[发明专利]Mg-Zn-RE系镁合金氢化热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料与冶金类技术领域，涉及镁合金热处理技术，具体涉及一种Mg-Zn-RE系镁合金氢化热处理方法。

背景技术

镁合金密度一般小于2g／cm³，是目前最轻的金属结构材料，具有比强度比刚度高、导热导电性好、阻尼减震性能高、电磁屏蔽性好、铸造性能良好、易加工、易回收等优点，被誉为21世纪最具发展潜力和前途的工程材料。在100～300℃范围内，Mg-Zn-RE系镁合金有较好的力学性能与抗蠕变性以及优异的焊接性能。因此，该系镁合金被广泛应用于制造航空发动机与变速箱配套机匣以及某些航天器部件。

为了满足航空、航天器零部件对合金材料力学性能的要求，铸件必须经过T6热处理(固溶+时效)强化：固溶处理是为了得到溶质原子均匀分布的过饱和固溶体，并尽可能细化残余共晶组织中不易溶解的稳定相；时效处理则是为了实现强化相的均匀析出。然而，目前针对Mg-Zn-RE系镁合金的热处理工艺仅限于直接高温时效(325℃)，并不能通过T6热处理“完全固溶+峰值时效”来实现最佳的强化效果，原因在于：一方面，Mg-Zn-RE化合物属于高温稳定相，即使在固溶温度下仍不易分解，Mg基体中有限的溶质原子将直接导致后续时效处理过程中析出强化相数量的减少，从而极大地限制了时效强化提高合金力学性能的效果；另一方面，由于砂型铸造冷却速率较低，铸造Mg-Zn-RE系镁合金组织中容易形成粗大块状的Mg-Zn-RE化合物，并且沿晶界呈网状分布，往往成为裂纹源的萌生区，也会显著降低合金的力学性能。

此外，由于大多数航空、航天铸件具有体积巨大、结构复杂的特点，因此只能采用砂型铸造的工艺进行成形。常规镁合金铸件大多采用固溶处理，较高的固溶处理温度能够使砂型进行溃散，从而实现“清砂”。而Mg-Zn-RE系镁合金铸件通常只采用高温时效热处理，所用温度很难实现型砂的溃散，极大地增加了后期清砂工艺的难度，特别是某些大型薄壁航空、航天铸件中复杂的油、气管路内存留的树脂砂芯去除极其困难，已经严重地制约了此类铸件的生产。

发明内容

本发明的目的是为了提高Mg-Zn-RE系镁合金力学性能以及解决大型复杂薄壁航空、航天铸件“清砂难”的技术瓶颈，提供一种Mg-Zn-RE系镁合金氢化热处理方法，旨在通过使用“氢化固溶”辅之以时效强化热处理工艺，在减少Mg-Zn-RE化合物的含量的同时，有效地增加Mg-Zn-RE系镁合金时效析出强化相的含量，从而大幅提高Mg-Zn-RE系镁合金的力学性能。此外，该方法在提高Mg-Zn-RE系镁合金的力学性能的同时，也有助于促使形成铸件内腔的树脂砂芯的溃散，从而有助于实现铸件复杂结构(油、气管路)内砂芯的清理，尤其适用于航空、航天复杂镁合金铸件加工及制造过程。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种Mg-Zn-RE系镁合金氢化热处理方法，所述方法包括对Mg-Zn-RE系镁合金铸件氢化固溶处理后进行时效强化处理。通过采用对Mg-Zn-RE系镁合金氢化固溶处理，辅之以时效强化处理的工艺，将原本粗大网状分布的Mg-Zn-RE高温稳定化合物分解为弥散分布的稀土氢化物，并使该化合物中的Zn原子有效溶解入α-Mg基体，再通过后续时效处理得到数量更多、分布均匀的析出强化相，从而大幅提高Mg-Zn-RE系镁合金的力学性能。

优选地，所述氢化固溶处理为在氢气气氛下进行的固溶处理，所述氢气的压力为1～10atm。通过氢化处理的方法能够清除铸件复杂结构中残留的砂芯。

优选地，所述氢化固溶处理具体包括如下步骤：

A、将Mg-Zn-RE系镁合金铸件置于氢化固溶处理装置(优选氢化炉)，通入氢气，待排出的气体(洗炉气体)到达安全浓度后开始升温，并始终保持所述装置内氢气的安全浓度，以及所述装置外尾气的稳定燃烧；

B、保持所述装置内温度为450～540℃，氢气压力为1～10atm，保温2～72小时；

C、往所述装置内通入氮气，检测排放气体，待达到安全浓度后，取出Mg-Zn-RE系镁合金铸件进行淬火处理。

更优选地，所述淬火处理的淬火介质为水，水温为40～100℃，淬火时间为1～5分钟。

更优选地，所述Mg-Zn-RE系镁合金铸件由氢化固溶处理装置取出转移到淬火设备的时间控制在10～60秒。

优选地，所述时效强化处理后还包括出炉空冷、清砂。

优选地，所述时效强化处理的温度为150～275℃，处理时间为8～32小时。