一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鎂合金鑄件的制備方法，特指系一種Mg-Y-Nd鎂合金鑄件的熱處理工 藝;屬于鎂合金及熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] Mg-Y-Nd系列鎂合金作為使用最廣的稀土鎂合金，以其優(yōu)秀的高溫力學(xué)性能在航 空、航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。該合金采用低壓鑄造的方法可以制備出各種大尺寸，形狀 復(fù)雜的各種航空構(gòu)件。合金中由于Y和Nd元素的加入，可形成Mg4iNd5、Mg24Y5以及Mgi4Nd2Y等 化合物，從而起到強化的作用。但是這些起強化作用的化合物需要在時效過程中形成，而在 鑄造過程中形成的粗大化合物并不能起強化作用，因此在該合金進(jìn)行熱處理時首先需要將 鑄造過程形成的粗大化合物溶入基體，然后通過時效的方式使其以細(xì)小彌散的形式析出。
[0003] 基于Mg-Y-Nd系列鎂合金的強化機理，目前廣泛采用固溶+時效的T6熱處理工藝對 合金進(jìn)行熱處理，即在高溫下加熱使合金元素溶入基體，然后在較低溫度下進(jìn)行時效使其 析出。目前的研究結(jié)果主要針對固溶溫度、固溶時間、以及時效溫度和時效時間來展開，通 過尋求一種最優(yōu)的溫度和時間組合使合金熱處理后具有較好的力學(xué)性能。
[0004] 雖然Mg-Y-Nd系列鎂合金的合金化程度已經(jīng)比較高，但現(xiàn)有技術(shù)采用固溶+時效的 T6熱處理工藝對合金進(jìn)行熱處理后，根據(jù)文獻(xiàn)(張娜，Mg-Y-Nd合金的組織與性能研究，吉林 大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007)的記載，合金抗拉強度指標(biāo)僅僅達(dá)到275MPa，因而，限制了Mg-Y-Nd 系列鎂合金在很多領(lǐng)域或工況下 的應(yīng)用，本領(lǐng)域長期以來一直希望能有效提高 Mg-Y-Nd 系列鎂合金的力學(xué)性能，但至今為止，并沒有取得實質(zhì)性的改善，因此，有必要對Mg-Y-Nd鎂 合金熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，以滿足不同領(lǐng)域?qū)辖鹆W(xué)性能的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝簡單，技術(shù)合理，能夠大 幅度提高大尺寸稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理方法。
[0006] 本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，包括下述步驟：
[0007] 第一步:分級固溶
[0008] 將鑄件加熱依次進(jìn)行一級固溶、二級固溶；
[0009] 一級固溶保溫溫度450~480°C，保溫時間15~20小時;優(yōu)選的保溫時間為15-16小 時;一級固溶保溫結(jié)束后，繼續(xù)升溫進(jìn)行二級固溶；
[0010] 二級固溶保溫溫度540~550°C，保溫時間2~3小時，優(yōu)選的保溫時間為2.5-3小 時;然后，出爐后強風(fēng)冷卻，冷卻速度200~250 °C/h。
[0011]第二步:分級人工時效
[0012] 將第一步固溶處理后的工件依次進(jìn)行三級人工時效：
[0013] 一級人工時效工藝為:時效溫度300~320 °C，保溫時間3~5小時，優(yōu)選的保溫時間 為4-5小時，冷卻方式：出爐空冷；
[0014] 二級人工時效工藝為:時效溫度200~250 °C，保溫時間15~20小時，優(yōu)選的保溫時 間為15-18小時，冷卻方式：出爐空冷；
[0015] 三級人工時效工藝為:時效溫度150~180°C，保溫時間20~30小時，優(yōu)選的保溫時 間為22-30小時，冷卻方式：出爐空冷。
[0016]本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，一級固溶加熱升溫速 度為200~220°C/h;二級固溶加熱升溫速度為50~100°C/h。
[0017]本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，
[0018] 三級人工時效工藝過程中，每一級人工時效加熱升溫速度均為150~200°C/h。
[0019] 本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，將鑄件依次進(jìn)行一級固 溶、二級固溶、一級人工時效、二級人工時效、三級人工時效，各步驟的順序不可調(diào)換。
[0020] 本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，經(jīng)過處理后的工件強度 較常規(guī)工藝處理后提高10%以上，其抗拉強度大于等于300MPa，屈服強度大于等于200MPa， 伸長率大于等于5%。
[0021] 本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，所處理的稀土鎂合金鑄 件原材料為Mg-Y-Nd鎂合金。
[0022]本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，所述Mg-Y-Nd鎂合金包 括下述組分，按質(zhì)量百分比組成：
[0023] Y 3.5~4.0% ;Nd 2.3~2.6% ;Zr 0.4~0.5% ;Gd 0.3~0.4% ;其它元素總量小 于0.5%;余量為Mg。
[0024] 本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，所處理的稀土鎂合金鑄 件采用低壓鑄造的方法制備，鑄件壁厚最厚處為60mm，最薄處為30mm，垂直投影面積大于 0.5111 2，重量大于40敁。
[0025]本發(fā)明一種提高稀土鎂合金鑄件力學(xué)性能的熱處理工藝，對稀土鎂合金鑄件表面 進(jìn)行打磨，去除表面的粘沙以及氧化物，并用混合酸溶液清洗，清洗后，進(jìn)行熱處理。
[0026] 發(fā)明人結(jié)合Mg-Y和Mg-Nd相圖，經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn):Y元素和Nd元素在Mg中的極限 固溶度具有很大的差別，并且在室溫時的固溶度也有很大差別。在固溶處理時，Nd元素需要 較高的溫度才能實現(xiàn)完全固溶，而Y元素的固溶溫度則低很多，如果選用單一的固溶溫度， 則需要對應(yīng)較高的溫度和較長的時間才能實現(xiàn)完全固溶，而且這種情況也容易使晶粒發(fā)生 長大，不利于合金的力學(xué)性能。也就是說低溫固溶時Nd元素不能實現(xiàn)充分固溶，而高溫固溶 時，雖然Nd和Y元素均發(fā)生了固溶，但晶粒也發(fā)生了長大。在時效處理時，含Nd的強化相需要 在較高的溫度下析出，而在較高溫度下時，Y在Mg中的固溶度仍然較大，也就是說此時含Y的 化合物還不能夠完全析出，Mg基體中較多的Y元素固溶，必然減少了析出相的數(shù)量。
[0027]基于以上研究結(jié)果，發(fā)明對稀土鎂合金鑄件設(shè)計了采用階段固溶和階段時效的熱 處理方法，將固溶和時效視為一個整體，在含Nd強化相時效析出的過程中，Y元素處于固溶 狀態(tài)，含Y化合物時效析出的過程中又保證含Nd化合物不長大，最終合金中含有更多的析出 強化相，使合金的力學(xué)性能得到提高。
[0028] 本發(fā)明中，分級固溶以及分級人工時效的機理和技術(shù)效果簡述于下：
[0029] -級固溶:可使鑄態(tài)合金中的含Y的偏析相溶入Mg基體中，實現(xiàn)Y元素的均勻固溶， 此時較低的溫度既可以實現(xiàn)Y元素的固溶，同時避免了晶粒的長大。
[0030] 二級固溶：實現(xiàn)合金中Nd元素的固溶，冷卻后形成含有Y和Nd元素的過飽和固溶 體，較短的保溫時間也可避免晶粒的長大。
[0031] -級人工時效:保溫過程實現(xiàn)了含Nd強化相的預(yù)析出，同時使得第四步冷卻過程 中析出的含Y強化相重新固溶的Mg基體中。
[0032]二級人工時效:保溫過程使得含Nd強化相充分析出，以及含Y強化相的預(yù)析出。 [0033]三級人工時效:保溫過程保證了含Y強化相的充分析出，同時控制含Nd強化相不長 大。
[0034]本發(fā)明由于采用上述工藝方法對低壓鑄造的稀土鎂合金進(jìn)行熱處理，可彌補現(xiàn)有 熱處理工藝的不足，大幅提高合金的力學(xué)性能。根據(jù)Y元素和Nd元素在Mg中的極限固溶度具 有很大的差別，并且在室溫時的固溶度也有很大差別，在固溶處理時Nd元素需要較高的溫 度才能實現(xiàn)完全固溶，而Y元素的固溶溫度則低很多，而高溫固溶時，雖然Nd和Y元素均發(fā)生 了固溶，但晶粒也發(fā)生了長大。在時效處理時，含Nd的強化相需要在較高的溫度下析出，而 在較高溫度下時，Y在Mg中的固溶度仍然較大。合理設(shè)計固溶和時效的組合工藝，使第一步 加熱時Y元素充分固溶，第二步加熱時，Nd元素充分固溶，但又保證晶粒不長大，時效時使含 Nd的強化相先析出，降低溫度再使含Y的強化相析出，既保證了強化相數(shù)量最多，又保證先 析出的強化相不長大。
[0035]本發(fā)明的優(yōu)點是利用簡單的熱處理方法既保證了時效析出強化相數(shù)量較多，細(xì) 小，也避免了固溶過程中的晶粒長大。熱處理工藝簡單，無需對現(xiàn)有熱處理設(shè)備進(jìn)行任何改 造，得到的合金力學(xué)性能較常規(guī)處理更高。
[0036]綜上所述，本發(fā)明為提高大尺寸稀土鎂合金鑄件提供了一條簡單高效的有效途 徑。
[0037]【附圖說明】：
[0038]附圖1為本發(fā)明熱處理工藝路線示意圖。
[0039]附圖2為對比例熱處理工藝處理后合金的金相顯微組織。
[0040]附圖3為本發(fā)明實施例2熱處理工藝處理后合金的金相顯微組織。
[00411附圖4為本發(fā)明實施例2熱處理工藝處理后合金的TEM顯