專利名稱：一種鎂、鋁合金材料或構(gòu)件的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種提高鎂、鋁合金材料或構(gòu)件強(qiáng)度、減小殘余應(yīng)カ的時(shí)效熱處理方法，屬于熱處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般鎂、鋁合金材料或構(gòu)件加工過程 中均需經(jīng)固溶ー淬火ー時(shí)效處理，淬火處理時(shí)容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在機(jī)械加工過程中容易導(dǎo)致失效或降低尺寸精度。隨著制造業(yè)對(duì)構(gòu)件承載性能及尺寸精度要求的不斷提高，既需要獲得高力學(xué)性能，又需要大幅度消減其殘余應(yīng)力。振動(dòng)處理是采用使件振動(dòng)來降低件內(nèi)部殘余應(yīng)カ的ー種方法，通過在件上施加一個(gè)大小一定的周期性循環(huán)動(dòng)應(yīng)力，使得動(dòng)應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的合力超過材料的屈服極限，在件內(nèi)部產(chǎn)生微小的塑性變形，從而使件中原有的殘余應(yīng)カ得到松弛和均化。然而，一般的振動(dòng)消減殘余應(yīng)カ處理大多安排在強(qiáng)化熱處理之后，并在室溫下進(jìn)行，相關(guān)的エ藝流程為固溶一淬火ー時(shí)效ー振動(dòng)處理，從上述流程可以出，由于振動(dòng)時(shí)材料屈服極限已經(jīng)處于較高的水平，使得動(dòng)應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的合力很難超過材料屈服極限，降低了振動(dòng)消減殘余應(yīng)カ的效果。一般消減殘余應(yīng)カ的去應(yīng)カ退火相關(guān)的エ藝流程為固溶一淬火ー時(shí)效ー加工一去應(yīng)カ退火，從上述流程可以出，去應(yīng)カ退火會(huì)使鎂、鋁合金中此前在時(shí)效熱處理過程中形成的強(qiáng)化相粗化、甚至失去與基體的共格特性，從而降低強(qiáng)度。綜上所述，鎂、鋁合金材料或構(gòu)件經(jīng)一般的固溶-淬火-時(shí)效處理流程后，雖然能獲得高強(qiáng)度，但殘余應(yīng)カ大。針對(duì)這種不足提出的固溶-淬火-時(shí)效-振動(dòng)處理流程，雖能消減部分殘余應(yīng)力，但由于振動(dòng)處理選擇在屈服強(qiáng)度較高的時(shí)效狀態(tài)，降低了振動(dòng)消減殘余應(yīng)カ的效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低鎂、鋁合金材料或構(gòu)件的殘余應(yīng)力，本發(fā)明提供ー種鎂、鋁合金材料或構(gòu)件的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法，在材料或構(gòu)件時(shí)效熱處理過程中引入振動(dòng)，即提高強(qiáng)度，又降低殘余應(yīng)力。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是ー種鎂、鋁合金材料或構(gòu)件的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法，包括以下步驟步驟一將需處理的鎂合金件或鋁合金件固定于加熱爐內(nèi)，再將加熱爐置于設(shè)有激振器的振動(dòng)平臺(tái)上；步驟ニ 在合金件加熱時(shí)同時(shí)通過振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)。所述的方法，所述的步驟ニ中，在振動(dòng)過程中至少在ー對(duì)相互垂直的方向上各施加一次振動(dòng)，且每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間少于O. 25h，可根據(jù)件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、殘余應(yīng)カ的分布情況及熱處理制度確定進(jìn)行多次振動(dòng)，振動(dòng)的間隔時(shí)間可任意變化。振動(dòng)次數(shù)越長，施加振動(dòng)的相互垂直的方向數(shù)越多，消減殘余應(yīng)カ的效果越明顯。所述的方法，所述的步驟ニ中，合金件的加熱溫度范圍為100 350°C。
所述的方法，所述的步驟ニ中，在加熱時(shí)采用保護(hù)性氣氛對(duì)合金件進(jìn)行防氧化保護(hù)，保護(hù)性氣氛可選擇sf6、SO2, CO2、惰性氣體等。所述的方法，所述的步驟ニ中，在進(jìn)行振動(dòng)之前，先測試加載合金件后振動(dòng)平臺(tái)的固有頻率f，獲得固有頻率f后，通過調(diào)節(jié)激振器功率，使振動(dòng)平臺(tái)在O. 75、. 95倍固有頻率f的激振頻率范圍內(nèi)獲得5(Tl00m/s2的加速度，再以此時(shí)激振器的功率狀態(tài)為基準(zhǔn)對(duì)合金件進(jìn)行振動(dòng)處理。本發(fā)明與現(xiàn)有同類型技術(shù)相比，將一般的“固溶一淬火ー時(shí)效ー振動(dòng)”四個(gè)エ序合并為三個(gè)エ序，即“固溶ー淬火ー時(shí)效十振動(dòng)”，將一般在“時(shí)效”之后才進(jìn)行的振動(dòng)提前到與時(shí)效過程中進(jìn)行。這樣能帶來以下好處一是淬火后材料的屈服強(qiáng)度比時(shí)效后的低，動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)カ的合力更容易使局部產(chǎn)生微小塑性變形，從而消減殘余應(yīng)力。ニ是局部微小塑性變形能促進(jìn)析出強(qiáng)化相非均勻形核、長大，不僅縮短了時(shí)效時(shí)間，節(jié)約能源，而且有利于析出相均勻分布，從而獲得比一般時(shí)效處理更高的強(qiáng)度。 本發(fā)明與現(xiàn)有同類型技術(shù)相比，由于至少在ー對(duì)相互垂直的方向上通過激振器施加振動(dòng)，使不同方向的殘余應(yīng)カ均能得到消減。因此，施加振動(dòng)的相互垂直的方向數(shù)越多，消減殘余應(yīng)カ的效果越好。此外，隨著時(shí)效的進(jìn)行，材料的性質(zhì)不斷變化，從而其固有頻率也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，因此，多次進(jìn)行振動(dòng)，振動(dòng)累積時(shí)間越長，消減殘余應(yīng)カ的效果越好。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例采用鉆孔應(yīng)變釋放法，按CB3395-1992測量板材的殘余應(yīng)カ；采用拉伸試驗(yàn)法，按GB/T228-2010測量板材的常溫力學(xué)性能。實(shí)施例IMg-8Gd-3Y-0. 4Zr合金同批次的2塊板材(500_X 300_X 20_，分別稱為1#板和2#板)采用相同的制度進(jìn)行固溶ー淬火處理。隨后1#板采用本發(fā)明的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法，即板材固定于振動(dòng)平臺(tái)上的加熱裝置內(nèi)，加熱制度為215° CX12h，采用SF6,為保護(hù)性氣氛對(duì)合金進(jìn)行防氧化保護(hù)，同時(shí)在振動(dòng)平臺(tái)選定ー對(duì)相互垂直的方向(X，Y)上用激振器產(chǎn)生振動(dòng)，在振動(dòng)前測得X方向上的固有頻率為3512Hz，Y方向上的固有頻率為3310Hz，據(jù)此將X方向激振器的振動(dòng)頻率設(shè)為其固有頻率的O. 95倍，獲得100m/S2的加速度，Y方向激振器的振動(dòng)頻率設(shè)為其固有頻率的O. 95倍，獲得90m/s2的加速度，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為12h ；2#板進(jìn)行常規(guī)的時(shí)效處理，即時(shí)效制度為215° CX24h。經(jīng)上述處理后，1#板的殘余應(yīng)カ為45MPa，極限抗拉強(qiáng)度σ b=385MPa，σ 0 2=330MPa,延伸率δ =3. 5% ；2#板的殘余應(yīng)カ為 62MPa，σ b=370MPa, σ 2=320MPa，δ =3. 0%。實(shí)施例2Mg-8Gd-3Y-0. 4Zr合金同批次2個(gè)壁厚7mm筒形件(Φ 400mm X 800mm,分別稱為3#筒和4#筒)采用相同的制度進(jìn)行固溶ー淬火處理。隨后3#筒采用本發(fā)明的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法，即板材固定于振動(dòng)平臺(tái)上的加熱裝置內(nèi)，加熱制度為215° CXIOh，采用SO2作為保護(hù)性氣氛對(duì)合金進(jìn)行防氧化保護(hù)，同時(shí)在振動(dòng)平臺(tái)選定三對(duì)相互垂直的方向((XI，Yl), (X2，Y2)，(X3，Y3))上用激振器產(chǎn)生振動(dòng)，在振動(dòng)前測得XI、X2、X3方向上的固有頻率分別為3512Hz,2075Hz,3065Hz, YU Y2、Υ3方向上的固有頻率分別為2312Hz,2275Hz,2865Hz，據(jù)此將XI、X2、X3方向上的激振器的振動(dòng)頻率設(shè)為其固有頻率的O. 75倍，獲得50m/S2的加速度，YU Y2、Y3方向激振器的振動(dòng)頻率設(shè)為其固有頻率的O. 75倍，獲得53m/s2的加速度，每個(gè)方向毎次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為15 30分鐘；4#筒進(jìn)行常規(guī)的時(shí)效處理，即時(shí)效制度為215° CX 24h，隨后采用3512Hz，獲得40m/s2的加速度，進(jìn)行振動(dòng)處理。經(jīng)上述處理后，3# 筒殘余應(yīng)カ為 32MPa，σ b=390MPa, σ 0 2=340MPa, δ =3. 5%。4# 筒殘余應(yīng)カ為 55MPa，σb=365MPa, σ 0 2=310MPa, δ=2. 5%。實(shí)施例3Al-5. 3Zn-2. 3Mg_l. 3Cu 鋁合金同批次的 2 塊板材 IOOOmmX 800mmX 50mm，分別稱
為5#板和6#板)采用相同的制度進(jìn)行固溶ー淬火處理。隨后5#板采用本發(fā)明的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法處理，即板材固定于振動(dòng)平臺(tái)上的加熱裝置內(nèi)，加熱制度為120° CX8h，采用CO2作為保護(hù)性氣氛對(duì)合金進(jìn)行防氧化保護(hù)，同時(shí)在振動(dòng)平臺(tái)上選定與板材軋向與橫向平行的方向作為ー對(duì)相互垂直的振動(dòng)方向(X，Y)，在姆個(gè)方向上用激振器產(chǎn)生3次振動(dòng)，在三次振動(dòng)前分別測得X方向上的固有頻率為4523Ηζ、4373Ηζ、4568Ηζ，Y方向上的固有頻率分別為4335Ηζ、4275Ηζ、4835Ηζ，，據(jù)此將X方向上每次激振器的振動(dòng)頻率設(shè)為其固有頻 率的O. 8倍，獲得55m/s2的加速度，Y方向每次激振器的振動(dòng)頻率設(shè)為其固有頻率的O. 9倍，獲得80m/s2的加速度，每個(gè)方向每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為O. 5 Ih ；6#板進(jìn)行常規(guī)的時(shí)效處理，即時(shí)效制度為125° CX24h。經(jīng)上述處理后，5#板殘余應(yīng)カ為35MPa，σ b=535MPa,σ 0 2=470MPa, δ =8%。6# 板殘余應(yīng)カ為 85MPa，σ b=525MPa, σ 0 2=460MPa, δ =7%。
權(quán)利要求
1.ー種鎂、鋁合金材料或構(gòu)件的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟步驟ー將需處理的鎂合金件或鋁合金件固定于加熱爐內(nèi)，再將加熱爐置于設(shè)有激振器的振動(dòng)平臺(tái)上；步驟ニ 在合金件加熱時(shí)同時(shí)通過振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步驟ニ中，在振動(dòng)過程中至少在ー對(duì)相互垂直的方向上各施加一次振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步驟ニ中，合金件的加熱溫度范圍為 100 350°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步驟ニ中，在加熱時(shí)采用保護(hù)性氣氛對(duì)合金件進(jìn)行防氧化保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步驟ニ中，在進(jìn)行振動(dòng)之前，先測試加載合金件后振動(dòng)平臺(tái)的固有頻率f，獲得固有頻率f后,通過調(diào)節(jié)激振器功率,使振動(dòng)平臺(tái)在O. 75、. 95倍固有頻率f的激振頻率范圍內(nèi)獲得5(Tl00m/s2的加速度，再以此時(shí)激振器的功率狀態(tài)為基準(zhǔn)對(duì)合金件進(jìn)行振動(dòng)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂、鋁合金材料或構(gòu)件的時(shí)效振動(dòng)復(fù)合熱處理方法。其工藝路線為首先將件固定于振動(dòng)平臺(tái)上，并將件置于加熱裝置內(nèi)，在對(duì)件進(jìn)行加熱的同時(shí)施加振動(dòng)。本發(fā)明在通過熱處理提高合金力學(xué)性能的同時(shí)，利用振動(dòng)產(chǎn)生的微小塑性變形使件中原有的不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力得到松弛和均化，提高件在后續(xù)加工過程中的成形性及尺寸精度。
文檔編號(hào)C21D10/00GK102828015SQ201210293488
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者張新明, 葉凌英, 康建可, 鄧運(yùn)來, 唐昌平 申請(qǐng)人:中南大學(xué)