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一种提高镁 合金韧性的深冷处理工艺

阅读：824发布：2020-05-17

专利汇可以提供一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，属于金属材料技术领域。该工艺包括步骤为：(1)将模具预热至100‑400℃；(2)向预热的模具中浇注镁合金熔体，合金凝固；在整个过程中可以同时施加磁场强度为0.5‑5T的旋转磁场，方式为：在浇注过程中可以不施加或施加磁场，凝固过程中施加磁场；(3)将凝固后的镁合金在390‑420℃保温6‑48h固溶处理；(4)将固溶处理后的镁合金进行淬火处理；(5)将淬火处理后的镁合金置于液氮中在‑196—‑209℃处理24‑48h，得到镁合金。通过在旋转磁场条件下对镁合金进行浇注，使合金力学性能有所增加；再经过固溶和深冷处理后，镁合金的韧性得到很大提高。该工艺方法工艺流程简单，有利于实际的应用。，下面是一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，其特征在于，具体步骤如下：
(1)模具预热
将模具进行预热，得到预热后的模具，其中，预热温度为100-400℃；
(2)浇注和凝固
向预热的模具中浇注镁合金熔体，合金凝固后，得到凝固后的镁合金；其中，施加旋转磁场，磁场强度为0.5-5T，施加旋转磁场的方式为以下两种方法中的一种：
第一种：在浇注和凝固过程均施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场；
第二种：在浇注过程中不施加旋转磁场，凝固过程中施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场；
(3)固溶处理
将凝固后的镁合金进行固溶处理，得到固溶处理后的镁合金；其中，固溶处理的温度为
390-420℃，固溶处理的保温时间为6-48h；
(4)淬火处理
将固溶处理后的镁合金进行淬火处理，然后冷却至室温，得到淬火处理后的镁合金；其中，淬火处理的方式为放入75-85℃的水中；
(5)深冷处理
将淬火处理后的镁合金置于液氮中进行深冷处理，得到镁合金；其中，深冷处理的温度为-196—-209℃，深冷处理的时间为24-48h。
2.如权利要求1所述的提高镁合金韧性的深冷处理工艺，其特征在于，所述的镁合金是以镁为基础元素加入其他元素组成的合金；所述的其他元素为Al、Mn、Zn、Zr、RE、Fe、Co、Mo、Ni或Cu中的一种或几种混合，当为几种混合时，混合比例为任意比。
3.如权利要求1所述的提高镁合金韧性的深冷处理工艺，其特征在于，所述的镁合金为多元镁合金，具体为Mg-Al系、Mg-Mn系、Mg-Zn系、Mg-RE系、Mg-Al-Zn系、Mg-Al-Mn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-RE-Zn系、Mg-RE-Cu系、Mg-RE-Ni系、Mg-Al-Mn-Zn系、Mg-Gd-Zn-Zr系或Mg-Gd-Y-Zr系中的一种。
4.如权利要求1所述的提高镁合金韧性的深冷处理工艺，其特征在于，所述的步骤(1)中，所述的预热，预热时间为1-2h。
5.如权利要求1所述的提高镁合金韧性的深冷处理工艺，其特征在于，所述的步骤(2)中，所述的镁合金熔体为按照镁合金组分配比称量原料，将原料进行熔炼后制得的。

说明书全文

一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺。

背景技术

[0002] 镁合金由于自身具有较高的比强度和比刚度，以及良好的导热性和尺寸稳定性，被人们普遍认为是具有发展前景的“绿色材料”。近些年来，镁合金在高铁、汽车制造方面、电子通讯方面和航空航天方面得到广泛应用。但镁合金由于其塑性较差，因此提高镁合金的韧性显得尤其重要。

[0003] 专利[CN201110041708.8]公开了一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法，其方法是将热变形态镁合金或经400-540℃保温1-15小时后水淬冷却的固溶态镁合金置于液氮中深冷处理后进行冷变形，也可对原始热变形态或固溶态镁合金直接进行冷变形，最后在100-250℃下保温5-100小时进行人工时效处理。其中对热变形态AZ91镁合金进行处理后，镁合金试件的抗压强度和最大压缩率分别为488MPa和15.4％。其发明主要利用液氮冷却下的极低温变形产生大量位错、孪晶等促进析出相形核，而且产生的孪晶还可以改变晶粒取向弱化原始织构，提高合金延性。其与本发明在在深冷处理上有着类似的作用，但其深冷时间过于短，只有5-20min。

[0004] 专利[CN201310453776.4]公开了一种提高镁合金材料强度和韧性的处理方法，其方法是对镁合金材料依次进行的固溶处理和时效处理，同时在时效处理后对镁合金材料以冷却速度为1-10℃/min从室温冷却到-196℃进行12-30h的深冷处理和在深冷处理过程中对镁合金材料进行的超声场冲击处理，最后进行退火处理。其中对AZ61棒材进行处理后，其抗拉强度达到298MPa，伸长率为20.5％。此发明主要是通过深冷处理和在深冷处理过程中的超声场冲击处理后，更进一步发挥了位错强化、纳米孪晶强化的效果，从而提高该镁合金材料的强韧性，但此发明的冷却速度实验条件难以控制，其工艺较为复杂。

[0005] 专利[CN201510861466.5]公开了一种提高镁合金塑性加工性能的深冷磁场处理方法，其方法是将镁合金试样用液氮按照一定降温速度降低到超低温后进行恒低温下磁场处理，保温一定时间后以一定的升温速度回复到室温后再加热升温到回火温度，保温一段时间后随炉冷却。其中对AZ31镁合金进行处理后，其延伸率为11.1％，抗拉强度260MPa。其主要利用深冷和磁场耦合作用时弱化镁合金基面织构来实现提高镁合金室温塑性加工性能，但是此发明工艺工序繁多，实验温度条件不易控制，生产效率较低，且合金的塑性提升不是太明显。

[0006] 因此，寻求一种大幅提高镁合金韧性且工艺简单，以满足日益发展的工艺需要，显得尤为重要。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提高镁合金的韧性，提供了一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺。通过在旋转磁场条件下对镁合金进行浇注，减少了凝固过程组织中的枝状晶的存在，增加了等轴晶存在的机率，使合金力学性能有所增加；再经过固溶和深冷处理后，镁合金的韧性得到很大提高。该工艺方法工艺流程简单，有利于实际的应用。

[0008] 本发明的一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，通过以下技术方案实现，具体步骤如下：

[0009] (1)模具预热

[0010] 将模具进行预热，得到预热后的模具，其中，预热温度为100-400℃；

[0011] (2)浇注和凝固

[0012] 向预热的模具中浇注镁合金熔体，合金凝固后，得到凝固后的镁合金；其中，在整个过程中可以同时施加旋转磁场，磁场强度为0.5-5T，施加旋转磁场的方式为以下两种方法中的一种：

[0013] 第一种：在浇注和凝固过程均施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场；

[0014] 第二种：在浇注过程中不施加旋转磁场，凝固过程中施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场；

[0015] (3)固溶处理

[0016] 将凝固后的镁合金进行固溶处理，得到固溶处理后的镁合金；其中，固溶处理的温度为390-420℃，固溶处理的保温时间为6-48h；

[0017] (4)淬火处理

[0018] 将固溶处理后的镁合金进行淬火处理，然后冷却至室温，得到淬火处理后的镁合金；其中，淬火处理的方式为放入75-85℃的水中；

[0019] (5)深冷处理

[0020] 将淬火处理后的镁合金置于液氮中进行深冷处理，得到镁合金；其中，深冷处理的温度为-196--209℃，深冷处理的时间为24-48h。

[0021] 所述的镁合金是以镁为基础元素加入其他元素组成的合金；所述的其他元素为Al、Mn、Zn、Zr、RE、Fe、Co、Mo、Ni或Cu中的一种或几种混合，当为几种混合时，混合比例为任意比。

[0022] 所述的镁合金为多元镁合金，优选为Mg-Al系、Mg-Mn系、Mg-Zn系、Mg-RE系、Mg-Al-Zn系、Mg-Al-Mn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-RE-Zn系、Mg-RE-Cu系、Mg-RE-Ni系、Mg-Al-Mn-Zn系、Mg-Gd-Zn-Zr系或Mg-Gd-Y-Zr系中的一种。

[0023] 所述的步骤(1)中，所述的预热，预热时间为1-2h。

[0024] 所述的步骤(2)中，所述的镁合金熔体为按照镁合金组分配比称量原料，将原料进行熔炼后制得的。

[0025] 本发明的一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，相比于现有技术，其有益效果为：

[0026] 1.本发明提供的提高镁合金韧性的深冷处理工艺，其工艺方法简单，成本低廉，安全性高，适合于大规模推广应用。

[0027] 2.在旋转磁场条件下对镁合金进行浇注，增加了等轴晶率，改善了合金性能，再进一步的固溶和深冷处理后，合金中粗大的第二相发生细化，且均匀分布在晶界处，合金的抗拉强度和伸长率得到了明显提高。其中，其晶粒尺寸比自然凝固下的合金减小约为10-50％，伸长率比自然凝固的合金提升100-200％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的合金提升约50-130％。
附图说明

[0028] 图1为自然凝固的AZ31镁合金的铸态组织图；

[0029] 图2为旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的AZ31镁合金的铸态组织图；

[0030] 图3为自然凝固的AZ91镁合金的铸态组织图；

[0031] 图4为旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的AZ91镁合金的铸态组织图；

[0032] 图5为实施例1制备的AZ31镁合金的合金显微组织图；

[0033] 图6为实施例2制备的AZ91镁合金的合金显微组织图；

[0034] 图7为实施例3制备的AZ31镁合金的合金显微组织图；

[0035] 其中，AZ31镁合金含有的化学成分及其质量百分比为：Al：2.5-3.0％，Zn：0.7-1.3％，Mn：0.17-0.2％，余量为Mg；

[0036] AZ91镁合金含有的化学成分及其质量百分比为：Al：8.5-9.5％，Zn：0.45-0.91％，Mn：0.17-0.4％，Cu：0.01-0.025％，Ni：0.001-0.003％，Fe：0.003-0.006％，余量为Mg。

具体实施方式

[0037] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0038] 实施例1

[0039] 一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，所用的镁合金为AZ31，合金元素含有的组分及其质量百分比为Al：2.5-3.0％，Zn：0.7-1.3％，Mn：0.17-0.2％，余量为Mg；使用前，按照AZ31镁合金的组分及其含量称量原料，将原料熔炼，得到AZ31镁合金熔体。

[0040] 该AZ31镁合金的深冷处理工艺，具体步骤如下：

[0041] (1)模具预热

[0042] 将模具进行预热，得到预热后的模具，其中，预热温度为200-300℃，预热时间为1-2h；

[0043] (2)浇注和凝固

[0044] 向预热的模具中浇注AZ31镁合金熔体，合金凝固后，得到凝固后的AZ31镁合金；其中，在浇注和凝固过程均施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场，磁场强度为0.5T；

[0045] (3)固溶处理

[0046] 将凝固后的AZ31镁合金进行固溶处理，得到固溶处理后的AZ31镁合金；其中，固溶处理的温度为400-420℃，固溶处理的保温时间为6h；

[0047] (4)淬火处理

[0048] 将固溶处理后的AZ31镁合金进行淬火处理，然后冷却至室温，得到淬火处理后的AZ31镁合金；其中，淬火处理的方式为放入75℃的水中；

[0049] (5)深冷处理

[0050] 将淬火处理后的AZ31镁合金置于液氮中进行深冷处理，得到AZ31镁合金；其中，深冷处理的温度为-196--209℃，深冷处理的时间为24h。

[0051] 本实施例深冷处理后的制备的AZ31镁合金的合金显微组织图见图5，其晶粒平均尺寸为110μm，抗拉强度达到198MPa，抗拉强度比自然凝固AZ31镁合金提高了19.3％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的合金提高了13.1％；

[0052] 本实施例深冷处理后的制备的AZ31镁合金的伸长率为23.0％，比自然凝固AZ31镁合金提高了134.6％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的镁合金提高了64.3％。

[0053] 实施例2

[0054] 一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，所用的合金为AZ91，合金含有的元素及其质量百分比为：Al：8.5-9.5％，Zn：0.45-0.91％，Mn：0.17-0.4％，Cu：0.01-0.025％，Ni：0.001-0.003％，Fe：0.003-0.006％，余量为Mg。使用前，按照AZ91镁合金的组分及其含量称量原料，将原料熔炼，得到AZ91镁合金熔体。

[0055] 该AZ91镁合金的深冷处理工艺，具体步骤如下：

[0056] (1)模具预热

[0057] 将模具进行预热，得到预热后的模具，其中，预热温度为100-200℃，预热时间为1-2h；

[0058] (2)浇注和凝固

[0059] 向预热的模具中浇注AZ91镁合金熔体，合金凝固后，得到凝固后的AZ91镁合金；其中，在浇注和凝固过程均施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场，磁场强度为1T；

[0060] (3)固溶处理

[0061] 将凝固后的AZ91镁合金进行固溶处理，得到固溶处理后的AZ91镁合金；其中，固溶处理的温度为400-420℃，固溶处理的保温时间为36h；

[0062] (4)淬火处理

[0063] 将固溶处理后的AZ91镁合金进行淬火处理，然后冷却至室温，得到淬火处理后的AZ91镁合金；其中，淬火处理的方式为放入80℃的水中；

[0064] (5)深冷处理

[0065] 将淬火处理后的AZ91镁合金置于液氮中进行深冷处理，得到AZ91镁合金；其中，深冷处理的温度为-196--209℃，深冷处理的时间为24h。

[0066] 本实施例深冷处理后的制备的AZ91镁合金的合金显微组织图见图6，其晶粒平均尺寸为98μm，抗拉强度达到255MPa，其抗拉强度比自然凝固AZ91镁合金提高了70.0％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的合金提高了56.4％；

[0067] 本实施例深冷处理后的制备的AZ91镁合金的伸长率为12.1％，比自然凝固AZ91镁合金提高了188.1％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的镁合金提高了142.0％。

[0068] 实施例3

[0069] 一种提高镁合金韧性的深冷处理工艺，所用的镁合金为AZ31，合金元素含有的组分及其质量百分比为Al：2.5-3.0％，Zn：0.7-1.3％，Mn：0.17-0.2％，余量为Mg；使用前，按照AZ31镁合金的组分及其含量称量原料，将原料熔炼，得到AZ31镁合金熔体。

[0070] 该AZ31镁合金的深冷处理工艺，具体步骤如下：

[0071] (1)模具预热

[0072] 将模具进行预热，得到预热后的模具，其中，预热温度为300-400℃，预热时间为1-2h；

[0073] (2)浇注和凝固

[0074] 向预热的模具中浇注AZ31镁合金熔体，合金凝固后，得到凝固后的AZ31镁合金；其中，在浇注过程中不施加旋转磁场，在凝固过程中施加旋转磁场，合金凝固后关闭旋转磁场，磁场强度为5T；

[0075] (3)固溶处理

[0076] 将凝固后的AZ31镁合金进行固溶处理，得到固溶处理后的AZ31镁合金；其中，固溶处理的温度为390-420℃，固溶处理的保温时间为48h；

[0077] (4)淬火处理

[0078] 将固溶处理后的AZ31镁合金进行淬火处理，然后冷却至室温，得到淬火处理后的AZ31镁合金；其中，淬火处理的方式为放入85℃的水中；

[0079] (5)深冷处理

[0080] 将淬火处理后的AZ31镁合金置于液氮中进行深冷处理，得到AZ31镁合金；其中，深冷处理的温度为-196--209℃，深冷处理的时间为48h。

[0081] 本实施例深冷处理后的制备的AZ31镁合金的的合金显微组织图见图7，其晶粒平均尺寸为90μm，抗拉强度达到183MPa，抗拉强度比自然凝固AZ31镁合金提高了10.2％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的合金提高了4.6％；

[0082] 本实施例深冷处理后的制备的AZ31镁合金的伸长率为19％，比自然凝固AZ31镁合金提高了93.9％，比旋转磁场下凝固未固溶处理和未深冷处理的镁合金提高了35.7％。

[0083] 对比例1

[0084] 一种镁合金的深冷处理工艺，同实施例1，不同之处在于：

[0085] 步骤2中，浇注和凝固不加入旋转磁场，采用自然凝固的方式，未进行步骤3的固溶处理、步骤4的淬火处理和步骤5的深冷处理。

[0086] 制得的AZ31镁合金的铸态组织图见图1，制得的镁合金的性能参数见表1。

[0087] 对比例2

[0088] 一种镁合金处理工艺，同实施例1，不同之处在于：

[0089] 未进行步骤3的固溶处理、步骤4的淬火处理和步骤5的深冷处理。

[0090] 制得的AZ31镁合金的铸态组织图见图2，制得的镁合金的性能参数见表1。

[0091] 对比例3

[0092] 一种镁合金的深冷处理工艺，同实施例2，不同之处在于：

[0093] 步骤2中，浇注和凝固不加入旋转磁场，采用自然凝固的方式，未进行步骤3的固溶处理、步骤4的淬火处理和步骤5的深冷处理。

[0094] 制得的AZ91镁合金的铸态组织图见图3，制得的镁合金的性能参数见表1。

[0095] 对比例4

[0096] 一种镁合金处理工艺，同实施例2，不同之处在于：

[0097] 未进行步骤3的固溶处理、步骤4的淬火处理和步骤5的深冷处理。

[0098] 制得的AZ91镁合金的铸态组织图见图4，制得的镁合金的性能参数见表1。

[0099] 表1 AZ31、AZ91镁合金的力学性能

[0100]

[0101] 在以上实施例中，采用的AZ系镁合金，在其他实施例中，也可以采用Mg-Al系、Mg-Mn系、Mg-Zn系、Mg-RE系、Mg-Al-Zn系、Mg-Al-Mn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-RE-Zn系、Mg-RE-Cu系、Mg-RE-Ni系、Mg-Gd-Zn-Zr系或Mg-Gd-Y-Zr系镁合金。

[0102] 对于所公开的实施例的上述说明，是使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，而不是对本发明权利要求的限定。对实施例的多种修改，特别是镁合金具体类型的修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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