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、室溫力學性能進行了分析，并對擠壓態殼體零件熱處理工藝進行研究。

結果表明：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以解理為主的脆性斷裂特征，斷裂主要發生在結合較薄弱的晶界及β-Mg17Al12相析出相的片層間。

鎂合金作為結構材料，具有比重小、比強度和比強度高、導熱和導電性好等優點。擠壓態變形鎂合金產品內部缺陷少、可以滿足產品結構件多樣化的需求，在汽車、航空工業中具有廣闊的應用前景 。

熱處理可以改善合金力學性能和使用性能，使材料性能充分發揮的重要手段。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、分布及數量，消除擠壓過程中的變形抗力，提高多層殼體零件的力學性能。通過觀察微觀組織、測試力學性能，確定AZ80鎂合金多層殼體零件較優的熱處理工藝參數，為工業化生產多層殼體零件提供理論依據。

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、擠壓態力學性能見表1，擠壓態實物見圖1，擠壓態金相組織、拉伸斷口形貌見圖2、圖3。分別對不同擠壓態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律。

圖4 擠壓態和固溶態SEM形貌

2、試驗結果與討論

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，其力學性能見表1。通過與擠壓態零件性能對比發現，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為擠壓態形貌，4.1g-4.3g為熱處理形貌。擠壓態AZ80鎂合金拉伸斷口呈現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成，在斷口上有二次微裂紋。經固溶處理后合金的拉伸斷口形貌發生明顯變化，沿晶斷裂減少，解理斷裂和塑性斷裂區域增加，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#零件的固溶態顯微組織照片。通過分析，可以看到擠壓態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組織消失，晶粒發生了靜態再結晶，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性能的影響

零件固溶后，進行時效處理。通過對比分析發現，隨著時間的延長，抗拉強度呈現先升高后下降趨勢，而延伸率基本呈下降趨勢。而對于不同的擠壓參數成形的零件，低溫成形的零件綜合力學性能較差，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，當時效時間為8h時，β-Mg17Al12相已經在晶界處析出，但是析出量較少；當時效時間為16h時，β-Mg17Al12相已經呈連續析出，形貌多呈胞狀；在時效24h時，析出的β相幾乎與基體相當，呈塊狀連續析出。隨著保溫時間的增加，其析出相的數量逐漸增多，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 擠壓態和固溶態力學性能對比

圖5 擠壓態和固溶態顯微組織

表2 AZ80 多層殼體零件經不同時效處理后的力學性能

圖6 1#零件不同時間顯微組織

結論

通過研究分析擠壓態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性能的影響。結果表明：

（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以解理為主的脆性斷裂特征，斷裂主要發生在結合較薄弱的晶界及β- Mg17Al12相析出相的片層間。

（作者單位：呂燕 沈陽飛機工業（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）