[发明专利]一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺

说明书

技术领域

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺；属于镁合金材料制备技术领域。

背景技术

镁合金具有比重轻、阻尼性能良好、比强度和比刚度高、铸造和切削性能优异等一系列物理、力学性能的优点，广泛的用于航天、电子、汽车、国防等领域。镁合金塑性差，变形难，铸造镁合金占镁合金使用总量的90%，铸造镁合金中，Mg-Al系合金不含昂贵的稀土元素和Zr元素，因此Mg-Al系铸造合金有更大的应用空间。但Mg-Al系合金铸造过程中会产生枝晶偏析，粗大的第二相会阻碍基体的塑性变形，造成应力集中，导致材料断裂，因此必须对铸造Mg-Al系合金进行均匀化热处理。

研究表明（郭强，严红革，陈振华 等.均匀化退火工艺对铸态AZ80镁合金组织与性能的影响[J].金属热处理，2006，7(31):77-80），通过对铸态Mg-Al系合金进行均匀化处理可以有效消除铸锭的枝晶偏析，获得组织成分均匀，综合力学性能优异的铸态镁合金。目前，国内外对铸造Mg-Al系合金的均匀化处理作出了一定的研究，建立了一系列理论和工艺规范。Mg-Al系合金在凝固过程中有较大的结晶区间，容易造成成分不均匀，对于大尺寸铸件，由于各处的温度不一致，更加重了这种成分偏析。常规的均匀化工艺为：直接放入加热炉中，升温至设定温度，空冷或水冷至室温。这种常规均匀化工艺只能处理Φ220mm以下的镁合金铸锭。

随着镁合金应用的越来越广泛，对大尺寸镁合金铸锭的需求也逐渐加大，对其均匀化工艺也提出了更高的要求。大尺寸镁合金铸锭在均匀化工艺的难点主要有：（1）大尺寸铸锭在凝固和以后的冷却过程中会产生较大的铸造应力难以快速释放，容易导致中心区域晶粒在均匀化过程中长大；（2）大尺寸铸锭冷却速率问题：冷却速度太快，容易产生应力，导致开裂；冷却速度太慢，导致析出强化，不利于后续变形和热处理；（3）加热方式和加热速度难以选择，一旦选择不当，便可能使合金受热不均，枝晶不能有效熔解，从而造成综合力学性能不佳。

目前，对Φ≥220mm的镁合金铸锭的均匀化工艺在相关文献中未见报道。

发明内容

本发明针对现有均匀化热处理技术难以处理大尺寸镁合金铸锭的不足，以释放铸造应力、防止过烧和开裂为基点，从升温速度和冷却方式上入手，提出一种适合大尺寸镁合金铸锭均匀化热处理的工艺。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，其实施方案为：将大尺寸镁合金铸锭以10-30℃/min的升温速率升温至320-350℃后再以12℃/h-27℃/h的升温速率升温至410-430℃，保温，然后以2-10℃/min的冷却速度冷却至室温，得到成品；所述大尺寸镁合金铸锭的直径Φ≥220mm。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，在410-430℃下，保温20-30h。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，所述冷却为鼓风冷却。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，所述大尺寸镁合金铸锭采用半连续铸造获得，其成分以质量百分比计包括：Al8.2～8.5%、Mn0.2～0.25%、Zn0.4～0.5%、Cu≦0.05%、Ni≦0.005%、Si≦0.15%、Be≦0.02%、Fe≦0.05%、其他杂质≦0.3；余量为Mg。

本发明一种大尺寸镁合金铸锭的均匀化热处理工艺，所述大尺寸镁合金铸锭的直径Φ为300-450mm、高度为550-800mm。

原理和优势：

相比于现有技术，本发明能处理Φ≥220mm的镁合金铸锭，经过本发明处理过的大尺寸镁合金铸锭，枝晶偏析基本消除，组织成分均匀，便于后续的变形和热处理。其原因分析如下：

1、温度越高原子能量越高，原子扩散和应力释放越有利，铸件在均匀化温度以下迅速升温可提前进入释放状态。本发明加热前期采用10-30℃/min的升温速率升温至350℃随后缓慢升温保证铸造应力的最佳释放，有效的解决了中心区域晶粒在均匀化过程中长大的难题。

2、大尺寸铸锭在加热过程中各处的温度会有较大的差异，根据Fourier导热微分方程可知，随时间延长材料各处的温度越接近，本发明加热后期采用12℃/h-27℃/h的升温速率升温至410-430℃，既起到均匀化退火的作用，又保证了大尺寸镁合金铸锭受热均匀，避免了局部过烧，从而提高了均匀化处理后的铸锭的综合力学性能。

3、本发明严格控制保温时间是为了完全消除大尺寸铸锭中的铸态组织，获得成分均匀、后续加工性能良好的镁合金。