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鎂合金能否熱處理強化完全取決于固溶度是否隨溫度變化

2019-12-06 15:30 ?瀏覽:

多數鎂合金都可通過熱處理來改善或調整材料的力學性能和加工性能。鎂合金能否通過熱處理強化完全取決于合金元素的固溶度是否隨溫度變化。當合金元素的固溶度隨溫度變化時,鎂合金可以進行熱處理強化。鎂合金的常規熱處理工藝分為退火和固溶時效兩大類。 
鎂合金熱處理強化的特點是:合金元素的擴散和合金相的分解過程極其緩慢,因此固溶和時效處理時需要保持較長的時間。另外,鎂合金在加熱爐中應保持中性氣氛或通入保護氣體以防燃燒。
一、 退火 
退火可以顯著降低鎂合金制品的抗拉強度并增加其塑性,對某些后續加工有利。變形鎂合金根據使用要求和合金性質,可采用高溫完全退火(O)和低溫去應力退火(T2)。 
完全退火可以消除鎂合金在塑性變形過程中產生的加工硬化效應,恢復和提高其塑性,以便進行后續變形加工。完全退火時一般會發生再結晶和晶粒長大,所以溫度不能過高,時間不能太長。當鎂合金含稀土時,其再結晶溫度升高。AM60、AZ31、AZ61、AZ60 合金經熱軋或熱擠壓退火后組織得到改善。去應力退火既可以減小或消除變形鎂合金制品在冷熱加工、成形、校正和焊接過程中產生的殘余應力,也可以消除鑄件或鑄錠中的殘余應力。
二、固溶和時效  1、固溶處理 
要獲得時效強化的有利條件,前提是有一個過飽和固溶體。先加熱到單相固溶體相區內的適當溫度,保溫適當時間,使原組織中的合金元素完全溶入基體金屬中,形成過飽和固溶體,這個過程就稱為固溶熱處理。由于合金元素和基體元素的原子半徑和彈性模量的差異,使基體產生點陣畸變。由此產生的應力場將阻礙位錯運動,從而使基體得到強化。固溶后屈服強度的增加將與加入溶質元素的濃度成二分之一次方比。 
根據Hmue-Rothery規則,如果溶劑與溶質原子的半徑之差超過14%~15%,該種溶劑在此種溶質中的固溶度不會很大。而Mg的原子直徑為3.2nm,則Li,Al,Ti, Cr,Zn,Ge,Yt,Zr,Nb,Mo,Pd,Ti,Pb,Bi等元素可能在Mg中會有顯著的固溶度。另外,若給定元素與Mg的負電性相差很大,例如當Gordy定義的負電性值相差0.4以上(即∣xMg-x∣>0.4)時,也不可能有顯著的固溶度。因為此時Mg和該元素易形成穩定的化合物,而非固溶體。
2、人工時效 
沉淀強化是鎂合金強化(尤指室溫強度)的一個重要機制。在合金中,當合金元素的固溶度隨著溫度的下降而減少時,便可能產生時效強化。將具有這種特征的合金在高溫下進行固溶處理,得到不穩定的過飽和固溶體,然后在較低的溫度下進行時效處理,即可產生彌散的沉淀相?;瑒游诲e與沉淀相相互作用,使屈服強度提高,鎂合金得到強化:
由于具有較低的擴散激活能,絕大多數鎂合金對自然時效不敏感,淬火后能在室溫下長期保持淬火狀態。部分鎂合金經過鑄造或加工成形后不進行固溶處理而是直接進行人工時效。這種工藝很簡單,可以消除工件的應力,略微提高其抗拉強度。對Mg-Zn系合金就常在熱變形后直接人工時效以獲得時效強化效果,即可獲得T5狀態加工產品。
3、固溶處理+人工時效
固溶淬火后人工時效(T6)可以提高鎂合金的屈服強度,但會降低部分塑性,這種工藝主要應用于Mg-Al-Zn和Mg-RE-Zr合金。為了充分發揮時效強化效果,對含鋅量高的Mg-Zn-Zr合金也可選用T6處理。進行T6處理時,固溶處理獲得的過飽和固溶體在人工時效過程中發生分解并析出第二相。時效析出過程和析出相的特點受合金系、時效溫度以及添加元素的綜合影響,情況十分復雜。另外,不同鎂合金系其熱處理工藝不同,不同類型工件其熱處理工藝也不相同。鎂合金擠壓件脫模后需要采用強制氣冷或水冷進行淬火以獲得微細均勻的顯微組織。然而在淬火過程中,禁止冷卻水與熱模具直接接觸,否則將導致模具開裂。擠壓的鎂合金材料其狀態主要有T5、T6、F。其中T5為在線淬火后再進行人工時效的狀態;T6為固溶處理與人工時效狀態;F為原加工狀態即擠壓狀態。固溶處理可提高強度,使韌性達到最大,并改善抗震能力。固溶處理之后再進行人工時效,可使硬度與強度達到最大值,但韌性略有下降。鎂合金材料在熱加工、成形、矯直和焊接后會留有殘余應力。因此,應進行去應力退火。
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