[发明专利]一种高性能镁合金铸件的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能镁合金铸件的制备方法，属于铸造镁合金热处理技术领域。该方法首先将由优选化学成分的镁合金制成的铸件在高温、高压条件下进行热等静压处理，随后在常压下进行固溶和时效处理。本发明使镁合金铸件中的疏松消除；经过热等静压和固溶处理后，粗大共晶相完全溶解，溶质元素均匀分布于基体中，组织均匀，时效处理后，具有良好的时效强化效果；与镁合金铸件传统制备工艺相比，本发明不但可以显著提高优选化学成分的镁合金铸件的力学性能，还可以提升铸件的性能均一性、稳定性和成品率。

技术领域

本发明涉及铸造镁合金热处理技术领域，具体涉及一种高性能镁合金铸件的制备方法。

背景技术

与其它金属、塑料和木料等结构材料相比，镁合金具有比强度、比刚度高，减振性好、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工、易回收等一系列优点，被称为21世纪的绿色工程材料。

然而现有商业镁合金铸造的疏松倾向显著高于铝合金及其它金属材料，疏松缺陷会显著降低合金材料或铸件的力学性能，严重阻碍了镁合金的大规模应用。研究发现镁合金铸件不能充分发挥其合金材料本身固有的力学性能，且同一铸件不同部位的性能或不同铸件同一部位的性能的均一性和稳定性不高的另一个原因是因为疏松缺陷会降低热处理效果。由于疏松和离异共晶相均在凝固末期形成，往往在晶界处伴生出现，疏松位置的共晶相表面悬空，不与基体接触，导致固溶处理时溶质原子的扩散面积大幅减低(减低～50％)。图1所示为VW63合金无疏松区与疏松区时效处理后的背散射电子成像的形貌；因此，普通固溶处理过程中，疏松会减少由于共晶相溶解而需要容纳扩散溶质原子的材料基体的体积，降低共晶相溶解的速度，使热处理所需的时间延长。还有研究表明，有些合金元素，如Y及重稀土元素(如Gd，Dy,Er等)在镁中的扩散系数速率要比Al和Zn要低一个数量级；所以，通过普通固溶处理工艺完全消除高强耐热镁-稀土合金铸件中的共晶相需要较高的温度或更长的时间。

对于疏松缺陷，一方面可以采用先进的低压、差压等铸造方法并设计合理铸造工艺，通过设计有效补缩通道、冒口和冷铁等凝固控制工艺消除或减少铸件中的疏松缺陷。但是同一铸件不同部位达到无疏松缺陷状态的临界补缩压力并不完全相同，有些部位的补缩压力可能达不到实现完全补缩所需的压力。而且，即使在补缩压力足够大的情况下，由于铸件结构的复杂性，壁厚不均匀，导致有些部位的补缩通道不顺畅。如图2所示为航天用砂型重力铸造ZM6/WE43镁合金支架结构示意图，支架中间的几个筋板壁厚比较薄，在铸件充型完毕之前就已经凝固了，低压铸造充型完毕后的保压补缩压力对这些筋板起不到补缩作用，难以完全消除其中的疏松缺陷。另一方面，工业上通常采用补焊工艺对铸件中的铸造缺陷进行修复。然而镁合金疏松缺陷一般面积较大，其周围的组织通常也不致密，补焊时输入的热量容易引起补焊处及其周围再次产生裂纹，疏松缺陷几乎不可通过补焊修复。因此，需要寻求新的消除疏松的途径。

工业上采用热等静压(hot isostatic pressing，简称HIP)工艺对高温合金、钛合金等进行消除疏松的致密化处理，该工艺具有提高铸件产品整体力学性能的良好效果。对于内部不致密，孔洞与外界连通的材料，如采取粉末冶金工艺制备的铝合金、钛合金材料，需采取外包套工艺，将致密度不高的材料包在一层外套之内，然后再对其进行热等静压处理，也有很好的提高力学性能的效果，但是对于铸件而言，由于形状的复杂性，包套工艺并不便于实施。

发明内容

针对普通热处理镁合金铸件力学性能较低、不稳定等问题，本发明的目的在于提供一种高性能镁合金铸件的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高性能镁合金铸件的制备方法，该方法首先将初始镁合金铸件放入热等静压炉内进行热等静压处理，出炉后空冷；再将铸件在常压条件下依次进行固溶和时效处理，即获得所述高性能镁合金铸件；所述初始镁合金铸件的疏松级别≤3级或者初始铸件上至少有一处局部区域内的疏松级别≤3级。

所述初始镁合金铸件的凝固温度区间≤100℃。