熱處理對含內結構的筒形鎂合金件尺寸穩定性研究進展

王鵬

（杭州華電工程監理咨詢有限公司）

熱處理對含內結構的筒形鎂合金件尺寸穩定性研究進展

王鵬

（杭州華電工程監理咨詢有限公司）

鎂合金有相當杰出的比剛度、比強度、又因為其結構強、質量輕等優點，被應用在各種領域。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定產生很大的影響，本文通過介紹和比較各種熱處理工藝對內結構的筒形鎂合金件的尺寸穩定性能的影響。

鎂合金；熱處理；尺寸穩定

1 鎂合金的熱處理的類型及其對尺寸穩定性的研究進展

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生的影響和殘余應力，恢復鎂合金的塑形。能夠更有利于鎂合金的以后的加工。

下面是大學研究退火工藝對鎂合金組織和性能及其尺寸穩定性的影響：

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

鎂合金的退火工藝有助于改善鎂合金的晶粒尺寸大小，形狀和組織結構等等。結論之一是退火可以使AZ80A鎂合金出現靜態再結晶的現象，再結晶的晶粒會隨著保溫時間的延長而增多。再結晶發生時，退火溫度的高低不同會使鎂合金鑄件產生的尺寸變化大小不同，溫度越高或者保溫時間越長的鎂合金的尺寸會越不穩定。

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

在鎂合金薄板退火過程中325℃時退伙三個小時的性能最佳，抗拉強度和延伸率都達到峰值，而且其晶粒非常均勻。保溫時間過短晶粒不均勻，保溫時間過長會發生晶粒粗大，在局部會變形。

（3）山東大學通過準晶態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進行退火的顯微組織以及性能尺寸穩定等方面得出了三點：①在350℃對其進行12h退火，晶粒均勻。當保溫時間過長均勻化效果不怎么明顯，第二相從新析出。②性對于保溫時間而言保溫溫度的影響會相對的大一點。③退火不充分或者退火時間太長會使鑄件產生尺寸不穩定現象。

通過上述實驗內容及結論研究發現得出：

（1）退火一般都是是去應力退火，能消除鎂合金在生產鑄造中因為模具的約束產生的應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力以及因為鑄件凝固收縮過程造成的殘余應力。

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

（3）對于保溫時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）在一定溫度范圍內再結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，采用等溫冷卻鑄件的性能在絕大多數方面要優于連續冷卻。

1.2 固溶處理

鎂合金的金屬原子擴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間用來充分溶解其強化相。鎂合金經過固溶處理后能夠提升其強度與韌性，在鎂合金各類鑄件中，鑄件壁厚的鑄件所用的固溶時間一般來說都會比較長。薄壁鑄件所需要時間一般來說都會比較短，對于鑄造鎂合金來說變形鎂合金的固溶時間相對較短。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散以及其分散的過程相是當的緩慢的。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的狀態。但是在固溶處理是要特別注意溫度的高低和保溫時間的長短，不然會可能出現過燒原因影響其尺寸穩定性。

1.3 人工時效

為了提高固溶處理的強化效果通常要對鑄件進行人工時效處理，來使鑄件的屈服強度往上提升，但是這樣做的缺點就是導致其塑性下降。進行人工時效通過析出第二相來增加鑄件的屈服強度。一些因素將會影響析出相的分布，其中最主要的幾個因素是合金系合金的添加元素和時效的溫度。不過現在鎂合金的研究中對時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行退火和固溶處理，而是僅僅對其做人工時效處理。Mg-Zn系合金基本沒有必要對其固溶處理和退火，原因是因為固溶處理會讓鎂鋅合金晶粒變粗，這樣將導致鎂合金的組織和性能變差甚至使鑄件的形態和尺寸發生變化。因此熱變形后只需要對其進行人工時效處理就能保證獲得良好的時效強化效果。

圖1 Clark等人繪制的Mg-Zn二元相圖[4]

鎂鋅合金人工時效最主要的強化相是析出第二相，但是僅僅有這兩種元素時效強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第二相的析出。東北大學通過研究添加Nd來改善鎂鋅合金的時效析出行為，得出了Nd能抑制析出相的長大，而且Mg-Zn-Nd是非常穩定的三元化合物。

2 結論與展望

通過對鎂合金的熱處理方法造成尺寸不穩定因素的分析得出以下結論：

（1）對鎂合金進行退火主要原因是消除鎂合金的殘余應力和加工硬化現象，在此過程中由于殘余應力的消除，塑性變強，在高溫下容易使鎂合金產生形變，在時效處理工件中由于含內結構件的受熱不均勻的因素其組織的線性膨脹系數不同，也因為這個原因在冷卻過程中導致其形狀尺寸發生改變。

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

（3）人工時效過程中由于分解過飽和固溶體并析出第二相，第二項的析出有時會導致尺寸減小。

在鎂合金的工業地位日益升高的今天，如何解決鎂合金生產加工以及應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性能的影響[D].湖南：中南大學，2014.

[2]高盼盼.準晶態Mg-Zn-Y合金的制備及退火熱處理工藝探究[D].濟南：山東大學，2012.

[3]劉正，計海濤，盛曉方，等.鎂合金強韌化復合機制與方法的探索[J].沈陽工業大學報.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