本发明涉及合金材料领域，具体的说，是涉及一种镁合金铸件的热处理工艺。
背景技术：
在目前应用的工程材料中，镁合金材料的质量最轻。与其他材料相比，镁合金材料的应用前景广泛，具有减震性好、比刚度高、比强度高、易切削加工等优点，是21世纪的绿色工程材料，现已广泛运用于汽车领域、航空航天领域、电子领域等。在汽车领域，有些镁合金通过热冲压、热煅的处理方式制成汽车底盘、汽车外壳等零件，大部分是通过铸造的方式来制成车身的多个零部件。近年来，随着科技的不断发展，国家轻量化的号召，镁合金材料在汽车方面的应用也越来越广泛。汽车的车身由原来的钢铁材料更换为镁合金材料，使车身的重量大大减小，同时也降低了对耗油量，减少有害气体的排放，有利于经济的可持续发展。此外，镁合金材料具有良好的减震性功能，在运动过程中可明显降低其噪音和震动，使车辆的性能大幅度提高。截至目前，已经有多达几十个零部件的镁合金材料在汽车领域运用，包括仪表盘、方向轴盘、变速箱壳、发动机的阀门盖、汽车车身等。
用于制造汽车零部件的镁合金种类较多，包括mg-mn合金、mg-zn合金和mg-al合金。其中，mg-al合金用量最大，因为添加al元素能提高镁合金的强度及铸造性能，而且成本较低。在mg-al合金加入少量mn元素可降低杂质fe的含量比。基于al、mn元素设计的镁合金牌号有az系列的az91d和am系列的am60等。
但镁合金存在许多缺点，包括塑性较差、加工困难等。此外，镁铝系列的镁合金结晶温度相对较宽、体积收缩率大、热导率低，其晶粒更易于粗化；镁合金在凝固过程中，第二相β-mg17al12粗大，且沿晶界呈网状分布，大大降低了镁合金的性能。这些缺点使镁合金的发展受到严重限制。并且，镁合金的耐腐蚀性差，镁合金在多盐环境下耐水腐蚀性与铸铝合金差不多，但它们的耐电化学腐蚀性能非常差。因此当镁合金部件与钢部件连接在一起时，或者两个镁合金部件使用钢紧固件进行连接时，镁合金会加速腐蚀。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够弥补现有技术产品的缺陷，使镁合金产品能够具有良好的强度、可加工性和耐腐蚀性的镁合金铸件的热处理工艺。具体如下：
一种镁合金铸件的热处理工艺，其特征在于，将镁合金铸件进行热处理，先加热到500~600℃淬火，淬火冷却时采用高分子聚合物水溶液作为淬火液，再将冷却后的镁合金铸件在350~400℃保温2~3h回火，空冷至室温后，再次加热至350~450℃保温1~2h二次回火，再空冷至室温。
所述淬火液为由如下质量百分比的组分混制而成的高分子聚合物水溶液：15％聚丙烯酰胺、10％聚醚多元醇、10％三乙醇胺、5％羟乙基纤维素、1％苯甲酸钠、0.5％聚氨基甲酸酯、0.2％乙二醇、0.2％高碳醇类消泡剂，余量为水；其中，所述聚丙烯酰胺的分子量大于1000万。
优选地，所述热处理前先进行熔炼，熔炼时采用氮气保护，将熔炼炉预热至400~450℃，再将mg-al合金以固体状态加入到熔炼炉中升温至700~750℃，再加入含稀土la的zn-mn中间合金，继续升温至800~820℃，待合金完全熔化后静置2~3h，进行揽拌，使各元素在熔炼炉中分布均匀，随后降温至650~700℃保温1.5~3h，然后继续降温至200~220℃后，重新加热至600~650℃，得到合金液，之后，再采用氮气保护将所述合金液进行浇铸，浇铸前将铸型预热到200~250℃，冷却后得到所述镁合金铸件。
优选地，所述热处理后的镁合金铸件进行冷加工，然后时效1~2h，时效温度为150~200℃，然后水冷至100~120℃，空冷至室温，得到镁合金产品。
更优选地，所述冷加工的变形量为20~25%。
更优选地，所述镁合金产品的屈服强度≥450mpa，延伸率≥14%。
更优选地，所述镁合金产品包含以下元素组成：al:2.50-3.50%，zn:2.00-2.50%，mn:1.00-1.50%，la:0.50-1.50%，ga:0.10-0.20%，sn:0.10-0.20%，ge:0.05-0.10%，b:0.10-0.20%，余量为mg和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比。
本发明至少具有以下有益效果：
1、根据本发明实施例对现有的熔炼工艺的改进，在镁合金熔体中生成金属间化合物颗粒，有效提高形核率，使晶粒得以细化；添加含稀土la的zn-mn中间合金，在镁合金熔体中进一步增加有效形核核心，促进晶粒进一步细化。
2、根据本发明实施例对淬火液的选择，其具有高的粘度，能够有效降低淬火液的冷却速度，从而在保证镁合金铸件力学性能的前提下大幅降低了铸件开裂风险，淬火液的冷却性能不仅能满足铸件冷却时不开裂，还能够保证铸件冷却的均匀性和稳定性。
具体实施方式
向镁合金熔体中添加少许合金元素，能有效改善镁合金的组织并使晶粒得以细化。目前，添加合金元素法研究较为广泛。其细化机理是随着合金元素的加入，会在合金的固液界面形成成分过冷，含合金元素的化合物也会产生偏聚，抑制晶粒长大，从而达到晶粒细化的目的。本发明在镁合金的合金成分上做了改良，利用元素间的协同作用，提高了镁合金产品的综合性能。例如，mn元素容易与有害杂质结合，消除了有害元素对合金耐蚀性的损害，ga元素的加入可以促进mn元素这一作用，大大降低了合金的腐蚀速度，延长了产品寿命。稀土la和zn元素可有效细化铸件的晶粒，屈服强度得到较大提升。
尽管在现有技术中镁合金的退火、淬火、回火等热处理工艺有很多可选方式，但为了使镁合金利用沿晶界形成的第二相获得更好的力学性能，本发明采用了利用淬火液进行的淬火过程和二次回火来获得所需要的均质化时间。但更多或更复杂的淬火和回火将增加经济上的成本，因此，本发明选择了淬火（高分子聚合物水溶液作为淬火液）+二次回火的优化热处理方式。
下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
一种镁合金铸件的热处理工艺，将镁合金铸件进行热处理，先加热到500℃淬火，淬火冷却时采用高分子聚合物水溶液作为淬火液，再将冷却后的镁合金铸件在350℃保温3h回火，空冷至室温后，再次加热至350℃保温2h二次回火，再空冷至室温。所述淬火液为由如下质量百分比的组分混制而成的高分子聚合物水溶液：15％聚丙烯酰胺、10％聚醚多元醇、10％三乙醇胺、5％羟乙基纤维素、1％苯甲酸钠、0.5％聚氨基甲酸酯、0.2％乙二醇、0.2％高碳醇类消泡剂，余量为水；其中，所述聚丙烯酰胺的分子量大于1000万。所述热处理前先进行熔炼，熔炼时采用氮气保护，将熔炼炉预热至400℃，再将mg-al合金以固体状态加入到熔炼炉中升温至700℃，再加入含稀土la的zn-mn中间合金，继续升温至800℃，待合金完全熔化后静置3h，进行揽拌，使各元素在熔炼炉中分布均匀，随后降温至650℃保温3h，然后继续降温至200℃后，重新加热至600℃，得到合金液，之后，再采用氮气保护将所述合金液进行浇铸，浇铸前将铸型预热到200℃，冷却后得到所述镁合金铸件。所述热处理后的镁合金铸件进行冷加工，冷加工的变形量为20%，然后时效2h，时效温度为150℃，然后水冷至100℃，空冷至室温，得到镁合金产品。所述镁合金产品的屈服强度为450mpa，延伸率为14%。所述镁合金产品包含以下元素组成：al:2.50%，zn:2.00%，mn:1.50%，la:1.50%，ga:0.10%，sn:0.10%，b:0.10%，ge:0.05%，余量为mg和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比。
实施例2：
一种镁合金铸件的热处理工艺，将镁合金铸件进行热处理，先加热到600℃淬火，淬火冷却时采用高分子聚合物水溶液作为淬火液，再将冷却后的镁合金铸件在400℃保温2~3h回火，空冷至室温后，再次加热至450℃保温1h二次回火，再空冷至室温。所述淬火液为由如下质量百分比的组分混制而成的高分子聚合物水溶液：15％聚丙烯酰胺、10％聚醚多元醇、10％三乙醇胺、5％羟乙基纤维素、1％苯甲酸钠、0.5％聚氨基甲酸酯、0.2％乙二醇、0.2％高碳醇类消泡剂，余量为水；其中，所述聚丙烯酰胺的分子量大于1000万。所述热处理前先进行熔炼，熔炼时采用氮气保护，将熔炼炉预热至450℃，再将mg-al合金以固体状态加入到熔炼炉中升温至750℃，再加入含稀土la的zn-mn中间合金，继续升温至820℃，待合金完全熔化后静置2h，进行揽拌，使各元素在熔炼炉中分布均匀，随后降温至700℃保温1.5h，然后继续降温至220℃后，重新加热至650℃，得到合金液，之后，再采用氮气保护将所述合金液进行浇铸，浇铸前将铸型预热到250℃，冷却后得到所述镁合金铸件。所述热处理后的镁合金铸件进行冷加工，冷加工的变形量为25%，然后时效1h，时效温度为200℃，然后水冷至120℃，空冷至室温，得到镁合金产品。所述镁合金产品的屈服强度为460mpa，延伸率为15%。所述镁合金产品包含以下元素组成：al:3.50%，zn:2.50%，mn:1.00%，la:0.50%，ga:0.20%，sn:0.10%，b:0.15%，ge:0.05%，余量为mg和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比。
实施例3：
一种镁合金铸件的热处理工艺，将镁合金铸件进行热处理，先加热到550℃淬火，淬火冷却时采用高分子聚合物水溶液作为淬火液，再将冷却后的镁合金铸件在380℃保温2.5h回火，空冷至室温后，再次加热至380℃保温1.5h二次回火，再空冷至室温。所述淬火液为由如下质量百分比的组分混制而成的高分子聚合物水溶液：15％聚丙烯酰胺、10％聚醚多元醇、10％三乙醇胺、5％羟乙基纤维素、1％苯甲酸钠、0.5％聚氨基甲酸酯、0.2％乙二醇、0.2％高碳醇类消泡剂，余量为水；其中，所述聚丙烯酰胺的分子量大于1000万。所述热处理前先进行熔炼，熔炼时采用氮气保护，将熔炼炉预热至430℃，再将mg-al合金以固体状态加入到熔炼炉中升温至720℃，再加入含稀土la的zn-mn中间合金，继续升温至810℃，待合金完全熔化后静置2.5h，进行揽拌，使各元素在熔炼炉中分布均匀，随后降温至680℃保温2h，然后继续降温至210℃后，重新加热至620℃，得到合金液，之后，再采用氮气保护将所述合金液进行浇铸，浇铸前将铸型预热到220℃，冷却后得到所述镁合金铸件。所述热处理后的镁合金铸件进行冷加工，冷加工的变形量为22%，然后时效1.5h，时效温度为180℃，然后水冷至110℃，空冷至室温，得到镁合金产品。所述镁合金产品的屈服强度为450mpa，延伸率为14%。所述镁合金产品包含以下元素组成：al:2.80%，zn:2.20%，mn:1.20%，la:0.80%，ga:0.15%，sn:0.15%，b:0.15%，ge:0.08%，余量为mg和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比。
对比例1：
将不同于本发明镁合金的成分作为原料，特别不含有或含有含量不同的稀土la、mn、ga、sn、zn和ge等合金元素时，由于元素比例的改变，导致采用相同的熔炼工艺时，镁合金的耐蚀性和可加工性仍然较差，在热处理工艺处理后，所得到的镁合金成品的屈服强度仅为380mpa，延伸率仅为10%。
对比例2：
将元素成分和比例与本发明技术方案相同的镁合金，仅采用现有技术中的热处理方式，其所得到的镁合金由于缺少淬火和二次回火步骤，有明显晶粒粗化的现象，易产生缩送、热裂等缺陷，所得到的镁合金成品的屈服强度仅为350mpa，延伸率仅为10%。
对比例3：
不对热处理后的镁合金采用高分子聚合物水溶液作为淬火液，则所得到的镁合金由于冷却速度过高，很可能导致共晶组织向粗大连续“蜂窝”状的结构转变，使产品塑性降低，所得到的镁合金成品的屈服强度为360mpa，延伸率仅为7%。
由实施例1-3和对比例1-3可以看出，本发明通过对现有的熔炼工艺的改进，在镁合金熔体中生成金属间化合物颗粒，有效提高形核率，使晶粒得以细化；添加含稀土la的zn-mn中间合金，在镁合金熔体中进一步增加有效形核核心，促进晶粒进一步细化。并且，本发明淬火液的冷却性能不仅能满足铸件冷却时不开裂，还能够保证铸件冷却的均匀性和稳定性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。