[發(fā)明專利]一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310398444.0
• 申請(qǐng)日: 2013-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN103436828A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慧中;歐陽杰;梁霄鵬;姜俊;李軼;黃嵐;劉楚明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22F1/06
• 分類號(hào): C22F1/06
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝；屬于鎂合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂合金具有比重輕、阻尼性能良好、比強(qiáng)度和比剛度高、鑄造和切削性能優(yōu)異等一系列物理、力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，廣泛的用于航天、電子、汽車、國(guó)防等領(lǐng)域。鎂合金塑性差，變形難，鑄造鎂合金占鎂合金使用總量的90%，鑄造鎂合金中，Mg-Al系合金不含昂貴的稀土元素和Zr元素，因此Mg-Al系鑄造合金有更大的應(yīng)用空間。但Mg-Al系合金鑄造過程中會(huì)產(chǎn)生枝晶偏析，粗大的第二相會(huì)阻礙基體的塑性變形，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致材料斷裂，因此必須對(duì)鑄造Mg-Al系合金進(jìn)行均勻化熱處理。

研究表明（郭強(qiáng)，嚴(yán)紅革，陳振華?等.均勻化退火工藝對(duì)鑄態(tài)AZ80鎂合金組織與性能的影響[J].金屬熱處理，2006，7(31):77-80），通過對(duì)鑄態(tài)Mg-Al系合金進(jìn)行均勻化處理可以有效消除鑄錠的枝晶偏析，獲得組織成分均勻，綜合力學(xué)性能優(yōu)異的鑄態(tài)鎂合金。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鑄造Mg-Al系合金的均勻化處理作出了一定的研究，建立了一系列理論和工藝規(guī)范。Mg-Al系合金在凝固過程中有較大的結(jié)晶區(qū)間，容易造成成分不均勻，對(duì)于大尺寸鑄件，由于各處的溫度不一致，更加重了這種成分偏析。常規(guī)的均勻化工藝為：直接放入加熱爐中，升溫至設(shè)定溫度，空冷或水冷至室溫。這種常規(guī)均勻化工藝只能處理Φ220mm以下的鎂合金鑄錠。

隨著鎂合金應(yīng)用的越來越廣泛，對(duì)大尺寸鎂合金鑄錠的需求也逐漸加大，對(duì)其均勻化工藝也提出了更高的要求。大尺寸鎂合金鑄錠在均勻化工藝的難點(diǎn)主要有：（1）大尺寸鑄錠在凝固和以后的冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力難以快速釋放，容易導(dǎo)致中心區(qū)域晶粒在均勻化過程中長(zhǎng)大；（2）大尺寸鑄錠冷卻速率問題：冷卻速度太快，容易產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致開裂；冷卻速度太慢，導(dǎo)致析出強(qiáng)化，不利于后續(xù)變形和熱處理；（3）加熱方式和加熱速度難以選擇，一旦選擇不當(dāng)，便可能使合金受熱不均，枝晶不能有效熔解，從而造成綜合力學(xué)性能不佳。

目前，對(duì)Φ≥220mm的鎂合金鑄錠的均勻化工藝在相關(guān)文獻(xiàn)中未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有均勻化熱處理技術(shù)難以處理大尺寸鎂合金鑄錠的不足，以釋放鑄造應(yīng)力、防止過燒和開裂為基點(diǎn)，從升溫速度和冷卻方式上入手，提出一種適合大尺寸鎂合金鑄錠均勻化熱處理的工藝。

本發(fā)明一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝，其實(shí)施方案為：將大尺寸鎂合金鑄錠以10-30℃/min的升溫速率升溫至320-350℃后再以12℃/h-27℃/h的升溫速率升溫至410-430℃，保溫，然后以2-10℃/min的冷卻速度冷卻至室溫，得到成品；所述大尺寸鎂合金鑄錠的直徑Φ≥220mm。

本發(fā)明一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝，在410-430℃下，保溫20-30h。

本發(fā)明一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝，所述冷卻為鼓風(fēng)冷卻。

本發(fā)明一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝，所述大尺寸鎂合金鑄錠采用半連續(xù)鑄造獲得，其成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括：Al8.2～8.5%、Mn0.2～0.25%、Zn0.4～0.5%、Cu≦0.05%、Ni≦0.005%、Si≦0.15%、Be≦0.02%、Fe≦0.05%、其他雜質(zhì)≦0.3；余量為Mg。

本發(fā)明一種大尺寸鎂合金鑄錠的均勻化熱處理工藝，所述大尺寸鎂合金鑄錠的直徑Φ為300-450mm、高度為550-800mm。

原理和優(yōu)勢(shì)：

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能處理Φ≥220mm的鎂合金鑄錠，經(jīng)過本發(fā)明處理過的大尺寸鎂合金鑄錠，枝晶偏析基本消除，組織成分均勻，便于后續(xù)的變形和熱處理。其原因分析如下：

1、溫度越高原子能量越高，原子擴(kuò)散和應(yīng)力釋放越有利，鑄件在均勻化溫度以下迅速升溫可提前進(jìn)入釋放狀態(tài)。本發(fā)明加熱前期采用10-30℃/min的升溫速率升溫至350℃隨后緩慢升溫保證鑄造應(yīng)力的最佳釋放，有效的解決了中心區(qū)域晶粒在均勻化過程中長(zhǎng)大的難題。

2、大尺寸鑄錠在加熱過程中各處的溫度會(huì)有較大的差異，根據(jù)Fourier導(dǎo)熱微分方程可知，隨時(shí)間延長(zhǎng)材料各處的溫度越接近，本發(fā)明加熱后期采用12℃/h-27℃/h的升溫速率升溫至410-430℃，既起到均勻化退火的作用，又保證了大尺寸鎂合金鑄錠受熱均勻，避免了局部過燒，從而提高了均勻化處理后的鑄錠的綜合力學(xué)性能。

3、本發(fā)明嚴(yán)格控制保溫時(shí)間是為了完全消除大尺寸鑄錠中的鑄態(tài)組織，獲得成分均勻、后續(xù)加工性能良好的鎂合金。