[发明专利]一种Mg-Zn合金一次相强制固溶的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金加工技术领域，特别涉及一种Mg-Zn合金一次相强制固溶的工艺方法。

 

背景技术

在能源、环境问题日益突出的21世纪，镁及其合金以其明显的资源优势和优异的性能特点在交通工具、3C产品、航空航天等具有轻量化需求的领域有着广泛的应用潜力和发展空间。目前应用最广泛的是以Zn为主要合金元素的Mg-Zn系合金，其主要包括Mg-Zn-Zr（ZK）和Mg-Zn-Al（ZA）合金。Mg-Zn系合金属于时效强化型合金，通过在时效过程中析出与基体具有共格关系的MgZn相或MgZnAl相来强化合金、提高合金的强度。时效强化的效果在很大程度上取决于析出相的体积密度；而这又取决于时效前合金元素在镁基体中的固溶度。基体中合金元素的固溶度越高，则时效析出相的体积密度越大、合金的强度越高。

平衡凝固条件下，Zn在Mg中的最大固溶度（共晶温度~ 340℃）为6.2 wt.%。为了获得高的强度，商业化高强度Mg-Zn系合金中通常含有大于6 wt.%的Zn元素，典型牌号如ZK60。但是，由于Zn在镁熔体和α-Mg固溶体之间的分配系数远小于1、并且合金的凝固温度区间大， 实际铸造凝固过程中Zn往往偏聚在最后凝固区域，使得仅含1-2 wt.% Zn的合金中即存在非平衡α-Mg+Mg-Zn（-Al）离异共晶相。另一方面，由于固态下合金元素在镁中的扩散速度很慢，通过传统的均匀化或固溶处理难以完全消除铸锭组织中这些非平衡的一次结晶相，从而难以得到合金元素均匀分布的α-Mg固溶体组织。因此，Mg-Zn合金中不可避免地存在着非平衡金属间化合物相，而且化合物的数量随着合金元素含量的增加而增多。这些粗大的未溶一次相的存在，不仅恶化合金的塑性变形性能，而且由于消耗了合金元素而减少了基体中合金元素的固溶量，从而严重制约了时效强化的效果。因而，对本领域的技术人员来说，尽可能地消除铸锭组织中非平衡的粗大一次相，使合金元素尽可能地固溶于镁基体中，从而充分发挥合金元素的有益作用、提高合金的强度是本领域技术人员急需解决的技术问题。

现有技术中，中国专利CN1307142A“铝、镁合金的固溶或均匀化热处理方法”提出了一种连续升温的固溶或均匀化热处理方法，其是克服传统固溶或均匀化通常在低熔点共晶点或包晶点温度（记为T_熔）以下进行、而使非平衡结晶相的溶入程度和合金性能的提高受到限制而提出的，该技术方案是从T_熔温度以下5-30℃，以0.1-10℃/h的升温速度连续升温至T_熔温度以上5-30℃，直至非平衡结晶相大部分或全部固溶于基体中。虽然该方法在铝合金中取得较好的效果，但由于该热处理方法需要连续缓慢升温，使得合金在高温下停留的时间长，而镁的耐热性差、组织热稳定性不足，若高温长时间的热处理往往引起镁合金晶粒长大和氧化，从而导致镁合金的脆化，因此若将该热处理方法应用于镁合金中，将会受到很大限制。中国专利CN101298653A “高强高韧AZ91镁合金带材电致强韧化处理方法及系统”公开了一种高温短时加热的方法，其是采用电极将脉冲电源输出的高能脉冲电流输入到运动的镁合金带材的加电区域段，在加电区域段产生焦耳热效应和非热效应 从而使带材合金中粗大的一次结晶相尽可能固溶于基体中。该方法处理时间短，避免了合金晶粒长大和高温氧化，明显提高了材料的力学性能。但是该方法处理时需要特殊的电致塑性轧机装置，且处理的合金须是可以卷曲的带材，因此该方法也不适用于镁-锌合金的处理。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种使Mg-Zn合金中非平衡的粗大一次相尽可能地固溶于基体的一种Mg-Zn合金一次相强制固溶的工艺方法。

实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Mg-Zn合金一次相强制固溶的工艺方法，包括如下步骤：

A、常规处理：将需要进行一次相强制固溶的Mg-Zn合金铸锭进行常规固溶或均匀化处理；

B、预热保温：将经过步骤A常规处理的Mg-Zn合金铸锭在高于Mg-Zn合金共晶温度5～60℃的温度范围内进行预热保温处理，预热保温时间0.5～2 h；

C、热挤压加工：将经过步骤B预热保温处理后的Mg-Zn合金铸锭在高于Mg-Zn合金共晶温度5～60℃的温度范围内进行热挤压加工处理，热挤压加工的挤压比为10~50，挤压速率为0.1~1.5m/min；