专利名称：一种改善铸造镁合金力学性能的方法
技术领域：
本发明涉及金属材料，特别提供了一种改善铸造镁合金力学性能的方法， 适用于加工各种沉淀强化镁合，件。
背景技术：
髙强度镁合金具有低密度、髙比强度、良好的阻尼性能，因而在工业领域 具有广阔应用前景。细化基体晶粒、改善沉淀强化相的形态和分布是提高镁合 佥性能的主要途径。然而现有加工/处理技术或者工艺繁杂、成本高或者不能同 时实现细化晶粒和改善沉淀相分布的双重目的。比如对于工业界使用最广泛的AZ91压铸合金，铸态结构由粗大a-Mg枝晶和沿晶界分布的粗大网格状p-MgnM2组成，材料的强度和塑性均比较低。改善 AZ91铸件的传统方法是进行T6处理，首先在大约413QC进行16^40小时的固 溶处理把网皿P"MgnM2溶入镁基体，然后在大约170。C进行长时间时效处理 析出细小、弥散的网靴P"MgnM2粒子。需要指出的是，髙温长时间固溶处理 不仅耗费能源、使镁合金表面发生严重氧化，而且明显粗化基体晶粒，使镁合 金的性能降低。等通道转角挤压(ECAP)技术虽然可以同时实现基体晶粒和 P-MgnAb相的细化，但至少需要4个加工道次以上才能实现微观组织的细化和 均匀化(Journal of Alloys and Compounds, vol. 394 (2005) P.194-199 )，并且ECAP 技术只能加工尺寸较小的棒材和厚板，适用范围和工业应用前景非常有限。搅拌摩擦加工是在搅拌摩擦焊基本原理基础上发展起来的一种新的金属材 料塑性加工技术。搅拌工具的高速旋转和行进产生剧烈的破碎和混合作用，一步加工即可破碎粗大铸造结构和第二相、细化基体晶粒、消除铸造空洞，并使沉淀相大部分发生溶解。对AZ91的初步研究表明，在工具转速400转/分钟、 行进速度100亳米/分钟下，进行2道次搅拌摩擦加工再加后续时效处理可以显 著改善镁合金铸件的力学性能(ScriptaMaterialia^ vol.56， No.5 (2007) p.397400 )。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善铸造镁合金力学性能的方法，适用于加工 各种沉淀强化镁合金铸件。本发明提供了一种改善铸造镁合金力学性能的方法，其特征在于对铸造 镁合金进行搅拌摩擦加工，破碎粗大的枝晶结构和第二相、消除铸造孔洞，并 使沉淀相大部分溶解，加工工具转速600-800转/分钟、行进速度120-200毫米/ 分钟，加工道次2-5次；随后人工时效产生细小、弥散的沉淀强化相，时效处理 在160-200QC进行，时间1040小时本发明提出了 一个新的改善铸造镁合金力学性能的方法，在大于600转/分 钟的较高转速下对铸造镁合金进行搅拌摩擦加工，破碎粗大的技晶结构和第二 相、消除铸造孔洞，并使沉淀相大部分溶解，随后人工时效产生细小、弥散的 沉淀强化相。由此建立铸造+搅拌摩擦加工+时效新的方法，该方法不仅能 够非常显著地改善材料的力学性能，而且比其它金属材料加工的方法更简洁， 明显降低材料制备成本。因此，有理由相信这种新的改善铸造镁合金力学性能 的方法在高强度镁合金改性方面将有着广阔的工业应用前景。本发明人通过大 量实验研究显示，提高工具的转速和行进速度可明显增强对粗大铸造结构和第 二相的破碎作用，显著增加沉淀相的溶入量，导致更大的时效强化效应。但研 究亦发现，工具转速大于800转/分钟时，大量材料粘接在工具上，使加工区表面形成鱼鳞状裂紋和凹坑，无法获得致密、均匀的加工区；而当工具行进速度 大于200亳^/分钟时，工具承受的剪切力显著增大，导致工具折断。因而通过 优化工艺参数可以建立铸造+搅拌摩擦加工+时效处理这样一个显著改善镁 合金祷件力学性能的新的方法，在工业生产中具有广阔应用前景。
具体实施例方式
实施例1使用8毫米厚的AZ91铸态板材，在工具转速600转/分钟、行进速度150 亳^/分钟的加工参数下进行2道次搅拌摩擦加工，然后在168°C进行16小时的 时效处理。样品拉伸性能为抗拉强度354MPa,屈服强度210MPa，延伸率14%。 107循环周期下，疲劳强度80MPa。比较例1使用8毫米厚的AZ91铸态板材，在工具转速400转/分钟、行进速度100 亳^/分钟的加工参数下进行2道次搅拌摩擦加工，然后在168°C进行16小时的 时效处理。样品拉伸性能为抗拉强度337MPa,屈服强度177MPa，延伸率10%。 107循环周期下，疲劳强度70MPa。实施例2使用10亳米厚的AZ80铸态板材，在工具转速800转/分钟、行进舰200 毫^/分钟的加工参数下进行2道次搅拌摩擦加工，然后在177°C进行10小时的 时效处理。样品拉伸性能为抗拉强度366MPa，屈服强度245MPa,延伸率16%。 107循环周期下，疲劳强度90MPa。比较例2使用10亳米厚的AZ80铸态板材，在工具转速400转/分钟、行进glOO毫米/分钟的加工参数下进行2道次搅拌摩擦加工，然后在177°C进行10小时的 时效处理。样品拉伸性能为抗拉强度280MPa,屈服强度165MPa，延伸率12%。 107循环周期下，疲劳强度75MPa。 比较例3翻10亳米厚的AZ80铸态板材，在工具转速1200转/分钟、行进敏200 亳米/分钟的加工参数下进行搅拌摩擦加工，发现大量材料粘接在工具上，使加 工区表面形成鱼鳞状裂紋和凹坑，无法得到均匀、致密的加工区。比较例4使用10亳米厚的AZ80铸态板材，在工具转速800转/分钟、行进#300 毫米/分钟的加工参数下进行搅拌摩擦加工，工具很快折断， 口工无法进行。 实施例3使用10毫米厚的AZ80铸态板材，在工具转速700转/分钟、行进速度150 毫米/分钟的加工参数下进行2道次搅拌摩擦加工，然后在177°C进行10小时的 时效处理。样品拉伸性能为抗拉强度360MPa，屈服强度235MPa,延伸率15%。 107循环周期下，疲劳强度86MPa。
权利要求
1、一种改善铸造镁合金力学性能的方法，其特征在于对铸造镁合金进行搅拌摩擦加工，破碎粗大的枝晶结构和第二相、消除铸造孔洞，并使沉淀相大部分溶解，加工工具转速600-800转/分钟，行进速度120-200毫米/分钟，加工道次2-5次；随后人工时效产生细小、弥散的沉淀强化相，使材料的力学性能明显改善。
2、 按照权利要求l所述改善铸造镁合金力学性能的方法，其特征在于所述 的时效处理，在16(V200°C进行，时间1(M0小时。
全文摘要
一种改善铸造镁合金力学性能的方法，其特征在于对铸造镁合金进行2-5道次的搅拌摩擦加工，加工工具转速600-800转/分钟、行进速度120-200毫米/分钟。对加工后的材料在160-200℃进行10-40小时的时效处理。使用该方法加工的镁合金具有优异的力学性能。
文档编号C22F1/06GK101333636SQ20071001188
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月28日 优先权日2007年6月28日
发明者冯艾寒, 马宗义 申请人:中国科学院金属研究所