[发明专利]一种耐热稀土镁合金及其不均匀壁厚铸件的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于镁合金材料热处理技术领域，涉及一种耐热稀土镁合金及其不均匀壁厚铸件的热处理工艺，具体涉及Mg–Y–Nd–Ag系稀土镁合金铸件的热处理。

背景技术

Mg–Y–Nd系合金作为稀土镁合金的典型代表之一，因稀土元素的多重作用，形成Mg₂₄Y₅、Mg₂Y、Mg₄₁Nd₅以及Mg₁₄Nd₂Y等化合物，具备较好的耐热性和较高的强度，被广泛应用于制造航空、航天等领域要求高温服役的结构器件。目前，大尺寸、形状复杂、壁厚存在差异的，航空、航天用稀土镁合金结构件多采用低压铸造成型，但该系合金也因稀土元素种类多、合金相复杂，铸造结晶时易产生偏析，形成大片枝晶组织，这对其性能的充分发挥是不利的。因此，需要通过后续热处理来改善其微观组织结构。研究表明，固溶后再进行人工时效的T6处理可以很好地改善Mg–Y–Nd系铸造合金的显微组织，提高其力学性能。

对Mg–Y–Nd系稀土镁合金的热处理，目前人们积极探索了热处理温度与时间对其组织和性能的影响，并期望寻求一种最佳的温度与时间组合使合金拥有较好的力学性能。然而，采用现有的热处理制度对大型复杂航空、航天用Mg–Y–Nd系稀土镁合金铸件进行热处理，由于铸件各位置的厚度差异较大，加热过程各位置的受热不均，并且合金中的析出强化相种类、结构不同，对应的适宜析出温度和峰值析出时间也不同，从而导致析出相尺寸不均，最终表现为热处理后的铸件薄壁处和厚壁处的力学力学性能不均，甚至高温强度不能满足使用要求，以及塑性低等缺点。

因此，对现有Mg–Y–Nd系稀土镁合金组分进行合理调整并结合热处理工艺的优化，实现其铸件综合力学性能的提升，成为本领域的亟需。

发明内容

本发明针对现有热处理技术的不足，提供一种组分配比合理、工艺简单、操作方便的耐热稀土镁合金及其不均匀壁厚铸件的热处理工艺。采用本发明工艺处理后，合金铸件兼备优良的室温与高温性能。

本发明一种耐热稀土镁合金，包括下述组分，按质量百分比组成：

Y 3.4～3.8；Nd 2.6～3.0；Ag 0.5～0.6；Zr 0.4～0.5；Gd 0.3～0.4，其余为Mg及不可去除的杂质元素。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，是采用下属方案实现的：

将铸件加热至530～540℃，保温固溶后，以≥90℃/min的速度冷却至室温，然后，加热至220～230℃，保温进行人工时效后，出炉空冷；所述铸件为不均匀壁厚的复杂结构耐热稀土镁合金铸件，厚壁与薄壁之间的厚度差≥50mm。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，所述固溶加热的升温速度为150～180℃/h

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，所述固溶保温时间为6～10h。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，固溶保温后，铸件在10～30s内进入冷却工序，冷却速度为90～120℃/min的。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，固溶保温后的冷却工序中，冷却介质为强风。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，人工时效保温时间为40～60h。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，所述人工时效的升温速度为100～150℃/h。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，不均匀壁厚的复杂结构耐热稀土镁合金铸件外形为圆台状，壁厚10～60mm，上底面外径290～300mm，下底面外径750～850mm，高度400～450mm，且存在复杂油、气管路。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，不均匀壁厚的复杂结构耐热稀土镁合金铸件采用低压铸造的方法制备，铸件内部无明显裂纹、气孔及夹渣。

本发明一种耐热稀土镁合金不均匀壁厚铸件的热处理工艺，耐热稀土镁合金铸件表面经机械打磨，去除表面粘沙及氧化层后，再用铬酸盐清洗后进行固溶处理。

采用本发明热处理工艺处理后的大型复杂中强耐热稀土镁合金铸件的平均晶粒大小为60～80μm；室温屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥330MPa，延伸率≥6.0％；