一種超高強耐高溫鎂合金大錠坯的多級退火工藝的製作方法

2023-09-12 18:39:55 2

本發明涉及鎂合金領域，特別涉及超高強鎂合金大鑄錠的退火處理。

背景技術：

鎂合金具有低密度、高比強度、高比剛度以及優異的阻尼性能，因而在汽車、航空航天、武器裝備等亟需通過減重來提高燃油效率的領域擁有廣闊的應用前景。然而目前的商用鎂合金，如az31、az80等，絕對強度偏低且耐熱性差，極大的限制了鎂合金的廣泛應用。因此，超高強耐高溫的稀土鎂合金逐漸引起了研究者的興趣，其不但絕對強度接近甚至超過二系鋁合金，耐熱性能也明顯優於現有商用鎂合金。但是，目前超高強稀土鎂合金大錠坯的製備依然是一個挑戰，尤其是大鑄錠由於存在殘餘應力而導致在冷卻、均勻化及鋸切過程中易開裂的問題嚴重阻礙了其發展。鑑於此，本發明公開了一種針對超高強耐高溫鎂合金大錠坯的多級退火工藝，該工藝將去應力退火和均勻化熱處理有機的整合在一起，既可以縮短工藝流程、節約成本，又能有效解決超高強鎂合金大錠坯易開裂的問題。

技術實現要素：

為克服超高強稀土鎂合金大錠坯由於存在較大的殘餘應力而導致在冷卻、均勻化及鋸切過程中易開裂的問題，本發明提供了一種針對該系列合金的多級退火工藝。針對的合金成分為（質量百分比）：gd：8.0-9.6%，y：1.8-3.2%，gd與y的含量之比為：3≤gd/y≤5，zr：0.3-0.7%，er：0.02-0.3%，ag：0.02-0.5%，其餘為mg及不可去除的雜質。退火的具體工藝過程如下：

a.熱處理爐預熱至100-150℃保溫；

b.錠坯澆鑄結束後於10-20min內轉移至熱處理爐中；

c.熱處理爐升溫至200-250℃進行去應力退火，升溫速度0.5-2℃/min，保溫12-24h；

d.熱處理爐升溫至500-530℃進行均勻化處理，升溫速度2-5℃/min，保溫15-30h；

e.保溫結束後鑄錠隨爐冷至70-100℃，然後出爐空冷至室溫。

所述a步驟中熱處理爐需提前預熱至120-150℃。

所述b步驟中錠坯澆鑄結束後需在10-15min內轉移至熱處理爐內。

所述c步驟中熱處理爐需升溫至225-250℃，升溫速度1-2℃/min，保溫15-20h。

所述d步驟中熱處理爐需升溫至510-530℃，升溫速度3-5℃/min，保溫20-30h。

所述e步驟中鑄錠需隨爐冷至80-100℃。

本發明中工藝參數的選擇所基於的原則是：1）避免大錠坯在經本工藝處理時受到附加的冷/熱衝擊；2）避免大錠坯在經本工藝處理時加熱/冷卻不均勻而產生額外的熱應力。基於此，鑄錠入爐之前先將熱處理爐預熱至100-150℃，因為鑄錠澆鑄結束離開鑄造工作檯時溫度一般在該區間，這樣的溫度區間可以保證鑄錠入爐後不會因受到附加的冷/熱衝擊而導致開裂。此外，由於鎂合金的熱導率相對較低，升溫過快易引起因傳熱慢而導致的內外溫度不均勻，產生額外的熱應力，因此選擇0.5-2℃/min的升溫速度。實驗結果表明200-250℃是一個合適的消除應力的溫度區間，溫度過低去應力效果不佳，溫度過高則會造成能源浪費，增加成本，因此本發明選擇的第一保溫區間為200-250℃。第一階段保溫結束後，錠坯內應力得以消除，因而第二階段升溫速度可適當提高至2-5℃/min。為避免鑄錠出爐時由於瞬時承受巨大溫差而造成冷衝擊產生附加殘餘應力，本發明選擇在出爐之前將錠坯隨爐冷至70-100℃，然後再出爐空冷。

本發明通過合理控制工藝參數，解決了超高強稀土鎂合金大錠坯在冷卻、均勻化及鋸切過程中易開裂的問題，成功製備出了大直徑無開裂的超高強耐高溫稀土鎂合金錠坯。

附圖說明

圖1為經本發明所述退火工藝處理的φ340mm的超高強鎂合金鑄錠的橫截面圖；

圖2為經本發明所述退火工藝處理的φ460mm的超高強鎂合金鑄錠的橫截面圖；

圖3為未經本發明所述退火工藝處理的φ340mm的超高強鎂合金鑄錠在鋸切時開裂的情況圖。

具體實施方式

實施例1

鎂合金配料成分為（質量百分比）gd：8.5%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其餘為mg及少量不可去除雜質。鑄錠直徑為φ340mm。錠坯澆鑄結束後立即入爐進行退火處理，熱處理爐提前預熱至100℃，錠坯入爐後以2℃/min的速度升溫至200℃，保溫12h。第一階段保溫結束後，以5℃/min的速度升溫至510℃保溫20h。保溫結束後，隨爐冷至100℃，然後出爐空冷至室溫。經該工藝處理的φ340mm的超高強鎂合金鑄錠質量合格，無開裂情況，如圖1所示。

實施例2

鎂合金配料成分為（質量百分比）gd：8.0%，y：2.0%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其餘為mg及少量不可去除雜質。鑄錠直徑為φ460mm。錠坯澆鑄結束後立即入爐進行退火處理，熱處理爐提前預熱至150℃，錠坯入爐後以1℃/min的速度升溫至250℃，保溫24h。第一階段保溫結束後，以3℃/min的速度升溫至520℃保溫30h。保溫結束後，隨爐冷至70℃，然後出爐空冷至室溫。經該工藝處理的φ460mm的超高強鎂合金鑄錠質量合格，無開裂情況，如圖2所示。

比較例1

鎂合金配料成分為（質量百分比）gd：8.5%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其餘為mg及少量不可去除雜質。鑄錠直徑為φ340mm。錠坯澆鑄結束後未進行退火處理，直接空冷至室溫。鋸切時由於鑄錠內存在較高的內應力而導致開裂，致使鑄錠報廢，如圖3所示。可以看出，實施例1-2中由於進行了多級退火處理，錠坯質量優於比較例1。