一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括：采用氬氣加氫氣的混合氣體作為氫元素置換強化氣氛，并將壓力設置為0.14?0.155MPa，固溶處理溫度設置為500?510℃；經保溫，排氣，通氮氣后進行淬火，淬火介質采用102?108℃的機油。為了應對各行業(yè)對高強度薄壁鎂合金鑄件的迫切需求，結合鎂?稀土?鋯?鋅(銀)系高強度鑄造鎂合金組織特點、快速高效熱處理工藝需求和安全生產要求，本發(fā)明開創(chuàng)性的提出一種能對鎂?稀土?鋯?鋅(銀)系高強度鑄造鎂合金進行高效、穩(wěn)定和安全系數高的熱處理的方法。
【專利說明】
一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及金屬材料技術領域，具體涉及高強韌鑄造鎂合金熱處理方法。
【背景技術】
[0002]由于航空、航天、軍工和汽車等行業(yè)內減重、節(jié)能、環(huán)保及部件高度集成化和輕薄化的要求愈發(fā)迫切，近年來鑄造鎂合金在這些領域獲得了廣泛的應用。鎂合金由于密度低、資源豐富、回收方便、比強度高、比剛度高等特點，己逐漸確立作為世界第三大金屬工程材料的地位。雖然鑄造鎂合金性能優(yōu)越，應用前景廣闊，但是鎂元素化學性能活潑，導致鑄造鎂合金材料熱處理工藝復雜，特別是對于含鋅、稀土和、鋯和銀元素的高強度薄壁鎂合金鑄件，常規(guī)固溶時效熱處理工藝不能達到強化鑄件性能的目的，這已成為限制高強度薄壁鎂合金鑄件在航天、航空和國防等領域廣泛應用的主要問題之一。
[0003]將鎂合金材料在空氣中進行高溫長時間保溫的固溶處理不適合于鎂-鋅-稀土-鋯-銀系高強度鑄造鎂合金。因為此合金鑄造過程中會形成鎂-鋅-稀土和鎂-稀土-銀這兩種高溫穩(wěn)定相，這兩種三元合金化合物需要在高溫下(大于510°C)長時間保溫(保溫時間大于24h)，才能固溶到晶界附近區(qū)域，但是，在固溶的同時還會伴隨著晶粒大幅長大的現象，而晶粒長大對鑄態(tài)鎂合金力學性能的下降效果遠遠大于固溶強化效果。
[0004]在文獻《氫化處理ZM8高強度鑄造鎂合金》中提及了一種鎂合金熱處理方法。該方法采用將鎂-鋅-稀土系鑄造鎂合金在480°C的氫氣氣氛中保溫24小時，并在150°C下時效處理24小時，獲得了合金組織均勻細小、鎂-鋅-稀土三元合金箱固溶較好的鎂合金材料。該方法方便簡單，易于實施，能對鎂-鋅-稀土系鑄造鎂合金進行良好完全的熱處理強化。但是該工藝方法對鎂-鋅-稀土-鋯-銀系高強度薄壁鎂合金鑄件適用性不好，首先，鎂-鋅-稀土-鋯-銀系高強度鑄造鎂合金中含有比鎂-鋅-稀土三元化合物高溫穩(wěn)定性更好的鎂-稀土-銀三元相，該三元相需要在500°C才能有較好的氫元素置換強化效果；其次，對于薄壁鎂合金鑄件，長時間保溫條件下，會導致晶粒長大，損害鑄件力學性能;再次，將高危險系數的單一氫氣氣氛加熱至500°C并長時間保持正壓力狀態(tài)，易導致安全事故發(fā)生，使得氫氣氣氛熱處理爐會成為重大危險源。

【發(fā)明內容】

[0005]為了應對各行業(yè)對高強度薄壁鎂合金鑄件的迫切需求，結合鎂-稀土-鋯-鋅(銀)系高強度鑄造鎂合金組織特點、快速高效熱處理工藝需求和安全生產要求，本發(fā)明開創(chuàng)性的提出一種能對鎂-稀土-鋯-鋅(銀)系高強度鑄造鎂合金進行高效、穩(wěn)定和安全系數高的熱處理的方法。
[0006]—種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括:采用氬氣加氫氣的混合氣體作為氫元素置換強化氣氛，并將壓力設置為0.14-0.15510^，固溶處理溫度設置為500-510°(:;經保溫，排氣，通氮氣后進行淬火，淬火介質采用102-108°C的機油。
[0007]本發(fā)明采用氬氣加氫氣的混合氣體作為氫元素置換強化氣氛，提高高溫固溶處理安全性;配合恰當的工藝步驟和參數，不僅提高氫元素與鎂-鋅-稀土三元化合物及鎂-稀土-銀三元相發(fā)生置換反應的驅動力，還能增加銀元素和鋅元素在鎂基體中的固溶速度，減少固溶處理時間；同時，提高固溶處理效果，降低高強薄壁鎂合金鑄件在淬火過程中發(fā)生開裂和氧化的風險。并且，使鑄件達到最佳時效強化效果。經本發(fā)明處理后的鎂-稀土-鋯-鋅(銀)系高強度鑄造鎂合金材料，室溫抗拉強度可達350MPa，屈服強度達到235MPa，斷后伸長率達到11 %。
[0008]具體的，上述高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括如下步驟:
[0009](I)將鎂合金鑄件放入鎂合金熱處理爐中，首先進行抽真空處理，使得真空度達到-0.07?-0.08MPa ；使用氮氣填充鎂合金熱處理爐，使得爐內氣壓達到常壓，打開熱處理爐排氣口，并繼續(xù)由熱處理爐底部向爐體內通氮氣1-3分鐘，氮氣通入速度為1-1.5m3/min;關閉熱處理爐排氣口，將鎂合金熱處理爐進行抽真空處理，使得真空度達到-0.07?-
0.08MPa，然后向爐體內通過氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣和氫氣的體積比為1.3:1)，直到爐體內氣壓達到0.14-0.155MPa，關閉進氣口，爐體內開始加熱升溫；
[0010]⑵當爐體溫度達到500-510 °C時，開始對鑄件進行保溫，保溫時間為10-20小時；
[0011](3)保溫結束后，打開熱處理爐排氣口，將爐內氣體經水槽排入空氣中，當爐內氣壓達到常壓后，由熱處理爐底部向爐體內通入預熱至90-95°C的氮氣20-40秒，氮氣通入速度為1-1.5m3/min ；
[0012](4)打開熱處理爐，將鎂合金鑄件放入102-108°C的混合機油內進行淬火處理(混合機油由10號機油和30號機油構成，兩種機油的質量百分比為1:3);
[0013](5)固溶處理完成后兩小時內，對鑄件進行時效處理;時效處理溫度為140-146°C，時效處理時間為48-50小時。
[0014]有益效果
[0015]1.本發(fā)明所述的鎂合金熱處理方法，采用氬氣加氫氣的混合氣體作為氫元素置換強化氣氛，比純氫氣置換強化氣氛具有更高的安全性;配合恰當的工藝步驟和參數，不僅使得氫元素置換反應速度更快，置換程度更徹底，銀元素和鋅元素固溶效果更好；同時，鎂合金在淬火過程中發(fā)生開裂和氧化的風險大大降低;并且，使鑄件達到最佳時效強化效果。使用本發(fā)明所述熱處理工藝方法制備鎂-鋅-稀土-鋯-銀系鑄造鎂合金，室溫抗拉強度可達350MPa，屈服強度達到235MPa，斷后伸長率達到11%。
[0016]2.本發(fā)明所述鎂合金熱處理方法適合通過砂型、石膏型、殼型和金屬型等生產的鑄件，工藝方法簡單，安全性高，強化效果好，工藝穩(wěn)定性好，適合于大規(guī)模推廣應用。
【具體實施方式】
[0017]以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0018]實施例1:ZE41A
[0019]一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括以下步驟:
[0020](I)將ZE41A鎂合金鑄件放入鎂合金熱處理爐中，首先進行抽真空處理，使得真空度達到-0.07MPa;使用氮氣填充鎂合金熱處理爐，使得爐內氣壓達到常壓，打開熱處理爐排氣口，并繼續(xù)由熱處理爐底部向爐體內通氮氣I分鐘，氮氣通入速度為1.5m3/min;關閉熱處理爐排氣口，將鎂合金熱處理爐進行抽真空處理，使得真空度達到-0.07MPa，然后向爐體內通過氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣和氫氣的體積比為1.3:1)，直到爐體內氣壓達到
0.14MPa，關閉進氣口，爐體內開始加熱升溫。
[0021 ] (2)當爐體溫度達到505 °C時，開始對鑄件進行保溫，保溫時間為1小時。
[0022](3)保溫結束后，打開熱處理爐排氣口，將爐內氣體經水槽排入空氣中，當爐內氣壓達到常壓后，由熱處理爐底部向爐體內通入預熱至90°C的氮氣30秒，氮氣通入速度為
1.5m3/min。
[0023](4)打開熱處理爐，將鎂合金鑄件放入106 0C的混合機油內進行淬火處理(混合機油由10號機油和30號機油構成，兩種機油的質量百分比為1:3)。
[0024](5)固溶處理完成后兩小時內，對鑄件進行時效處理。時效處理溫度為140°C，時效處理時間為48小時。
[0025]本實施例ZE41A鑄造鎂合金經熱處理后，室溫抗拉強度為253MPa，屈服強度為171MPa，斷后伸長率為6.5%。
[0026]實施例2:QE22A
[0027]一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括以下步驟:
[0028](I)將QE22A鎂合金鑄件放入鎂合金熱處理爐中，首先進行抽真空處理，使得真空度達到-0.076MPa ；使用氮氣填充鎂合金熱處理爐，使得爐內氣壓達到常壓，打開熱處理爐排氣口，并繼續(xù)由熱處理爐底部向爐體內通氮氣2分鐘，氮氣通入速度為1.25m3/min;關閉熱處理爐排氣口，將鎂合金熱處理爐進行抽真空處理，使得真空度達到-0.076MPa，然后向爐體內通過氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣和氫氣的體積比為1.3:1)，直到爐體內氣壓達到
0.148MPa，關閉進氣口，爐體內開始加熱升溫。
[0029](2)當爐體溫度達到500°C時，開始對鑄件進行保溫，保溫時間為16.5小時。
[0030](3)保溫結束后，打開熱處理爐排氣口，將爐內氣體經水槽排入空氣中，當爐內氣壓達到常壓后，由熱處理爐底部向爐體內通入預熱至95°C的氮氣40秒，氮氣通入速度為lm3/min。
[0031](4)打開熱處理爐，將鎂合金鑄件放入102 °C的混合機油內進行淬火處理(混合機油由10號機油和30號機油構成，兩種機油的質量百分比為1:3)。
[0032](5)固溶處理完成后2小時內，對鑄件進行時效處理。時效處理溫度為142°C，時效處理時間為49小時。
[0033]本實施例的QE22A鑄造鎂合金經熱處理后，室溫抗拉強度為305MPa，屈服強度為212MPa，斷后伸長率為6%。
[0034]實施例3:Mg-5.5Zn-0.75Zr_l.4Ce_l.7Nd_0.65Ag鑄造鎂合金
[0035]一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括以下步驟:
[0036](I)將Mg-5.5Zn-0.75Zr_l.4Ce_l.7Nd-0.65Ag鑄造鎂合金鑄件放入鎂合金熱處理爐中，首先進行抽真空處理，使得真空度達到-0.0SMPa;使用氮氣填充鎂合金熱處理爐，使得爐內氣壓達到常壓，打開熱處理爐排氣口，并繼續(xù)由熱處理爐底部向爐體內通氮氣3分鐘，氮氣通入速度為lm3/min;關閉熱處理爐排氣口，將鎂合金熱處理爐進行抽真空處理，使得真空度達到-0.08MPa，然后向爐體內通過氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣和氫氣的體積比為1.3:1)，直到爐體內氣壓達到0.155MPa，關閉進氣口，爐體內開始加熱升溫。
[0037](2)當爐體溫度達到510 °C時，開始對鑄件進行保溫，保溫時間為20小時。
[0038](3)保溫結束后，打開熱處理爐排氣口，將爐內氣體經水槽排入空氣中，當爐內氣壓達到常壓后，由熱處理爐底部向爐體內通入預熱至93°C的氮氣20秒，氮氣通入速度為
1.3m3/min ；
[0039](4)打開熱處理爐，將鎂合金鑄件放入108 °C的混合機油內進行淬火處理(混合機油由10號機油和30號機油構成，兩種機油的質量百分比為1:3)。
[0040](5)固溶處理完成后兩小時內，對鑄件進行時效處理。時效處理溫度為146°C，時效處理時間為50小時。
[0041 ] 本實施例的Mg-5.5Zn-0.75Zr_l.4Ce_l.7Nd_0.65Ag鑄造鎂合金經熱處理后，室溫抗拉強度為350MPa，屈服強度為235MPa，斷后伸長率為11 %。
【主權項】
1.一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括:采用氬氣加氫氣的混合氣體作為氫元素置換強化氣氛，并將壓力設置為0.14-0.155MPa，固溶處理溫度設置為500-510 °C ；經保溫，排氣，通氮氣后進行淬火，淬火介質采用102-108°C的機油。2.如權利要求1所述的高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，包括如下步驟: (1)將鎂合金鑄件放入鎂合金熱處理爐中，首先進行抽真空處理，使得真空度達到-0.07?-0.08MPa ；使用氮氣填充鎂合金熱處理爐，使得爐內氣壓達到常壓，打開熱處理爐排氣口，并繼續(xù)由熱處理爐底部向爐體內通氮氣1-3分鐘，氮氣通入速度為1-1.5m3/min;關閉熱處理爐排氣口，將鎂合金熱處理爐進行抽真空處理，使得真空度達到-0.07?-0.08MPa，然后向爐體內通過氬氣和氫氣的混合氣體，直到爐體內氣壓達到0.14-0.155MPa，關閉進氣口，爐體內開始加熱升溫； (2)當爐體溫度達到500-510°C時，開始對鑄件進行保溫，保溫時間為10-20小時； (3)保溫結束后，打開熱處理爐排氣口，將爐內氣體經水槽排入空氣中，當爐內氣壓達到常壓后，由熱處理爐底部向爐體內通入預熱至90-95°C的氮氣20-40秒，氮氣通入速度為1-1.5m3/min； (4)打開熱處理爐，將鎂合金鑄件放入102-108°C的機油內進行淬火處理； (5)固溶處理完成后兩小時內，對鑄件進行時效處理;時效處理溫度為140-146°C，時效處理時間為48-50小時。3.如權利要求2所述的高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，所述步驟(I)中的氬氣和氫氣的體積比為1.3:1。4.如權利要求1、2或3所述的高強韌鑄造鎂合金熱處理方法，所述步驟(4)中的機油為混合機油，由10號機油和30號機油按照1:3的質量比混合而成。
【文檔編號】C22F1/02GK105821355SQ201610398539
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】陳強, 萬元元, 黃志偉, 鄧天泉, 趙祖德, 寧海青, 柴舒心, 魯美琪
【申請人】中國兵器工業(yè)第五九研究所