提高压铸镁合金强韧性的热处理方法与流程

本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种提高压铸镁合金强韧性的热处理方法。

背景技术：

近年来，环境与能源问题成为焦点，镁合金作为最轻的金属结构材料已成为研究热点。其中，Mg-Al系合金是目前应用最为广泛的压铸镁合金，但有限的强韧性，在一定程度上限制了其应用范围。稀土元素可有效改善合金的强韧性，但成本过高，不适用于商业化生产，故合金化元素的选择需权衡考虑成本和性能。此外，大多数镁合金的性能受第二相影响较大，在保证压铸件致密度的基础上，可通过适当的热处理改善第二相的形貌、分布及数量，从而提高压铸Mg-Al系合金的强韧性。

技术实现要素：

发明目的：

本发明的目的是提高压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金的力学性能，提供一种压铸镁合金的热处理方法。采用本发明得到的压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金成分均匀，组织形貌明显改善，析出相数量增加且弥散分布在基体上，并且晶粒无明显长大现象，合金力学性能显著提高。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种提高压铸镁合金强韧性的热处理方法，步骤如下：

（1）通过真空压铸制备高致密度的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金；

（2）将真空压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金放入到热处理炉中进行一次热处理，一次热处理温度为390+10℃，室温装炉，加热速度为3-5℃/min，一次热处理保温时间为13h～16h ；完成一次热处理之后，取出试样空冷；

（3）将试样放入热处理炉中进行二次热处理，二次热处理温度为200℃+10℃，室温装炉，加热速度为3-5℃/min，二次热处理时间为14h～18h ；二次热处理后，取出试样空冷。

所述通过真空压铸制备高致密度的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金，其合金孔隙率小于1%。

步骤（2）所述一次热处理温度为390℃，一次热处理时间为 15h。

步骤（3）所述二次热处理温度为200℃，二次热处理时间为 15h。

优点及效果：

本发明提供了一种提高压铸镁合金强韧性的热处理方法，具有如下优点：

在保证压铸合金致密度的基础上，通过对真空压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金进行热处理，可以使得合金成分均匀，组织形貌明显改善，析出相数量增加且弥散分布在基体上，并且晶粒无明显长大现象，合金力学性能显著提高。真空压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金经一次和二次热处理后，其室温抗拉强度为288.9-306.8MPa，屈服强度为148.5-178.2MPa，伸长率为12.5%-13.8%。

其性能指标明显优于商用AZ91和AM60合金。

具体特点如下：

（1）通过一次热处理使得压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金组织中脆性网状组织（Mg₁₇Al₁₂相）分解并固溶，基体中的Al、Ca、Sn元素含量增加并均匀化，溶质原子引起晶格畸变产生的晶格应力场能够有效阻碍位错的运动，使镁基体得到强化。同时，一次热处理也会改善组织中的第二相形貌及分布，如粗大连续网状Mg₁₇Al₁₂相转变为断续的条状和颗粒状，短棒状CaMgSn相转变为颗粒状，条状和颗粒状的Mg₁₇Al₁₂相和颗粒状CaMgSn相均匀分布于基体上，从而改善合金组织形貌。

（2）在一次热处理的基础上进行二次热处理，会使组织中的合金元素以细小析出相的形式在基体上弥散析出，均匀分布于基体上，从而产生弥散强化的效果。

（3）较低的一次热处理温度可以防止合金在热处理过程中的晶粒粗化，从而最大程度上继承压铸态合金细晶组织的特点，有利于提高合金的强韧性。

附图说明

图 1 为本发明实施例 3制备的试样与压铸态试样室温力学性能的对比图。

图 2 为本发明实施例3制备的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金的显微组织图，其中图2（a）为光学金相结构图，图2（b）为SEM图。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

本发明涉及一种压铸镁合金的热处理方法，具体实施过程如下：

（1）通过真空压铸制备高致密度的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金；

（2）将真空压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金放入到热处理炉中进行一次热处理，一次热处理温度为390+10℃，室温装炉，加热速度为3-5℃/min，一次热处理时间为13h～16h ；完成一次热处理之后，取出试样空冷；

（3）将试样放入热处理炉中进行二次热处理，二次热处理温度为200℃+10℃，室温装炉，加热速度为3-5℃/min，二次热处理时间为14h～18h ；二次热处理后，取出试样空冷。

所述通过真空压铸制备高致密度的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金，其合金孔隙率小于1%。这样能够保证压铸件的致密度，减少热处理过程中气体对压铸件组织及性能的影响，此外，能够防止压铸件在热处理过程中产生起泡和变形。

通过对合金组织及性能进行优选，确定最优的一次热处理温度为390℃，一次热处理时间为 15h。

通过对合金组织及性能进行优选，确定最优的二次热处理温度为200℃，二次热处理时间为 15h。

经一次和二次热处理后该合金室温抗拉强度为288.9-306.8MPa，屈服强度为148.5-178.2MPa，伸长率为12.5%-13.8%。

实施例1

将真空压铸制备的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金放入到热处理炉中进行一次热处理，一次热处理温度为380℃，室温装炉，加热速度为3℃/min，一次热处理时间为13h；完成一次热处理之后，取出试样空冷。将试样放入热处理炉中进行二次热处理，二次热处理温度为190℃，室温装炉，加热速度为3℃/min，二次热处理时间为14h；二次热处理后，取出试样空冷。所得合金，屈服强度为 155.4MPa，抗拉强度为293.9MPa，伸长率为 12.84%。

实施例2

将真空压铸制备的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金放入到热处理炉中进行一次热处理，一次热处理温度为400℃，室温装炉，加热速度为5℃/min，一次热处理时间为16 h ；完成一次热处理之后，取出试样空冷。将试样放入热处理炉中进行二次热处理，二次热处理温度为210℃，室温装炉，加热速度为5℃/min，二次热处理时间为18 h；二次热处理后，取出试样空冷。所得合金，屈服强度为 148.5MPa，抗拉强度为288.9MPa，伸长率为 12.5%。

实施例3

将真空压铸制备的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金放入到热处理炉中进行一次热处理，一次热处理温度为390℃，室温装炉，加热速度为4℃/min，一次热处理时间为15h ；完成一次热处理之后，取出试样空冷；将试样放入热处理炉中进行二次热处理，二次热处理温度为200℃，室温装炉，加热速度为4℃/min，二次热处理时间为15h；二次热处理后，取出试样空冷。所得合金，屈服强度为 178.2MPa，抗拉强度为306.8MPa，伸长率为13.8%。真空压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn 合金热处理前后的拉伸力学性能如图1所示。热处理后Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金的显微组织图如图2所示。

结论：

通过对真空压铸Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金进行一次和二次热处理，可以使得合金成分均匀，组织形貌明显改善，析出相数量增加且弥散分布在基体上，并且晶粒无明显长大现象，合金力学性能显著提高。其性能指标明显优于商用AZ91和AM60合金。