[發明專利]一種Mg-Al系析出強化型鎂合金的形變熱處理方法

有效

• 申請號: 201711174301.6
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108085627B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 石國梁;張奎;李興剛;李永軍;馬鳴龍;袁家偉
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明屬于金屬強韌化技術領域的一種在析出強化型Mg?Al系合金中獲得大體積分數和高彌散度Mg₁₇Al₁₂連續析出相的形變熱處理方法。該方法通過塑性變形在材料內部形成大量高變形儲能區，進而促進連續析出，在Mg?Al系析出強化型鎂合金中，能夠促進連續析出的高變形儲能區主要是孿生區，因此選擇最有利于增大孿生區體積分數的變形路徑進行變形，并通過對變形路徑、應變量和時效制度等參數的優化，獲得高體積分數和高彌散度Mg₁₇Al₁₂連續析出相，進而提升時效強化效應。

技術領域

本發明屬于金屬強韌化領域技術領域，特別涉及一種Mg-Al系析出強化型鎂合金的形變熱處理方法。

背景技術

Mg-Al系析出強化型合金是一種低成本高強度鎂合金，該合金系以Al為主合金元素，含量大于5wt.％，由于這類合金的熔煉工藝簡單，冶金質量易于控制，因而非常適合制備壓鑄類產品和大尺寸變形鎂合金構件，廣泛應用于航空、汽車和3C產品領域，如車輛輪轂、直升機機匣、飛機承力結構件等。該合金系的強化手段主要為時效熱處理，但其時效強化效應較差，原因是Mg₁₇Al₁₂強化相通常以不連續方式析出，尺寸粗大且間距較寬，無法有效阻礙位錯運動。

Mg-Al系合金的析出行為較特殊，體現在：(a)析出序列中只有平衡相β-Mg₁₇Al₁₂，未發現GP區和亞穩過渡相；(b)具有兩種同時存在且相互競爭的析出機制：一種是在晶內發生的連續析出，另一種是在晶界處發生的不連續析出。

在連續析出過程中，第二相在整個固溶體的各個部分普遍地析出，但由于各部分能量條件不同，可能出現不同的形核和長大速率；同時，第二相的長大主要依靠體擴散，從而使第二相周圍基體中的溶質濃度發生連續變化。

不連續析出可以表示為：α′→β+α，其中，α′為過飽和固溶體，β為第二相，α的晶體結構與α′一致但飽和度較低；反應產物β和α通常構成片層結構的胞狀物。不連續析出的演變過程為：β相在晶界形核后，晶界隨著β的長大而不斷向前推移。

不連續析出通常產生粗大的β片狀相，而連續析出產生彌散分布的β相，因此，提升Mg-Al系鎂合金時效強化效應最有效的途徑是增大連續析出相的體積分數和彌散度，而形變熱處理具有非常大的應用潛力。

形變熱處理是將塑性變形的形變強化與熱處理的相變強化相結合的一種工藝方法。其基本原理是：通過形變增加金屬中缺陷(主要是位錯)的密度并改變其分布，熱處理相變時這些形變時產生的缺陷將影響新相的形核動力學和分布，同時，新相的形成又對位錯等缺陷的運動起到釘扎、阻滯作用，使金屬中的缺陷穩定、組織細化，從而提高其強度和韌性。

形變熱處理工藝已在鋼鐵和鋁合金中獲得應用，以鋁合金為例，目前已形成多個狀態標準，如：美國2219鋁合金T37狀態是在淬火后冷變形7％，隨后進行自然時效；2024鋁合金T861狀態是在淬火后冷變形6％，再進行人工時效。然而，形變熱處理在鎂合金中的應用目前仍不成熟，尚未形成狀態標準。大多數鎂合金具有密排六方晶體結構，其滑移系較少，因而塑性不如立方晶體結構的鋼鐵和鋁合金。形變過程中，鋼鐵和鋁合金以滑移為主，形變孿生不常見，而鎂合金的滑移系少，且孿生占較大比例，在低于225℃時，多晶鎂合金的塑性變形僅限于基面{0001}<11-20>滑移和{10-12}<10-11>拉伸孿生，同時，位錯和孿晶的分布很難控制；另外，變形鎂合金通常具有較強的織構，因而各向異性非常顯著，不同變形路徑往往對應不同的塑性變形機制，所以為變形路徑的選擇帶來困難；其次，對于目前用量最大的商用Mg-Al系合金，研究發現塑性變形能促進高彌散度納米級Mg₁₇Al₁₂連續析出相析出，但相關變形參數的選擇尚未得到充分的研究；這些都為形變熱處理在鎂合金中的應用提出了挑戰。

發明內容