一种超高强耐高温镁合金大锭坯的多级退火工艺的制作方法

本发明涉及镁合金领域，特别涉及超高强镁合金大铸锭的退火处理。

背景技术：

镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度以及优异的阻尼性能，因而在汽车、航空航天、武器装备等亟需通过减重来提高燃油效率的领域拥有广阔的应用前景。然而目前的商用镁合金，如az31、az80等，绝对强度偏低且耐热性差，极大的限制了镁合金的广泛应用。因此，超高强耐高温的稀土镁合金逐渐引起了研究者的兴趣，其不但绝对强度接近甚至超过二系铝合金，耐热性能也明显优于现有商用镁合金。但是，目前超高强稀土镁合金大锭坯的制备依然是一个挑战，尤其是大铸锭由于存在残余应力而导致在冷却、均匀化及锯切过程中易开裂的问题严重阻碍了其发展。鉴于此，本发明公开了一种针对超高强耐高温镁合金大锭坯的多级退火工艺，该工艺将去应力退火和均匀化热处理有机的整合在一起，既可以缩短工艺流程、节约成本，又能有效解决超高强镁合金大锭坯易开裂的问题。

技术实现要素：

为克服超高强稀土镁合金大锭坯由于存在较大的残余应力而导致在冷却、均匀化及锯切过程中易开裂的问题，本发明提供了一种针对该系列合金的多级退火工艺。针对的合金成分为（质量百分比）：gd：8.0-9.6%，y：1.8-3.2%，gd与y的含量之比为：3≤gd/y≤5，zr：0.3-0.7%，er：0.02-0.3%，ag：0.02-0.5%，其余为mg及不可去除的杂质。退火的具体工艺过程如下：

a.热处理炉预热至100-150℃保温；

b.锭坯浇铸结束后于10-20min内转移至热处理炉中；

c.热处理炉升温至200-250℃进行去应力退火，升温速度0.5-2℃/min，保温12-24h；

d.热处理炉升温至500-530℃进行均匀化处理，升温速度2-5℃/min，保温15-30h；

e.保温结束后铸锭随炉冷至70-100℃，然后出炉空冷至室温。

所述a步骤中热处理炉需提前预热至120-150℃。

所述b步骤中锭坯浇铸结束后需在10-15min内转移至热处理炉内。

所述c步骤中热处理炉需升温至225-250℃，升温速度1-2℃/min，保温15-20h。

所述d步骤中热处理炉需升温至510-530℃，升温速度3-5℃/min，保温20-30h。

所述e步骤中铸锭需随炉冷至80-100℃。

本发明中工艺参数的选择所基于的原则是：1）避免大锭坯在经本工艺处理时受到附加的冷/热冲击；2）避免大锭坯在经本工艺处理时加热/冷却不均匀而产生额外的热应力。基于此，铸锭入炉之前先将热处理炉预热至100-150℃，因为铸锭浇铸结束离开铸造工作台时温度一般在该区间，这样的温度区间可以保证铸锭入炉后不会因受到附加的冷/热冲击而导致开裂。此外，由于镁合金的热导率相对较低，升温过快易引起因传热慢而导致的内外温度不均匀，产生额外的热应力，因此选择0.5-2℃/min的升温速度。实验结果表明200-250℃是一个合适的消除应力的温度区间，温度过低去应力效果不佳，温度过高则会造成能源浪费，增加成本，因此本发明选择的第一保温区间为200-250℃。第一阶段保温结束后，锭坯内应力得以消除，因而第二阶段升温速度可适当提高至2-5℃/min。为避免铸锭出炉时由于瞬时承受巨大温差而造成冷冲击产生附加残余应力，本发明选择在出炉之前将锭坯随炉冷至70-100℃，然后再出炉空冷。

本发明通过合理控制工艺参数，解决了超高强稀土镁合金大锭坯在冷却、均匀化及锯切过程中易开裂的问题，成功制备出了大直径无开裂的超高强耐高温稀土镁合金锭坯。

附图说明

图1为经本发明所述退火工艺处理的φ340mm的超高强镁合金铸锭的横截面图；

图2为经本发明所述退火工艺处理的φ460mm的超高强镁合金铸锭的横截面图；

图3为未经本发明所述退火工艺处理的φ340mm的超高强镁合金铸锭在锯切时开裂的情况图。

具体实施方式

实施例1

镁合金配料成分为（质量百分比）gd：8.5%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其余为mg及少量不可去除杂质。铸锭直径为φ340mm。锭坯浇铸结束后立即入炉进行退火处理，热处理炉提前预热至100℃，锭坯入炉后以2℃/min的速度升温至200℃，保温12h。第一阶段保温结束后，以5℃/min的速度升温至510℃保温20h。保温结束后，随炉冷至100℃，然后出炉空冷至室温。经该工艺处理的φ340mm的超高强镁合金铸锭质量合格，无开裂情况，如图1所示。

实施例2

镁合金配料成分为（质量百分比）gd：8.0%，y：2.0%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其余为mg及少量不可去除杂质。铸锭直径为φ460mm。锭坯浇铸结束后立即入炉进行退火处理，热处理炉提前预热至150℃，锭坯入炉后以1℃/min的速度升温至250℃，保温24h。第一阶段保温结束后，以3℃/min的速度升温至520℃保温30h。保温结束后，随炉冷至70℃，然后出炉空冷至室温。经该工艺处理的φ460mm的超高强镁合金铸锭质量合格，无开裂情况，如图2所示。

比较例1

镁合金配料成分为（质量百分比）gd：8.5%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其余为mg及少量不可去除杂质。铸锭直径为φ340mm。锭坯浇铸结束后未进行退火处理，直接空冷至室温。锯切时由于铸锭内存在较高的内应力而导致开裂，致使铸锭报废，如图3所示。可以看出，实施例1-2中由于进行了多级退火处理，锭坯质量优于比较例1。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种超高强耐高温镁合金大锭坯的多级退火工艺，合金质量百分比为：Gd：8.0‑9.6%，Y：1.8‑3.2%，Gd成分与Y成分的比值为：3≤Gd/Y≤5，Zr：0.3‑0.7%，Er：0.02‑0.3%，Ag：0.02‑0.5%。本发明先热处理炉预热至100‑150℃保温；再在锭坯浇铸结束后转移至热处理炉中；升温至200‑250℃进行去应力退火，保温12‑24h；升温至500‑530℃进行均匀化处理，保温15‑30h；保温结束后铸锭随炉冷至70‑100℃，出炉空冷至室温。本发明工艺过程简单，将去应力退火和均匀化热处理有机整合，既缩短了工艺流程，又解决了超高强镁合金大锭坯易开裂的问题。

技术研发人员：蒋树农;余世伦;高永浩;刘楚明;陈志永;万迎春
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2017.03.23
技术公布日：2017.09.01