖3(b)第二相析出數(shù)量更多，且在晶界和孿晶出第二相析出也更明顯，體積更大。經(jīng)此工藝得到的AZ61鎂合金，在室溫下的屈服強度為231MPa，抗拉強度為345MPa，延伸率為12.7%。實施例3
鎂合金原料及均勻化處理、擠壓塑性變形、冷軋塑性變形、人工時效熱處理溫度與實施例I相同，不同之處在于，AZ61鎂合金時效保溫時間為100h。圖3 (d)為AZ61鎂合金擠壓后，經(jīng)過7.5%冷軋，再經(jīng)200°C時效100h，空冷后的掃描組織照片。從圖中可以看出在晶界處和孿晶處第二相明顯粗化。經(jīng)此工藝得到的AZ61鎂合金，在室溫下的屈服強度為219MPa，抗拉強度為343MPa，延伸率為11.6%。實施例4
與實施例1不同的是使用的鎂合金原料不同，鎂合金原料采用ZK60，其熱處理工藝包括以下步驟:
I)采用鎂合金原料:使用普通ZK60高強度變形鎂合金鑄錠為原料，合金成分(重量百分含量)為:6.37%Zn、0.53%Zr，雜質(zhì)元素小于0.007%，其余為Mg。2)鎂合金鑄錠的均勻化處理:在熱處理爐中進(jìn)行鎂合金鑄錠的均勻化處理，溫度420°C，時間 12h。3)擠壓塑性變形:將均勻化處理后的鎂合金鑄錠在擠壓機上進(jìn)行擠壓，擠壓溫度390°C，擠壓比為11.7。經(jīng)擠壓得到的ZK60鎂合金擠壓板材在室溫下的屈服強度為143MPa，抗拉強度為274MPa，延伸率為32.1%
4)冷軋塑性變形:ZK60鎂合金擠壓板材在軋機上進(jìn)行I道次變形量為5%的冷軋預(yù)變形。5)人工時效:將冷軋后的ΖΚ60鎂合金進(jìn)行時效熱處理，熱處理溫度為150°C，保溫時間為15h，空冷至室溫。

經(jīng)此工藝得到的ZK60鎂合金，在室溫下的屈服強度為249MPa，抗拉強度為368MPa，延伸率為6.6%。實施例5
鎂合金原料及均勻化處理、擠壓塑性變形、冷軋塑性變形、人工時效熱處理溫度與實施例4相同，不同之處在于，ZK60鎂合金時效保溫時間為50h。經(jīng)此工藝得到的ZK60鎂合金，在室溫下的屈服強度為257MPa，抗拉強度為355MPa，延伸率為9.8%。表I上述實施例變形鎂合金力學(xué)性能比較
權(quán)利要求
1.一種提高變形鎂合金強度的熱處理工藝，其特征在于:通過小變形量的冷軋后，再經(jīng)不同時間的人工時效，實現(xiàn)鎂合金強度的顯著提高，具體工藝步驟包括:1)冷軋塑性變形:將鎂合金在軋機上進(jìn)行I道次的軋制，其軋制變形量為5-7.5% ； 2)人工時效:將冷軋預(yù)變形后的鎂合金進(jìn)行人工時效，人工時效的溫度為150-200°C，保溫時間為15-100h，空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高變形鎂合金強度的熱處理工藝，其特征在于:所述鎂合金為AZ系或ZK系鎂合金體系?！?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高變形鎂合金強度的熱處理工藝，本工藝通過小變形量的冷軋后，再經(jīng)不同時間的人工時效，以達(dá)到顯著提高鎂合金強度的目的。具體包括以下步驟1)室溫冷軋鎂合金，其冷軋變形量為5-7.5%；2)再將冷軋預(yù)變形后的鎂合金加熱至150-200℃時效，保溫時間為15-100h，最后空冷至室溫。該發(fā)明可以顯著提高鎂合金的強度，且相對于常規(guī)時效工藝，本發(fā)明還可以顯著提高鎂合金時效速率。另外所用工藝設(shè)備為常規(guī)通用設(shè)備，容易操作，成本較低，工業(yè)上易于實現(xiàn)。
文檔編號C22F1/06GK103233191SQ20131016423
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者潘復(fù)生, 張志華, 陳先華, 劉莉滋 申請人:重慶大學(xué)