[發明專利]一種高強韌鑄造鎂合金熱處理方法

有效

• 申請號: 201610398539.6
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN105821355B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）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（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06;C22F1/02
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司50209
• 代理人: 文巍

技術領域

本發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

由于航空、航天、軍工和汽車等行業內減重、節能、環保及部件高度集成化和輕薄化的要求愈發迫切，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，已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。

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-銀這兩種高溫穩定相，這兩種三元合金化合物需要在高溫下(大于510℃)長時間保溫(保溫時間大于24h)，才能固溶到晶界附近區域，但是，在固溶的同時還會伴隨著晶粒大幅長大的現象，而晶粒長大對鑄態鎂合金力學性能的下降效果遠遠大于固溶強化效果。

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℃的氫氣氣氛中保溫24小時，并在150℃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定性更好的鎂-稀土-銀三元相，該三元相需要在500℃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℃并長時間保持正壓力狀態，易導致安全事故發生，使得氫氣氣氛熱處理爐會成為重大危險源。

發明內容

為了應對各行業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，本發明開創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、穩定和安全系數高的熱處理的方法。

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。

本發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％。

具體的，上述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，然后向爐體內通入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；

(2)當爐體溫度達到500-510℃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℃的氮氣20-40秒，氮氣通入速度為1-1.5m³/min；