一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镁合金铸件的制备方法，特指系一种Mg-Y-Nd镁合金铸件的热处理工 艺;属于镁合金及热处理工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] Mg-Y-Nd系列镁合金作为使用最广的稀土镁合金，以其优秀的高温力学性能在航 空、航天等领域得到广泛的应用。该合金采用低压铸造的方法可以制备出各种大尺寸，形状 复杂的各种航空构件。合金中由于Y和Nd元素的加入，可形成Mg4iNd5、Mg24Y5以及Mgi4Nd2Y等 化合物，从而起到强化的作用。但是这些起强化作用的化合物需要在时效过程中形成，而在 铸造过程中形成的粗大化合物并不能起强化作用，因此在该合金进行热处理时首先需要将 铸造过程形成的粗大化合物溶入基体，然后通过时效的方式使其以细小弥散的形式析出。
[0003] 基于Mg-Y-Nd系列镁合金的强化机理，目前广泛采用固溶+时效的T6热处理工艺对 合金进行热处理，即在高温下加热使合金元素溶入基体，然后在较低温度下进行时效使其 析出。目前的研究结果主要针对固溶温度、固溶时间、以及时效温度和时效时间来展开，通 过寻求一种最优的温度和时间组合使合金热处理后具有较好的力学性能。
[0004] 虽然Mg-Y-Nd系列镁合金的合金化程度已经比较高，但现有技术采用固溶+时效的 T6热处理工艺对合金进行热处理后，根据文献(张娜，Mg-Y-Nd合金的组织与性能研究，吉林 大学硕士学位论文，2007)的记载，合金抗拉强度指标仅仅达到275MPa，因而，限制了Mg-Y-Nd 系列镁合金在很多领域或工况下 的应用，本领域长期以来一直希望能有效提高 Mg-Y-Nd 系列镁合金的力学性能，但至今为止，并没有取得实质性的改善，因此，有必要对Mg-Y-Nd镁 合金热处理工艺进行优化，以满足不同领域对合金力学性能的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单，技术合理，能够大 幅度提高大尺寸稀土镁合金铸件力学性能的热处理方法。
[0006] 本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，包括下述步骤：
[0007] 第一步:分级固溶
[0008] 将铸件加热依次进行一级固溶、二级固溶；
[0009] 一级固溶保温温度450~480°C，保温时间15~20小时;优选的保温时间为15-16小 时;一级固溶保温结束后，继续升温进行二级固溶；
[0010] 二级固溶保温温度540~550°C，保温时间2~3小时，优选的保温时间为2.5-3小 时;然后，出炉后强风冷却，冷却速度200~250 °C/h。
[0011]第二步:分级人工时效
[0012] 将第一步固溶处理后的工件依次进行三级人工时效：
[0013] 一级人工时效工艺为:时效温度300~320 °C，保温时间3~5小时，优选的保温时间 为4-5小时，冷却方式：出炉空冷；
[0014] 二级人工时效工艺为:时效温度200~250 °C，保温时间15~20小时，优选的保温时 间为15-18小时，冷却方式：出炉空冷；
[0015] 三级人工时效工艺为:时效温度150~180°C，保温时间20~30小时，优选的保温时 间为22-30小时，冷却方式：出炉空冷。
[0016]本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，一级固溶加热升温速 度为200~220°C/h;二级固溶加热升温速度为50~100°C/h。
[0017]本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，
[0018] 三级人工时效工艺过程中，每一级人工时效加热升温速度均为150~200°C/h。
[0019] 本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，将铸件依次进行一级固 溶、二级固溶、一级人工时效、二级人工时效、三级人工时效，各步骤的顺序不可调换。
[0020] 本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，经过处理后的工件强度 较常规工艺处理后提高10%以上，其抗拉强度大于等于300MPa，屈服强度大于等于200MPa， 伸长率大于等于5%。
[0021] 本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，所处理的稀土镁合金铸 件原材料为Mg-Y-Nd镁合金。
[0022]本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，所述Mg-Y-Nd镁合金包 括下述组分，按质量百分比组成：
[0023] Y 3.5~4.0% ;Nd 2.3~2.6% ;Zr 0.4~0.5% ;Gd 0.3~0.4% ;其它元素总量小 于0.5%;余量为Mg。
[0024] 本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，所处理的稀土镁合金铸 件采用低压铸造的方法制备，铸件壁厚最厚处为60mm，最薄处为30mm，垂直投影面积大于 0.5111 2，重量大于40敁。
[0025]本发明一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺，对稀土镁合金铸件表面 进行打磨，去除表面的粘沙以及氧化物，并用混合酸溶液清洗，清洗后，进行热处理。
[0026] 发明人结合Mg-Y和Mg-Nd相图，经过长期研究发现:Y元素和Nd元素在Mg中的极限 固溶度具有很大的差别，并且在室温时的固溶度也有很大差别。在固溶处理时，Nd元素需要 较高的温度才能实现完全固溶，而Y元素的固溶温度则低很多，如果选用单一的固溶温度， 则需要对应较高的温度和较长的时间才能实现完全固溶，而且这种情况也容易使晶粒发生 长大，不利于合金的力学性能。也就是说低温固溶时Nd元素不能实现充分固溶，而高温固溶 时，虽然Nd和Y元素均发生了固溶，但晶粒也发生了长大。在时效处理时，含Nd的强化相需要 在较高的温度下析出，而在较高温度下时，Y在Mg中的固溶度仍然较大，也就是说此时含Y的 化合物还不能够完全析出，Mg基体中较多的Y元素固溶，必然减少了析出相的数量。
[0027]基于以上研究结果，发明对稀土镁合金铸件设计了采用阶段固溶和阶段时效的热 处理方法，将固溶和时效视为一个整体，在含Nd强化相时效析出的过程中，Y元素处于固溶 状态，含Y化合物时效析出的过程中又保证含Nd化合物不长大，最终合金中含有更多的析出 强化相，使合金的力学性能得到提高。
[0028] 本发明中，分级固溶以及分级人工时效的机理和技术效果简述于下：
[0029] -级固溶:可使铸态合金中的含Y的偏析相溶入Mg基体中，实现Y元素的均匀固溶， 此时较低的温度既可以实现Y元素的固溶，同时避免了晶粒的长大。
[0030] 二级固溶：实现合金中Nd元素的固溶，冷却后形成含有Y和Nd元素的过饱和固溶 体，较短的保温时间也可避免晶粒的长大。
[0031] -级人工时效:保温过程实现了含Nd强化相的预析出，同时使得第四步冷却过程 中析出的含Y强化相重新固溶的Mg基体中。
[0032]二级人工时效:保温过程使得含Nd强化相充分析出，以及含Y强化相的预析出。 [0033]三级人工时效:保温过程保证了含Y强化相的充分析出，同时控制含Nd强化相不长 大。
[0034]本发明由于采用上述工艺方法对低压铸造的稀土镁合金进行热处理，可弥补现有 热处理工艺的不足，大幅提高合金的力学性能。根据Y元素和Nd元素在Mg中的极限固溶度具 有很大的差别，并且在室温时的固溶度也有很大差别，在固溶处理时Nd元素需要较高的温 度才能实现完全固溶，而Y元素的固溶温度则低很多，而高温固溶时，虽然Nd和Y元素均发生 了固溶，但晶粒也发生了长大。在时效处理时，含Nd的强化相需要在较高的温度下析出，而 在较高温度下时，Y在Mg中的固溶度仍然较大。合理设计固溶和时效的组合工艺，使第一步 加热时Y元素充分固溶，第二步加热时，Nd元素充分固溶，但又保证晶粒不长大，时效时使含 Nd的强化相先析出，降低温度再使含Y的强化相析出，既保证了强化相数量最多，又保证先 析出的强化相不长大。
[0035]本发明的优点是利用简单的热处理方法既保证了时效析出强化相数量较多，细 小，也避免了固溶过程中的晶粒长大。热处理工艺简单，无需对现有热处理设备进行任何改 造，得到的合金力学性能较常规处理更高。
[0036]综上所述，本发明为提高大尺寸稀土镁合金铸件提供了一条简单高效的有效途 径。
[0037]【附图说明】：
[0038]附图1为本发明热处理工艺路线示意图。
[0039]附图2为对比例热处理工艺处理后合金的金相显微组织。
[0040]附图3为本发明实施例2热处理工艺处理后合金的金相显微组织。
[00411附图4为本发明实施例2热处理工艺处理后合金的TEM显