ZA80鎂合金反擠壓殼體零件熱處理工藝闡述

呂燕 潘雪新 王東奎

ZA80鎂合金反擠壓殼體零件熱處理工藝闡述

呂燕 潘雪新 王東奎

Point

采用反擠壓成形工藝獲得AZ80鎂合金多層殼體零件，對成形件的顯微組織、室溫力學(xué)性能進行了分析，并對擠壓態(tài)殼體零件熱處理工藝進行研究。

結(jié)果表明：擠壓成形AZ80鎂合金多層殼體零件，通過固溶處理，能夠提高較低溫度下擠壓成形的殼體零件抗拉強度和伸長率；通過時效處理，增加β-Mg17Al12相的數(shù)量，能夠提高合金的抗拉強度，而延伸率則有所降低。AZ80鎂合金固溶處理后，斷口形貌為具有一定塑性變形的準解理特征，時效處理后合金的拉伸斷口形貌呈現(xiàn)以解理為主的脆性斷裂特征，斷裂主要發(fā)生在結(jié)合較薄弱的晶界及β-Mg17Al12相析出相的片層間。

鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料，具有比重小、比強度和比強度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好等優(yōu)點。擠壓態(tài)變形鎂合金產(chǎn)品內(nèi)部缺陷少、可以滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件多樣化的需求，在汽車、航空工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景 。

熱處理可以改善合金力學(xué)性能和使用性能，使材料性能充分發(fā)揮的重要手段。本文針對擠壓成形AZ80鎂合金殼體零件進行熱處理研究。擬采用固溶時效熱處理的方法，以期改善β-Mg17Al12相的形貌、分布及數(shù)量，消除擠壓過程中的變形抗力，提高多層殼體零件的力學(xué)性能。通過觀察微觀組織、測試力學(xué)性能，確定AZ80鎂合金多層殼體零件較優(yōu)的熱處理工藝參數(shù)，為工業(yè)化生產(chǎn)多層殼體零件提供理論依據(jù)。

1、實驗材料及方法

使用Φ65mm×60mm圓柱形坯料擠壓成形殼體零件，擠壓工藝參數(shù)、擠壓態(tài)力學(xué)性能見表1，擠壓態(tài)實物見圖1，擠壓態(tài)金相組織、拉伸斷口形貌見圖2、圖3。分別對不同擠壓態(tài)殼體零件進行熱處理，熱處理分為固溶處理和時效處理兩個部分。固溶制度為415℃，保溫時間為24小時，在空氣中冷卻。時效制度為170℃，保溫時間分別為8h、12h、16h、20h、24h，以考察時效時間對組織及性能的影響規(guī)律。

圖4 擠壓態(tài)和固溶態(tài)SEM形貌

2、試驗結(jié)果與討論

2.1 固溶處理對AZ80鎂合金多層殼體零件組織及力學(xué)性能影響

AZ80鎂合金固溶處理目的是得到過飽和固溶體，是時效處理的前提。本文對殼體零件進行固溶處理，其力學(xué)性能見表1。通過與擠壓態(tài)零件性能對比發(fā)現(xiàn)，擠壓溫度較低的零件，抗拉強度和延伸率有較大程度提高；擠壓溫度高的零件，其力學(xué)性能變化不大。進一步分析拉伸斷口形貌，見圖4。4.1j-4.3j為擠壓態(tài)形貌，4.1g-4.3g為熱處理形貌。擠壓態(tài)AZ80鎂合金拉伸斷口呈現(xiàn)短而片層狀的撕裂棱，撕裂棱兩邊由大小不一的解理臺階構(gòu)成，在斷口上有二次微裂紋。經(jīng)固溶處理后合金的拉伸斷口形貌發(fā)生明顯變化，沿晶斷裂減少，解理斷裂和塑性斷裂區(qū)域增加，斷口中分布著眾多深淺不一的韌窩，存在明顯的撕裂棱。

比較分析固溶處理對零件微觀組織改善程度，圖5中5.1-j、5.2-j、5.3-j分別為1#、2#、3#零件的擠壓態(tài)顯微組織照片，5.1-g、5.2-g、5.3-g分別為1#、2#、3#零件的固溶態(tài)顯微組織照片。通過分析，可以看到擠壓態(tài)的金屬流線形全部消失，晶粒尺寸有較大增長。這種變化主要的原因是加熱后擠壓態(tài)組織消失，晶粒發(fā)生了靜態(tài)再結(jié)晶，新形成晶粒并且逐步長大。

2.2 時效對AZ80鎂合金多層殼體零件組織及力學(xué)性能的影響

零件固溶后，進行時效處理。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，隨著時間的延長，抗拉強度呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，而延伸率基本呈下降趨勢。而對于不同的擠壓參數(shù)成形的零件，低溫成形的零件綜合力學(xué)性能較差，可以通過固溶加上時效處理，使性能得到明顯改善。

圖6為1#零件在170℃，時效保溫時間分別8h、12h、16h、20h、24h的顯微組織。從圖可以看出，隨時效時間的延長，β-Mg17Al12相的析出量不斷增多，當(dāng)時效時間為8h時，β-Mg17Al12相已經(jīng)在晶界處析出，但是析出量較少；當(dāng)時效時間為16h時，β-Mg17Al12相已經(jīng)呈連續(xù)析出，形貌多呈胞狀；在時效24h時，析出的β相幾乎與基體相當(dāng)，呈塊狀連續(xù)析出。隨著保溫時間的增加，其析出相的數(shù)量逐漸增多，時效20h以上，析出相呈塊狀分布。晶粒隨時間的延長并未長大。

表1 擠壓態(tài)和固溶態(tài)力學(xué)性能對比

圖5 擠壓態(tài)和固溶態(tài)顯微組織

表2 AZ80 多層殼體零件經(jīng)不同時效處理后的力學(xué)性能

圖6 1#零件不同時間顯微組織

結(jié)論

通過研究分析擠壓態(tài)AZ80鎂合金多層殼體零件在熱處理過程中固溶和時效對組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：

（1）AZ80鎂合金多層殼體零件擠壓成形后，通過固溶處理，能夠使低溫擠壓成形的殼體零件抗拉強度和伸長率有大幅提高；對于擠壓溫度較高的多層殼體零件，反而降低材料的抗拉強度和伸長率。

（2）時效時間的延長，可以增加β- Mg17Al12相的數(shù)量，能夠提高合金的抗拉強度，而延伸率則有所降低。

（3）AZ80鎂合金固溶處理后，斷口形貌為具有一定塑性變形的準解理特征。時效處理后合金的拉伸斷口形貌呈現(xiàn)以解理為主的脆性斷裂特征，斷裂主要發(fā)生在結(jié)合較薄弱的晶界及β- Mg17Al12相析出相的片層間。

（作者單位：呂燕 沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司；潘雪新 沈陽歐施盾科技新材料有限公司；王東奎 沈陽歐施盾科技新材料有限公司）