熱處理對含內(nèi)結(jié)構(gòu)的筒形鎂合金件尺寸穩(wěn)定性研究進(jìn)展

王鵬

（杭州華電工程監(jiān)理咨詢有限公司）

熱處理對含內(nèi)結(jié)構(gòu)的筒形鎂合金件尺寸穩(wěn)定性研究進(jìn)展

王鵬

（杭州華電工程監(jiān)理咨詢有限公司）

鎂合金有相當(dāng)杰出的比剛度、比強(qiáng)度、又因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)強(qiáng)、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用在各種領(lǐng)域。提高鎂合金的性能的方式是熱處理，熱處理對鎂合金得組織及性能還有尺寸穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響，本文通過介紹和比較各種熱處理工藝對內(nèi)結(jié)構(gòu)的筒形鎂合金件的尺寸穩(wěn)定性能的影響。

鎂合金；熱處理；尺寸穩(wěn)定

1 鎂合金的熱處理的類型及其對尺寸穩(wěn)定性的研究進(jìn)展

鎂合金基本熱處理的類型：

表1 鎂合金的金本熱處理類型

1.1 退火

退火是為了盡可能的消除鎂合金的加工硬化產(chǎn)生的影響和殘余應(yīng)力，恢復(fù)鎂合金的塑形。能夠更有利于鎂合金的以后的加工。

下面是大學(xué)研究退火工藝對鎂合金組織和性能及其尺寸穩(wěn)定性的影響：

（1）由中南大學(xué)研究的多向鍛造及退火工藝對AZ80A鎂合金顯微組織及力學(xué)性能的影響[1]。

鎂合金的退火工藝有助于改善鎂合金的晶粒尺寸大小，形狀和組織結(jié)構(gòu)等等。結(jié)論之一是退火可以使AZ80A鎂合金出現(xiàn)靜態(tài)再結(jié)晶的現(xiàn)象，再結(jié)晶的晶粒會(huì)隨著保溫時(shí)間的延長而增多。再結(jié)晶發(fā)生時(shí)，退火溫度的高低不同會(huì)使鎂合金鑄件產(chǎn)生的尺寸變化大小不同，溫度越高或者保溫時(shí)間越長的鎂合金的尺寸會(huì)越不穩(wěn)定。

（2）東北大學(xué)通過研究AZ61鎂合金薄板退火制度及其組織性能研究得出了以下結(jié)論[2]：

在鎂合金薄板退火過程中325℃時(shí)退伙三個(gè)小時(shí)的性能最佳，抗拉強(qiáng)度和延伸率都達(dá)到峰值，而且其晶粒非常均勻。保溫時(shí)間過短晶粒不均勻，保溫時(shí)間過長會(huì)發(fā)生晶粒粗大，在局部會(huì)變形。

（3）山東大學(xué)通過準(zhǔn)晶態(tài)Mg-Zn-Y合金的制備及退火熱處理工藝探究[3]

通過對比鑄造以及鑄態(tài)進(jìn)行退火的顯微組織以及性能尺寸穩(wěn)定等方面得出了三點(diǎn)：①在350℃對其進(jìn)行12h退火，晶粒均勻。當(dāng)保溫時(shí)間過長均勻化效果不怎么明顯，第二相從新析出。②性對于保溫時(shí)間而言保溫溫度的影響會(huì)相對的大一點(diǎn)。③退火不充分或者退火時(shí)間太長會(huì)使鑄件產(chǎn)生尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象。

通過上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)論研究發(fā)現(xiàn)得出：

（1）退火一般都是是去應(yīng)力退火，能消除鎂合金在生產(chǎn)鑄造中因?yàn)槟＞叩募s束產(chǎn)生的應(yīng)力還有熱處理之后對其冷卻確由于冷卻不均勻的原因造成的殘余應(yīng)力以及因?yàn)殍T件凝固收縮過程造成的殘余應(yīng)力。

（2）退火的溫度要合適一般在350℃以內(nèi)，保溫時(shí)間不易過長，也不易過短，時(shí)間過短晶粒粗大，時(shí)間過長再結(jié)晶晶粒長大。

（3）對于保溫時(shí)間而言保溫溫度對組織影響更為明顯，所以制定合適的保溫時(shí)間和保溫溫度對于鑄件的組織性能以及形狀尺寸的影響非常大。

（4）在一定溫度范圍內(nèi)再結(jié)晶之后晶粒的長大很緩慢但是溫度過高晶粒長大非常迅速。

（5）冷卻時(shí)，采用等溫冷卻鑄件的性能在絕大多數(shù)方面要優(yōu)于連續(xù)冷卻。

1.2 固溶處理

鎂合金的金屬原子擴(kuò)散速度較慢是鎂合金需要固溶處理的原因之一，所以有必要對其加熱到一定的溫度保溫一段時(shí)間用來充分溶解其強(qiáng)化相。鎂合金經(jīng)過固溶處理后能夠提升其強(qiáng)度與韌性，在鎂合金各類鑄件中，鑄件壁厚的鑄件所用的固溶時(shí)間一般來說都會(huì)比較長。薄壁鑄件所需要時(shí)間一般來說都會(huì)比較短，對于鑄造鎂合金來說變形鎂合金的固溶時(shí)間相對較短。還有鎂合金的淬火敏感度低最主要的因素是合金元素的擴(kuò)散以及其分散的過程相是當(dāng)?shù)木徛?。鎂合金在固溶處理之后很多鎂合金在室溫下依舊能保持固溶時(shí)的狀態(tài)。但是在固溶處理是要特別注意溫度的高低和保溫時(shí)間的長短，不然會(huì)可能出現(xiàn)過燒原因影響其尺寸穩(wěn)定性。

1.3 人工時(shí)效

為了提高固溶處理的強(qiáng)化效果通常要對鑄件進(jìn)行人工時(shí)效處理，來使鑄件的屈服強(qiáng)度往上提升，但是這樣做的缺點(diǎn)就是導(dǎo)致其塑性下降。進(jìn)行人工時(shí)效通過析出第二相來增加鑄件的屈服強(qiáng)度。一些因素將會(huì)影響析出相的分布，其中最主要的幾個(gè)因素是合金系合金的添加元素和時(shí)效的溫度。不過現(xiàn)在鎂合金的研究中對時(shí)效析出過程還不是非常的了解。

有一部分鎂合金在加工或者是在鑄造熱變形成型之后都沒有必要進(jìn)行退火和固溶處理，而是僅僅對其做人工時(shí)效處理。Mg-Zn系合金基本沒有必要對其固溶處理和退火，原因是因?yàn)楣倘芴幚頃?huì)讓鎂鋅合金晶粒變粗，這樣將導(dǎo)致鎂合金的組織和性能變差甚至使鑄件的形態(tài)和尺寸發(fā)生變化。因此熱變形后只需要對其進(jìn)行人工時(shí)效處理就能保證獲得良好的時(shí)效強(qiáng)化效果。

圖1 Clark等人繪制的Mg-Zn二元相圖[4]

鎂鋅合金人工時(shí)效最主要的強(qiáng)化相是析出第二相，但是僅僅有這兩種元素時(shí)效強(qiáng)化效果是很不明顯的，所以往合金中加入其他元素用來增強(qiáng)第二相的析出。東北大學(xué)通過研究添加Nd來改善鎂鋅合金的時(shí)效析出行為，得出了Nd能抑制析出相的長大，而且Mg-Zn-Nd是非常穩(wěn)定的三元化合物。

2 結(jié)論與展望

通過對鎂合金的熱處理方法造成尺寸不穩(wěn)定因素的分析得出以下結(jié)論：

（1）對鎂合金進(jìn)行退火主要原因是消除鎂合金的殘余應(yīng)力和加工硬化現(xiàn)象，在此過程中由于殘余應(yīng)力的消除，塑性變強(qiáng)，在高溫下容易使鎂合金產(chǎn)生形變，在時(shí)效處理工件中由于含內(nèi)結(jié)構(gòu)件的受熱不均勻的因素其組織的線性膨脹系數(shù)不同，也因?yàn)檫@個(gè)原因在冷卻過程中導(dǎo)致其形狀尺寸發(fā)生改變。

（2）固溶處理在使過剩的相溶解的過程中，溫度過高會(huì)使尺寸不穩(wěn)定性增加，冷卻速度過快可能使鎂合金鑄件某部分尺寸變形。

（3）人工時(shí)效過程中由于分解過飽和固溶體并析出第二相，第二項(xiàng)的析出有時(shí)會(huì)導(dǎo)致尺寸減小。

在鎂合金的工業(yè)地位日益升高的今天，如何解決鎂合金生產(chǎn)加工以及應(yīng)用中的各種問題是科研工作者未來需要做去做的工作。

[1]姜俊.多向鍛造及退火工藝對AZ80A鎂合金顯微組織及力學(xué)性能的影響[D].湖南：中南大學(xué)，2014.

[2]高盼盼.準(zhǔn)晶態(tài)Mg-Zn-Y合金的制備及退火熱處理工藝探究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

[3]劉正，計(jì)海濤，盛曉方，等.鎂合金強(qiáng)韌化復(fù)合機(jī)制與方法的探索[J].沈陽工業(yè)大學(xué)報(bào).2006，28（5）：481～500.

[4]Clark J B，Zabdyr L，and Moser Z.Phase Diagrams of Binary Mangesium Alloys[J].ASM International Metals，1988，07（11）：353～364.

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2016-10-25