熱處理對(duì)擠壓鑄造鎂合金組織和性能的影響

李彥樺（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，濟(jì)南 250101）

熱處理對(duì)擠壓鑄造鎂合金組織和性能的影響

李彥樺
（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，濟(jì)南 250101）

本文采用拉伸試驗(yàn)、掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡等方法對(duì)熱處理對(duì)擠壓鑄造鎂合金組織和性能的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，固溶處理可以熔解擠壓鑄造鎂合金中由于平衡凝固產(chǎn)生出的共晶相，合金的伸長(zhǎng)率以及看拉伸強(qiáng)度有所提升，屈服強(qiáng)度和硬度有所下降。

熱處理；擠壓鑄造；鎂合金

鎂合金密度小，質(zhì)地比較輕，在剛度和強(qiáng)度上均高于鋁合金和鋼，慣性的性能較低，減震降噪性能良好、耐磨性能良好，并且可以再次回收，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，鎂合金在汽車(chē)、航天航空工業(yè)的運(yùn)用范圍比較廣泛［1］。擠壓是目前為止比較先進(jìn)的加工工藝，使用擠壓的方式加工而成的鎂合金力學(xué)性能比較好、產(chǎn)品類(lèi)型豐富、生產(chǎn)率高、并且能夠自動(dòng)化連續(xù)化生產(chǎn)，所以如果企業(yè)對(duì)某零部件進(jìn)行大批量大規(guī)模的生產(chǎn)，使用擠壓技術(shù)比較方便［2］。

1　實(shí)驗(yàn)材料和方法

首先把AZ61合金切成小塊，完成之后把小塊的AZ61合金加熱到300℃，加熱爐子的溫度為600℃，然后往爐子里放進(jìn)胚料。達(dá)到一定的溫度后，爐子中的AZ61合金開(kāi)始熔化，此時(shí)加進(jìn)去覆蓋劑，溫度升到720℃之后把AZ61合金完全融化掉，然后進(jìn)行25分鐘的保溫，把之前準(zhǔn)備好的固定重量的小顆粒狀的Mg-15%La中間合金放進(jìn)去，進(jìn)行攪拌，使中間合金在熔融液體中均勻融入。防止40分鐘之后開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行降溫，溫度降到700℃之后對(duì)其澆鑄，預(yù)熱澆鑄模在進(jìn)行澆鑄之前溫度要在200℃左右，以免受到金屬溶體的靠近激冷，同時(shí)使合金的流動(dòng)性有所提高。最后我們將獲得AZ61-x%La合金鑄錠，x分別是1.5，1.0，0.5［3］。

把得到的鑄錠進(jìn)行均勻化處理，然后將其放在YG32-200T臥式四柱熱擠壓機(jī)上開(kāi)展熱擠壓的實(shí)驗(yàn)，將擠壓筒溫度調(diào)至400℃，擠壓的比例為10∶1.把擠壓獲得的樣品進(jìn)行T4、T5、T6一系列熱處理。

T4熱處理主要是：將受過(guò)擠壓的樣品放在電阻爐中進(jìn)行加熱，溫度到410℃后進(jìn)行保溫，分別在之后的8小時(shí)、10小時(shí)、12小時(shí)后進(jìn)行出爐水冷。T5的熱處理工序主要是：把受過(guò)擠壓的樣品放在電阻爐中加熱，加熱到200℃后進(jìn)行保溫，分別于4小時(shí)、5小時(shí)、6小時(shí)之后出爐空冷。T6的熱處理工序是：把T4固溶處理后的樣品放24小時(shí)，然后在同一個(gè)電阻爐中進(jìn)行處理，溫度是200℃，然后開(kāi)始保溫，分別在之后的4小時(shí)、5小時(shí)、6小時(shí)之后對(duì)其空冷。

顯微樣品經(jīng)理以下程度：平整、拋光、預(yù)磨、硝酸酒精的腐蝕，然后利用Quanta200型的掃描電鏡以及XJL-02光學(xué)顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行顯微組織外形檢查，使用Bruker D-8型的X射線衍射儀來(lái)探究AZ61合金的物相。

2　結(jié)果和分析

2.1熱處理對(duì)擠壓鑄造鎂合金顯微組織的影響

AZ61合金-1.0%La鎂合金的顯微組織在不同狀態(tài)下有所不同。含有La的AZ61鎂合金組織是由沿晶界呈連續(xù)網(wǎng)狀分布的、不規(guī)則的β-Mg17Al12相以及α-Mg組成。合金在經(jīng)過(guò)擠壓變形之后呈現(xiàn)出一種經(jīng)典的擠壓組織外貌，鎂合金在擠壓工藝條件下經(jīng)受過(guò)擠壓之后，它的晶粒組織已經(jīng)不再均勻，部分地方再結(jié)晶，形成了大角度的細(xì)小晶粒。

經(jīng)過(guò)T4這一工序之后，之前存在于晶界處的β-Mg17Al12相已經(jīng)完全分解，并且已經(jīng)熔化在α-Mg的基體中，從而形成一個(gè)α-Mg的固溶體，這種組織是不穩(wěn)定的。此時(shí)的合金成分大概均勻分布，改變了偏析的現(xiàn)象，之后經(jīng)過(guò)410℃的固溶。晶粒的尺寸較之于受擠壓之前有了明顯的增大。

經(jīng)過(guò)T6這一工序之后，從α-Mg中可以析出太過(guò)飽和的Al，并在晶界處再次得到β-Mg17Al12相，此時(shí)的β-Mg17Al12相開(kāi)始朝著晶內(nèi)生產(chǎn)。如果時(shí)效溫度比較低，大概在200℃時(shí)候，能夠不連續(xù)地析出一種典型的β-Mg17Al12相，它生長(zhǎng)和形核的時(shí)間都比較長(zhǎng)。β-Mg17Al12相從原來(lái)的彌散分布網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)狀態(tài)狀態(tài)編程在晶界處的塊狀結(jié)構(gòu)，同樣存在于晶界處，還出現(xiàn)在晶界的內(nèi)部，類(lèi)似于β-Mg17Al12相的第二相。

2.2La對(duì)擠壓鑄造鎂合金顯微組織的影響

經(jīng)過(guò)T6這一工序之后，合金中的La的含量有所改變，分別是0、0.5%、1.0%。稀土元素能夠使熱處理后的合金組織更為細(xì)化，其晶界處以及晶內(nèi)存在的針狀的以及顆粒狀的西圖像，該稀土相的成分是Al11La3。由于Al11La3具有良好的熱穩(wěn)定性以及比較高的熔點(diǎn)，在進(jìn)行熱處理的時(shí)候，Al11La3不會(huì)和β-Mg17Al12相一樣析出和熔解。所以稀土相能夠防止Al原子朝著β-Mg17Al12相擴(kuò)散，避免β-Mg17Al12相因?yàn)榈貌坏叫枰腁l而不再成長(zhǎng)［7］。所以，在合金進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，加入La元素在一定程度上可以制約晶粒的進(jìn)一步擴(kuò)大。如果La的含量使1.0%，就明顯可以看出合金的晶粒的細(xì)化程度。

2.3熱處理擠壓鑄造鎂合金力學(xué)性能的影響

AZ61進(jìn)行過(guò)擠壓之后，在T4和T6的工序中，La的含量的變化會(huì)影響到合金的顯微硬度的變化。把不同含量的La加入擠壓過(guò)的鎂合金中，然后開(kāi)始T4工序，明顯可以看出合金的硬度有著整體的下降，但是，經(jīng)過(guò)T6的工序處理之后，合金的硬度又有所回升。經(jīng)過(guò)研究分析得出，因?yàn)榫Я３叽绮粩嘧兓?，第二相析出、熔解以及形狀變化，?dǎo)致了鎂合金的力學(xué)性能也發(fā)生變化，擠壓態(tài)的鎂合金晶粒在固溶處理的狀態(tài)下有了明顯的增大，所以在進(jìn)行T4這一處理工序時(shí)，鎂合金的硬度有了明顯的下降，時(shí)效處理過(guò)重中使溶于α-Mg基體中的β-Mg17Al12相再次被析出，所以在進(jìn)行T6這一處理工序時(shí)，合金的硬度再次回升，但是整體來(lái)說(shuō)，合金的硬度依然是小于擠壓態(tài)時(shí)候的硬度。

3　結(jié)論

La元素能夠使經(jīng)過(guò)熱處理后的合金組織更為細(xì)化，使合金的硬度有所提高。經(jīng)過(guò)T4處理之后的合金屈服強(qiáng)度和硬度都有明顯的下降，而伸長(zhǎng)率和抗拉強(qiáng)度有所提高。T6工序處理能夠提高合金的里力學(xué)性能，T5處理并未明顯影響到合金的力學(xué)性能。

［1］吳玉娟，丁文江，彭立明等.高性能稀土鎂合金的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)材料進(jìn)展，2011（02）:1-9.

［2］張衛(wèi)文，趙海東，張大童等.金屬材料擠壓鑄造成形技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)材料進(jìn)展，2011（07）:24-32+56.

［3］劉先蘭，劉楚明，張文玉等.熱處理對(duì)擠壓Mg-5.5Zn-1.7Nd-0.7Cd-0.5Zr鎂合金組織和性能的影響［J］.特種鑄造及有色合金，2010（12）:1099-1101+1072.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.026