热处理对含内结构的筒形镁合金件尺寸稳定性研究进展

王鹏

（杭州华电工程监理咨询有限公司）

热处理对含内结构的筒形镁合金件尺寸稳定性研究进展

王鹏

（杭州华电工程监理咨询有限公司）

镁合金有相当杰出的比刚度、比强度、又因为其结构强、质量轻等优点，被应用在各种领域。提高镁合金的性能的方式是热处理，热处理对镁合金得组织及性能还有尺寸稳定产生很大的影响，本文通过介绍和比较各种热处理工艺对内结构的筒形镁合金件的尺寸稳定性能的影响。

镁合金；热处理；尺寸稳定

1 镁合金的热处理的类型及其对尺寸稳定性的研究进展

镁合金基本热处理的类型：

表1 镁合金的金本热处理类型

1.1 退火

退火是为了尽可能的消除镁合金的加工硬化产生的影响和残余应力，恢复镁合金的塑形。能够更有利于镁合金的以后的加工。

下面是大学研究退火工艺对镁合金组织和性能及其尺寸稳定性的影响：

（1）由中南大学研究的多向锻造及退火工艺对AZ80A镁合金显微组织及力学性能的影响[1]。

镁合金的退火工艺有助于改善镁合金的晶粒尺寸大小，形状和组织结构等等。结论之一是退火可以使AZ80A镁合金出现静态再结晶的现象，再结晶的晶粒会随着保温时间的延长而增多。再结晶发生时，退火温度的高低不同会使镁合金铸件产生的尺寸变化大小不同，温度越高或者保温时间越长的镁合金的尺寸会越不稳定。

（2）东北大学通过研究AZ61镁合金薄板退火制度及其组织性能研究得出了以下结论[2]：

在镁合金薄板退火过程中325℃时退伙三个小时的性能最佳，抗拉强度和延伸率都达到峰值，而且其晶粒非常均匀。保温时间过短晶粒不均匀，保温时间过长会发生晶粒粗大，在局部会变形。

（3）山东大学通过准晶态Mg-Zn-Y合金的制备及退火热处理工艺探究[3]

通过对比铸造以及铸态进行退火的显微组织以及性能尺寸稳定等方面得出了三点：①在350℃对其进行12h退火，晶粒均匀。当保温时间过长均匀化效果不怎么明显，第二相从新析出。②性对于保温时间而言保温温度的影响会相对的大一点。③退火不充分或者退火时间太长会使铸件产生尺寸不稳定现象。

通过上述实验内容及结论研究发现得出：

（1）退火一般都是是去应力退火，能消除镁合金在生产铸造中因为模具的约束产生的应力还有热处理之后对其冷却确由于冷却不均匀的原因造成的残余应力以及因为铸件凝固收缩过程造成的残余应力。

（2）退火的温度要合适一般在350℃以内，保温时间不易过长，也不易过短，时间过短晶粒粗大，时间过长再结晶晶粒长大。

（3）对于保温时间而言保温温度对组织影响更为明显，所以制定合适的保温时间和保温温度对于铸件的组织性能以及形状尺寸的影响非常大。

（4）在一定温度范围内再结晶之后晶粒的长大很缓慢但是温度过高晶粒长大非常迅速。

（5）冷却时，采用等温冷却铸件的性能在绝大多数方面要优于连续冷却。

1.2 固溶处理

镁合金的金属原子扩散速度较慢是镁合金需要固溶处理的原因之一，所以有必要对其加热到一定的温度保温一段时间用来充分溶解其强化相。镁合金经过固溶处理后能够提升其强度与韧性，在镁合金各类铸件中，铸件壁厚的铸件所用的固溶时间一般来说都会比较长。薄壁铸件所需要时间一般来说都会比较短，对于铸造镁合金来说变形镁合金的固溶时间相对较短。还有镁合金的淬火敏感度低最主要的因素是合金元素的扩散以及其分散的过程相是当的缓慢的。镁合金在固溶处理之后很多镁合金在室温下依旧能保持固溶时的状态。但是在固溶处理是要特别注意温度的高低和保温时间的长短，不然会可能出现过烧原因影响其尺寸稳定性。

1.3 人工时效

为了提高固溶处理的强化效果通常要对铸件进行人工时效处理，来使铸件的屈服强度往上提升，但是这样做的缺点就是导致其塑性下降。进行人工时效通过析出第二相来增加铸件的屈服强度。一些因素将会影响析出相的分布，其中最主要的几个因素是合金系合金的添加元素和时效的温度。不过现在镁合金的研究中对时效析出过程还不是非常的了解。

有一部分镁合金在加工或者是在铸造热变形成型之后都没有必要进行退火和固溶处理，而是仅仅对其做人工时效处理。Mg-Zn系合金基本没有必要对其固溶处理和退火，原因是因为固溶处理会让镁锌合金晶粒变粗，这样将导致镁合金的组织和性能变差甚至使铸件的形态和尺寸发生变化。因此热变形后只需要对其进行人工时效处理就能保证获得良好的时效强化效果。

图1 Clark等人绘制的Mg-Zn二元相图[4]

镁锌合金人工时效最主要的强化相是析出第二相，但是仅仅有这两种元素时效强化效果是很不明显的，所以往合金中加入其他元素用来增强第二相的析出。东北大学通过研究添加Nd来改善镁锌合金的时效析出行为，得出了Nd能抑制析出相的长大，而且Mg-Zn-Nd是非常稳定的三元化合物。

2 结论与展望

通过对镁合金的热处理方法造成尺寸不稳定因素的分析得出以下结论：

（1）对镁合金进行退火主要原因是消除镁合金的残余应力和加工硬化现象，在此过程中由于残余应力的消除，塑性变强，在高温下容易使镁合金产生形变，在时效处理工件中由于含内结构件的受热不均匀的因素其组织的线性膨胀系数不同，也因为这个原因在冷却过程中导致其形状尺寸发生改变。

（2）固溶处理在使过剩的相溶解的过程中，温度过高会使尺寸不稳定性增加，冷却速度过快可能使镁合金铸件某部分尺寸变形。

（3）人工时效过程中由于分解过饱和固溶体并析出第二相，第二项的析出有时会导致尺寸减小。

在镁合金的工业地位日益升高的今天，如何解决镁合金生产加工以及应用中的各种问题是科研工作者未来需要做去做的工作。

[1]姜俊.多向锻造及退火工艺对AZ80A镁合金显微组织及力学性能的影响[D].湖南：中南大学，2014.

[2]高盼盼.准晶态Mg-Zn-Y合金的制备及退火热处理工艺探究[D].济南：山东大学，2012.

[3]刘正，计海涛，盛晓方，等.镁合金强韧化复合机制与方法的探索[J].沈阳工业大学报.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