本发明涉及一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，具体涉及的是一种通过引入析出相来提升难再结晶的镁合金在搅拌摩擦焊过程中的再结晶速率，从而同步改善平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能。属有色金属材料加工技术领域。
背景技术：
镁合金是最轻的金属结构材料，已广泛应用于国防军工、航空航天和轨道列车等高新技术产业。然而，镁合金的应用仍限于次承力的结构件和压铸成形的承重件上，大尺寸的镁合金焊接件还无法满足战斗机、航天飞行器和高铁的安全强度需求。这是因为，焊缝区域的温度场和应力场沿焊核、热机影响区和热影响区呈梯度分布，导致热影响区屈服强度远低于母材，造成镁合金焊接件在中低温长期服役寿命低、承受冲击载荷的吸能性不足，特别是沿垂直焊缝方向的热影响区更易提前失效，引发安全事故。
由于稀土镁合金或高合金化镁合金的屈服强度较高，已尝试应用于国内外大多数镁合金焊接件。但是，焊缝中低温弯曲疲劳极限低、冲击韧性不足的缺点仍没有得到真正解决，而且，稀土镁合金或高合金化镁合金含大量溶质原子，通常阻碍焊接过程中的再结晶，导致再结晶速率小、再结晶完成程度低，晶粒不但没有细化，反而发生异常长大，严重损害焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。可见，当前急需提出能够稳定改善镁合金焊缝耐弯曲和抗冲击性能的方法。搅拌摩擦焊因具有无需焊料、无需保护气体、节能环保等其他焊接方法无法比拟的优点，本发明通过预置析出相质点，诱发难再结晶的稀土镁合金和高合金化镁合金迅速完成再结晶，并利用搅拌摩擦焊后的再次时效进一步对热影响区进行析出强化，从而实现镁合金焊缝耐弯曲和抗冲击性能的高效改善，特别是沿平行和垂直焊缝两个方向的性能同步改善。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，该方法设计合理、操作方便、成本低、效率高、可稳定改善镁合金焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。
为了达到上述目的，本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，包括：
通过对镁合金引入析出相来增大晶格畸变程度、加快再结晶速率，使难再结晶的稀土镁合金或高合金化镁合金在搅拌摩擦焊过程中迅速完成再结晶，从而提高焊缝屈服强度，改善焊缝的耐弯曲和抗冲击性能，具体包括以下步骤：
a.对固溶处理后的镁合金在180～280℃进行0.5～72h的时效处理、水淬；
b.在室温进行搅拌摩擦焊，转速为100～1000rpm，焊速为20～120mm/min；
c.对焊接后的镁合金在100～200℃进行0.5～6h的时效处理、水淬。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的a步骤时效温度为200～280℃。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的b步骤转速为100～800rpm，焊速为20～100mm/min。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的c步骤时效温度为120～200℃。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的c步骤时效温度比a步骤时效温度低15℃以上。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的耐弯曲性能是指在室温至200℃范围内的焊缝三点弯曲疲劳性能。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的抗冲击性能是指室温下的焊缝在冲击载荷作用下的吸能性能。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的耐弯曲性能和抗冲击性能分别指平行和垂直焊缝方向的性能。
本发明一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，所述的镁合金为稀土镁合金或高合金化镁合金，且稀土镁合金选自gw系或we系，高合金化镁合金选自az80、az91、ta83或zt64。
本发明提供的一种改善镁合金搅拌摩擦焊焊缝耐弯曲抗冲击性能的热处理方法，有以下几大优点：
1.针对难再结晶的稀土镁合金和高合金化镁合金，本发明通过预先引入析出相，可显著增加晶格畸变程度和再结晶形核质点，并利用较慢的转速和焊速，提升搅拌摩擦焊过程中焊核和热机影响区的再结晶速率和再结晶程度，形成细晶强化；同时，析出质点可阻碍热影响区内的晶界移动，有效避免热影响区的晶粒长大。
2.针对搅拌摩擦焊焊缝的热影响区晶粒细化程度低的缺点，本发明通过搅拌摩擦焊后的再次时效诱发热影响区晶粒内部再次析出，形成析出强化，缩小热影响区与焊缝其他区域的耐弯曲和抗冲击性能差距，实现平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能同步改善。
3.经本发明处理后的镁合金搅拌摩擦焊焊缝，沿平行和垂直焊缝的弯曲疲劳极限可分别提升1.3倍和1.5倍以上，沿平行和垂直焊缝的冲击韧性均可提升1.3倍以上。
4.本发明无需改变搅拌摩擦焊的设备、轴肩、焊针及焊接工艺参数，而着重于对镁合金焊缝区域微观组织结构的调控，工艺设计合理、流程短、操作方便、成本低、效率高，可应用于镁合金搅拌摩擦焊的各种连接方式，如上下连接、左右连接、l型连接或t型连接等。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
本实施例利用原材料为gw93镁合金，经固溶处理后，在180℃进行72h的时效处理、水淬，在室温进行搅拌摩擦焊，转速为100rpm、焊速为30mm/min，对焊接后的镁合金在100℃进行6h的时效处理、水淬；对所获得的镁合金焊缝沿平行和垂直焊缝方向分别进行耐弯曲和抗冲击性能测试，其中，耐弯曲性能测试温度为室温、循环加载频率为10hz，耐冲击测试温度为室温、试样预置v形缺口；作为对比，未经热处理、直接进行搅拌摩擦焊的gw93镁合金焊缝也在同样条件下进行平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能测试。测试结果如表1所示。
表1
由表1可知，经热处理后的gw93镁合金焊缝弯曲疲劳极限和冲击韧性沿平行和垂直焊缝方向均得到明显提升。可见，本发明能够有效改善稀土镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。
实施例2
本实施例利用原材料为we54镁合金，经固溶处理后，在220℃进行36h的时效处理、水淬，在室温进行搅拌摩擦焊、转速为500rpm，焊速为120mm/min，对焊接后的镁合金在160℃进行2h的时效处理、水淬；对所获得的镁合金焊缝沿平行和垂直焊缝方向分别进行耐弯曲和抗冲击性能测试，其中，耐弯曲性能测试温度为100℃、循环加载频率为10hz，耐冲击测试温度为室温、试样预置v形缺口；作为对比，未经热处理、直接进行搅拌摩擦焊的we54镁合金焊缝也在同样条件下进行平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能测试。测试结果如表2所示。
表2
由表2可知，经热处理后的we54镁合金焊缝弯曲疲劳极限和冲击韧性沿平行和垂直焊缝方向均得到明显提升。可见，本发明能够有效改善稀土镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。
实施例3
本实施例利用原材料为az80镁合金，经固溶处理后，在280℃进行0.5h的时效处理、水淬，在室温进行搅拌摩擦焊，转速为1000rpm、焊速为20mm/min，对焊接后的镁合金在200℃进行0.5h的时效处理、水淬；对所获得的镁合金焊缝沿平行和垂直焊缝方向分别进行耐弯曲和抗冲击性能测试，其中，耐弯曲性能测试温度为室温、循环加载频率为10hz，耐冲击测试温度为室温、试样预置v形缺口；作为对比，未经热处理、直接进行搅拌摩擦焊的az80镁合金焊缝也在同样条件下进行平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能测试。测试结果如表3所示。
表3
由表3可知，经热处理后的az80镁合金焊缝弯曲疲劳极限和冲击韧性沿平行和垂直焊缝方向均得到明显提升。可见，本发明能够有效改善高合金化镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。
实施例4
本实施例利用原材料为az91镁合金，经固溶处理后，在250℃进行2h的时效处理、水淬，在室温进行搅拌摩擦焊，转速为800rpm、焊速为40mm/min，对焊接后的镁合金在200℃进行2h的时效处理、水淬；对所获得的镁合金焊缝沿平行和垂直焊缝方向分别进行耐弯曲和抗冲击性能测试，其中，耐弯曲性能测试温度为200℃、循环加载频率为10hz，耐冲击测试温度为室温、试样预置v形缺口；作为对比，未经热处理、直接进行搅拌摩擦焊的az91镁合金焊缝也在同样条件下进行平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能测试。测试结果如表4所示。
表4
由表4可知，经热处理后的az91镁合金焊缝弯曲疲劳极限和冲击韧性沿平行和垂直焊缝方向均得到明显提升。可见，本发明能够有效改善高合金化镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。
实施例5
本实施例利用原材料为ta83镁合金，经固溶处理后，在200℃进行24h的时效处理、水淬，在室温进行搅拌摩擦焊，转速为500rpm、焊速为50mm/min，对焊接后的镁合金在150℃进行3h的时效处理、水淬；对所获得的镁合金焊缝沿平行和垂直焊缝方向分别进行耐弯曲和抗冲击性能测试，其中，耐弯曲性能测试温度为100℃、循环加载频率为10hz，耐冲击测试温度为室温、试样预置v形缺口；作为对比，未经热处理、直接进行搅拌摩擦焊的ta83镁合金焊缝也在同样条件下进行平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能测试。测试结果如表5所示。
表5
由表5可知，经热处理后的ta83镁合金焊缝弯曲疲劳极限和冲击韧性沿平行和垂直焊缝方向均得到明显提升。可见，本发明能够有效改善高合金化镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。
实施例6
本实施例利用原材料为zt64镁合金，经固溶处理后，在220℃进行48h的时效处理、水淬，在室温进行搅拌摩擦焊，转速为300rpm、焊速为80mm/min，对焊接后的镁合金在170℃进行2.5h的时效处理、水淬；对所获得的镁合金焊缝沿平行和垂直焊缝方向分别进行耐弯曲和抗冲击性能测试，其中，耐弯曲性能测试温度为室温、循环加载频率为10hz，耐冲击测试温度为室温、试样预置v形缺口；作为对比，未经热处理、直接进行搅拌摩擦焊的zt64镁合金焊缝也在同样条件下进行平行和垂直焊缝方向的耐弯曲和抗冲击性能测试。测试结果如表6所示。
表6
由表6可知，经热处理后的zt64镁合金焊缝弯曲疲劳极限和冲击韧性沿平行和垂直焊缝方向均得到明显提升。可见，本发明能够有效改善高合金化镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐弯曲和抗冲击性能。