专利名称：一种镁、铝合金材料或构件的时效振动复合热处理方法
技术领域：
本发明涉及ー种提高镁、铝合金材料或构件强度、减小残余应カ的时效热处理方法，属于热处理领域。
背景技术：
一般镁、铝合金材料或构件加工过程 中均需经固溶ー淬火ー时效处理，淬火处理时容易产生残余应力，在机械加工过程中容易导致失效或降低尺寸精度。随着制造业对构件承载性能及尺寸精度要求的不断提高，既需要获得高力学性能，又需要大幅度消减其残余应力。振动处理是采用使件振动来降低件内部残余应カ的ー种方法，通过在件上施加一个大小一定的周期性循环动应力，使得动应カ与残余应カ的合力超过材料的屈服极限，在件内部产生微小的塑性变形，从而使件中原有的残余应カ得到松弛和均化。然而，一般的振动消减残余应カ处理大多安排在强化热处理之后，并在室温下进行，相关的エ艺流程为固溶一淬火ー时效ー振动处理，从上述流程可以出，由于振动时材料屈服极限已经处于较高的水平，使得动应カ与残余应カ的合力很难超过材料屈服极限，降低了振动消减残余应カ的效果。一般消减残余应カ的去应カ退火相关的エ艺流程为固溶一淬火ー时效ー加工一去应カ退火，从上述流程可以出，去应カ退火会使镁、铝合金中此前在时效热处理过程中形成的強化相粗化、甚至失去与基体的共格特性，从而降低強度。综上所述，镁、铝合金材料或构件经一般的固溶-淬火-时效处理流程后，虽然能获得高強度，但残余应カ大。针对这种不足提出的固溶-淬火-时效-振动处理流程，虽能消减部分残余应力，但由于振动处理选择在屈服强度较高的时效状态，降低了振动消减残余应カ的效果。
发明内容
为了降低镁、铝合金材料或构件的残余应力，本发明提供ー种镁、铝合金材料或构件的时效振动复合热处理方法，在材料或构件时效热处理过程中引入振动，即提高强度，又降低残余应力。为实现上述技术目的，本发明的技术方案是ー种镁、铝合金材料或构件的时效振动复合热处理方法，包括以下步骤步骤一将需处理的镁合金件或铝合金件固定于加热炉内，再将加热炉置于设有激振器的振动平台上；步骤ニ 在合金件加热时同时通过振动平台进行振动。所述的方法，所述的步骤ニ中，在振动过程中至少在ー对相互垂直的方向上各施加一次振动，且每次振动持续时间少于O. 25h，可根据件的结构复杂程度、残余应カ的分布情况及热处理制度确定进行多次振动，振动的间隔时间可任意变化。振动次数越长，施加振动的相互垂直的方向数越多，消减残余应カ的效果越明显。所述的方法，所述的步骤ニ中，合金件的加热温度范围为100 350°C。
所述的方法，所述的步骤ニ中，在加热时采用保护性气氛对合金件进行防氧化保护，保护性气氛可选择sf6、SO2, CO2、惰性气体等。所述的方法，所述的步骤ニ中，在进行振动之前，先测试加载合金件后振动平台的固有频率f，获得固有频率f后，通过调节激振器功率，使振动平台在O. 75、. 95倍固有频率f的激振频率范围内获得5(Tl00m/s2的加速度，再以此时激振器的功率状态为基准对合金件进行振动处理。本发明与现有同类型技术相比，将一般的“固溶一淬火ー时效ー振动”四个エ序合并为三个エ序，即“固溶ー淬火ー时效十振动”，将一般在“时效”之后才进行的振动提前到与时效过程中进行。这样能带来以下好处一是淬火后材料的屈服強度比时效后的低，动应力与残余应カ的合力更容易使局部产生微小塑性变形，从而消减残余应力。ニ是局部微小塑性变形能促进析出強化相非均匀形核、长大，不仅缩短了时效时间，节约能源，而且有利于析出相均匀分布，从而获得比一般时效处理更高的強度。 本发明与现有同类型技术相比，由于至少在ー对相互垂直的方向上通过激振器施加振动，使不同方向的残余应カ均能得到消減。因此，施加振动的相互垂直的方向数越多，消减残余应カ的效果越好。此外，随着时效的进行，材料的性质不断变化，从而其固有频率也会相应发生变化，因此，多次进行振动，振动累积时间越长，消减残余应カ的效果越好。
具体实施例方式以下实施例采用钻孔应变释放法，按CB3395-1992测量板材的残余应カ；采用拉伸试验法，按GB/T228-2010测量板材的常温力学性能。实施例IMg-8Gd-3Y-0. 4Zr合金同批次的2块板材(500_X 300_X 20_，分别称为1#板和2#板)采用相同的制度进行固溶ー淬火处理。随后1#板采用本发明的时效振动复合热处理方法，即板材固定于振动平台上的加热装置内，加热制度为215° CX12h，采用SF6,为保护性气氛对合金进行防氧化保护，同时在振动平台选定ー对相互垂直的方向(X，Y)上用激振器产生振动，在振动前测得X方向上的固有频率为3512Hz，Y方向上的固有频率为3310Hz，据此将X方向激振器的振动频率设为其固有频率的O. 95倍，获得100m/S2的加速度，Y方向激振器的振动频率设为其固有频率的O. 95倍，获得90m/s2的加速度，振动持续时间为12h ；2#板进行常规的时效处理，即时效制度为215° CX24h。经上述处理后，1#板的残余应カ为45MPa，极限抗拉强度σ b=385MPa，σ 0 2=330MPa,延伸率δ =3. 5% ；2#板的残余应カ为 62MPa，σ b=370MPa, σ 2=320MPa，δ =3. 0%。实施例2Mg-8Gd-3Y-0. 4Zr合金同批次2个壁厚7mm筒形件(Φ 400mm X 800mm,分别称为3#筒和4#筒)采用相同的制度进行固溶ー淬火处理。随后3#筒采用本发明的时效振动复合热处理方法，即板材固定于振动平台上的加热装置内，加热制度为215° CXIOh，采用SO2作为保护性气氛对合金进行防氧化保护，同时在振动平台选定三对相互垂直的方向((XI，Yl), (X2，Y2)，(X3，Y3))上用激振器产生振动，在振动前测得XI、X2、X3方向上的固有频率分别为3512Hz,2075Hz,3065Hz, YU Y2、Υ3方向上的固有频率分别为2312Hz,2275Hz,2865Hz，据此将XI、X2、X3方向上的激振器的振动频率设为其固有频率的O. 75倍，获得50m/S2的加速度，YU Y2、Y3方向激振器的振动频率设为其固有频率的O. 75倍，获得53m/s2的加速度，每个方向毎次振动持续时间为15 30分钟；4#筒进行常规的时效处理，即时效制度为215° CX 24h，随后采用3512Hz，获得40m/s2的加速度，进行振动处理。经上述处理后，3# 筒残余应カ为 32MPa，σ b=390MPa, σ 0 2=340MPa, δ =3. 5%。4# 筒残余应カ为 55MPa，σb=365MPa, σ 0 2=310MPa, δ=2. 5%。实施例3Al-5. 3Zn-2. 3Mg_l. 3Cu 铝合金同批次的 2 块板材 IOOOmmX 800mmX 50mm，分别称
为5#板和6#板)采用相同的制度进行固溶ー淬火处理。随后5#板采用本发明的时效振动复合热处理方法处理，即板材固定于振动平台上的加热装置内，加热制度为120° CX8h，采用CO2作为保护性气氛对合金进行防氧化保护，同时在振动平台上选定与板材轧向与横向平行的方向作为ー对相互垂直的振动方向(X，Y)，在姆个方向上用激振器产生3次振动，在三次振动前分别测得X方向上的固有频率为4523Ηζ、4373Ηζ、4568Ηζ，Y方向上的固有频率分别为4335Ηζ、4275Ηζ、4835Ηζ，，据此将X方向上每次激振器的振动频率设为其固有频 率的O. 8倍，获得55m/s2的加速度，Y方向每次激振器的振动频率设为其固有频率的O. 9倍，获得80m/s2的加速度，每个方向每次振动持续时间为O. 5 Ih ；6#板进行常规的时效处理，即时效制度为125° CX24h。经上述处理后，5#板残余应カ为35MPa，σ b=535MPa,σ 0 2=470MPa, δ =8%。6# 板残余应カ为 85MPa，σ b=525MPa, σ 0 2=460MPa, δ =7%。
权利要求
1.ー种镁、铝合金材料或构件的时效振动复合热处理方法，其特征在于，包括以下步骤步骤ー将需处理的镁合金件或铝合金件固定于加热炉内，再将加热炉置于设有激振器的振动平台上；步骤ニ 在合金件加热时同时通过振动平台进行振动。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步骤ニ中，在振动过程中至少在ー对相互垂直的方向上各施加一次振动。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步骤ニ中，合金件的加热温度范围为 100 350°C。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步骤ニ中，在加热时采用保护性气氛对合金件进行防氧化保护。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步骤ニ中，在进行振动之前，先测试加载合金件后振动平台的固有频率f，获得固有频率f后,通过调节激振器功率,使振动平台在O. 75、. 95倍固有频率f的激振频率范围内获得5(Tl00m/s2的加速度，再以此时激振器的功率状态为基准对合金件进行振动处理。
全文摘要
本发明公开了一种镁、铝合金材料或构件的时效振动复合热处理方法。其工艺路线为首先将件固定于振动平台上，并将件置于加热装置内，在对件进行加热的同时施加振动。本发明在通过热处理提高合金力学性能的同时，利用振动产生的微小塑性变形使件中原有的不稳定的残余应力得到松弛和均化，提高件在后续加工过程中的成形性及尺寸精度。
文档编号C21D10/00GK102828015SQ201210293488
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者张新明, 叶凌英, 康建可, 邓运来, 唐昌平 申请人:中南大学