专利名称：提高镁合金强度和塑性的热处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及镁合金材料的一种热处理工艺，特别涉及同时提高镁合金材料强度和 塑性的热处理工艺方法。
背景技术：
镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振降噪能力强、电磁屏蔽性能优 良、液态成型性能优越、铸造与切削性能优异、资源丰富、可以回收利用等优点，越来越受到 人们的重视，被誉为是“21世纪绿色工程材料”，在汽车、摩托车、3C产品、航空航天及国防 军工等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，已逐渐发展为继钢铁和铝合金之 后的第三大金属材料。然而，目前在我国镁合金的应用远不如同期发现的铝合金那么广泛，究其原因则 主要是由于目前的镁合金(1)绝对强度仍然偏低，尤其是高温力学性能较差，当温度升 高时，它的强度和抗蠕变性能往往大幅度下降；(2)室温塑性低、变形加工能力较差。改善 镁合金的强度和塑性已经成为其规模应用中急需解决的关键问题之一。强度和塑性是金属 材料的两个最基本力学性能参数，两者均受位错机制所主导，强度增加往往会伴随着塑性 下降，因此，如何同时提高镁合金材料的强度和塑性是人们一直关注的难题。合金化与严重塑性变形法是镁合金材料领域最常用的两种改善镁合金室温力学 性能的方法，能够在一定程度上使镁合金的力学性能得到提升，然而同时存在局限性。合金 化主要是通过第二相强化和细晶强韧化，但添加的元素多为Y、GcUEr等，它们的价格昂贵， 使得制备这些镁合金的成本显著增加，不适合于工程实际应用；等通道挤压等严重塑性变 形法可大幅度细化镁合金晶粒尺寸，然而由于镁合金塑性变形能力较差，严重塑性变形法 存在对模具要求较高、变形工艺较复杂、容易导致材料开裂等问题。热处理是一种提高金属材料综合力学性能的常用工艺之一。人们利用退火、 固溶与时效处理等强化或韧化不同体系镁合金，但强度和塑性一般不能同时提高。如 CN101348890A (专利号为200810070113. 3)公开一种“提高高强度变形镁合金阻尼性能的 热处理工艺”，对挤压变形后的AZ61镁合金进行固溶+时效处理，其屈服强度和抗拉强度上 升 20-30 MPa，而延伸率从 13. 7% 减小为 12%。Hongmei Chen 等(文献 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.)研究了不同热处理工艺对ZK60镁合金组织结构和 力学性能的影响，发现轧制态ZK60镁合金经固溶+时效处理后，延伸率从8. 3%提升至16%， 强度却下降了约25-40 MPa。目前商用的高强变形镁合金主要是指Mg-Zn-&系合金，其最大特点是强度较高， 一般在320-340 MPa，但室温塑性相对较低，限制了其应用范围。目前绝大部分关于热处理 工艺的研究工作集中在挤压、轧制、锻造变形后的Mg-Zn-&镁合金，而对铸态Mg-Zn-&镁合金的热处理工艺优化研究较少。有鉴于此，本发明考虑从Mg-Zn-&镁合金入手，通过合适的热处理工艺来同时提 高铸态Mg-Zn-&镁合金的强度和塑性，为塑性变形后获得高强高韧变形镁合金材料打下 基础，为发展高性能镁合金提高一种新的思路，以推动镁合金产业发展。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种同时提高镁合金材料强 度及塑性的热处理工艺方法。经过所述热处理工艺，可明显提高镁合金的屈服强度、抗拉强 度和延伸率，成功解决了镁合金强度和塑性的矛盾。本发明的目的是这样实现的一种同时提高镁合金屈服强度、抗拉强度和塑性的 热处理工艺，其具体工艺过程为将利用半连续铸造工艺制备的镁合金铸锭在380-400 0C 固溶，保温8-10小时，水淬冷却至室温，之后再加热至150-200 0C时效处理，保温15-30小 时，空冷至室温。相比于现有技术，本发明具有如下优点
1.本发明提高镁合金材料的屈服强度、抗拉强度和塑性效果明显铸态镁合金通过本 发明所述的热处理工艺，强度和塑性得到提高，其中屈服强度与抗拉强度增加20-25 MPa, 延伸率从15%上升至22%，为生产高强高韧的镁合金产品打下坚实基础。2.与本发明相近的热处理工艺一般不能同时明显提高强度(包括屈服强度与抗 拉强度)和塑性，而本发明提供的热处理优化工艺成功使得铸态镁合金的室温屈服强度、抗 拉强度和塑性均得以显著增加，具有工程实际和科学理论价值。3.本发明适用面广可用于多种牌号的商用镁合金体系(如ZK系或AZ系等)。4.本发明成本低所采用的热处理炉为常用设备，工艺简单成熟，易于操作，故成 本低。
图1为Mg-Znlr镁合金铸态组织的典型金相照片；
图2为Mg-Znlr镁合金铸锭，经400 0C固溶处理10小时，水淬至室温，然后再经150 0C时效15小时，空冷后的扫描组织照片；
图3为Mg-Znlr镁合金铸锭，经400 0C固溶处理10小时，水淬至室温，然后再经150 0C时效30小时，空冷后的扫描组织照片；
图4为Mg-Znlr镁合金铸锭，经400 0C固溶处理10小时，水淬至室温，然后再经200 0C时效15小时，空冷后的扫描组织照片；
图5为不同状态Mg-Znlr镁合金的室温拉伸应力-应变曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应说明的是，这些实施例是用于说 明本发明，而不是对本发明的限制，本发明的保护范围并不限于以下的实施例。
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实施例1
一种同时提高镁合金强度和塑性的热处理工艺方法，该热处理工艺包括以下步骤
(1)采用的镁合金原料使用普通商用Mg-Zn-&镁合金铸锭为原料，合金成分(质量百 分含量)为6. 37%Zn，0. 53%Zr，Fe、Si、Ni、Cu 等杂质元素为 0. 0101%，其余为 Mg ；
(2)固溶处理工艺将半连续制备的镁合金铸锭在400°C固溶处理，保温10小时，水淬 冷却至室温；
(3)时效处理工艺将固溶处理后的镁合金在150°C时效，保温15小时，然后空冷至室图1是ZK60镁合金铸态组织，从图中可以看出，大量粗大的共晶组织分布在晶界 附近，材料的组织结构存在明显不均勻性。拉伸试验(图5)表明，铸态Mg-Zn-&镁合金在 室温下的屈服强度为125MPa，抗拉强度为261MPa，延伸率为15%。图2为ZK60镁合金固溶+时效处理后的扫描电镜组织照片，可以看到，粗大共晶 组织已经完全消失，晶粒相对于铸态有所粗化，晶界变得细小，同时在晶界附件存在较多的 析出颗粒，能谱和XRD分析表明这些析出物主要为MgZn和MgZn2相。热处理后Mg-Znlr镁 合金的力学性能在一定程度上得到改善，屈服强度、抗拉强度分别为129 MPa,277 MPa，延 伸率为20%。实施例2
采用与实施例1相同的镁合金原料、镁合金固溶工艺，且工艺参数完全相同。固溶处理 之后同样进行150 0C时效处理，所不同的是保温时间延长至30小时，最后空冷至室温。经过实施例2处理的Mg-Zn-&镁合金显微组织结构扫描照片如图3所示，大量细 小的析出相(MgZn和MgZn2)颗粒较为均勻地分布在晶粒内部或晶界周围，析出相密度明显 高于实施例1中的镁合金，然而其晶粒尺寸与实施例1相当。本实施例镁合金综合力学性能 进一步改善，拉伸应力-应变曲线如图5所示，屈服强度为141 MPa，抗拉强度为283 MPa, 拉伸延伸率高达22%。实施例3
采用与实施例1和2相同的镁合金原料、镁合金固溶工艺，且工艺参数完全相同。固溶 处理之后同样进行时效处理，所不同的是工艺参数变为200 0C时效，保温15小时，最后空
冷至室温。本实施例中Mg-Zn-&镁合金的扫描显微组织照片如图4所示，铸态的粗大共晶组 织已溶解，其晶粒与图2、3差别不大，说明时效温度从150 °C升高至200 °C对镁合金的晶 粒尺寸无明显影响。同样有高密度的析出相分布在材料中，起到强化作用，最终本实施例中 镁合金的屈服强度为143 MPa，抗拉强度为280 MPa，延伸率为17%。 表1上述实施例中Mg-Znlr镁合金强度和延伸率比较
权利要求
1.一种提高镁合金强度和塑性的热处理工艺，其特征在于将利用半连续铸造工艺 制备的镁合金铸锭在360-400 0C固溶，保温8-12小时，水淬冷却至室温，之后再加热至 150-200 0C时效处理，保温15-30小时，空冷至室温。
2.权利要求1所述提高镁合金强度和塑性的热处理工艺，其特征在于其特征在于，镁 合金为Mg-Zn-Zr系，各组分质量百分比含量为=Zn 6. 2-6. 4% ；Zr 0. 5-0. 6%，不可避免的 Fe、Si、Cu、Ni 等杂质0. 007-0. 01%;余量为 Mg。
全文摘要
本发明提供一种同时提高镁合金强度和塑性的热处理工艺，包括以下步骤将利用半连续铸造工艺制备的镁合金铸锭在360-4000C固溶，保温8-12小时，水淬冷却至室温，之后将经过前述技术方案处理的镁合金再加热至150-2000C时效处理，保温15-30小时，空冷至室温。本发明能够同时明显地提高镁合金材料的室温屈服强度、抗拉强度和塑性，解决了镁合金强度与塑性的矛盾。经本发明所述热处理工艺处理的镁合金可为后续获得高强度高塑性的变形镁合金提供重要基础，有利于充分挖掘材料的使用性能潜力。另外，本发明所用设备简单，成本较低，且容易操作。
文档编号C22F1/06GK102002654SQ20101058837
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者张丁非, 汤爱涛, 陈先华 申请人:重庆研镁科技有限公司