專利名稱：：提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及變形鎂合金材料的一種熱處理工藝，特別涉及提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝方法。
背景技術：
：隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車、飛行器和機動武器等發(fā)展日趨輕量化、高速化和大功率化，由此引起的振動和噪聲問題變得尤為突出。鎂及鎂合金具有密度低、比強度高、阻尼減振降噪能力強、導熱和導電性能優(yōu)異以及電磁輻射屏蔽能力強等一系列優(yōu)點，可滿足現(xiàn)代汽車、軌道交通、電子、通信、航空航天和國防軍事工業(yè)等領域對輕量化、高速化、大功率化和節(jié)能降噪等的需求，因此高阻尼、高比強度的鎂基功能結構一體化材料成為目前金屬結構材料發(fā)展的一個重要方向。目前，對提高鎂合金強度的研究較多，而針對鎂合金阻尼性能的研究相對較少，且由于鎂及鎂合金室溫阻尼的產(chǎn)生主要是位錯機制，因此普遍認為鎂及鎂合金的力學性能和阻尼性能是相互矛盾的。為此，迫切需要找到解決這一矛盾的方法?，F(xiàn)在一般的思路是從高阻尼鎂合金出發(fā)，通過添加合金元素和復合強化等手段來提高其力學性能，此類研究多集中于純鎂、鎂鋯合金、鎂錳銅合金等高阻尼鎂合金及其復合材料，但從目前的研究來看，仍然存在阻尼性能好但力學性能不夠高、力學性能好但阻尼性能差或者工藝復雜性能不穩(wěn)定等問題，不能滿足工程應用的要求。如CN1888108(專利號為200610010326.8)公開了一種"高強韌高阻尼變形鎂合金及其制備方法"，為了解決鎂合金的阻尼性能與力學性能的矛盾，提出了向純鎂中添加固溶度小的銅和硅等合金元素，減少位錯弱釘扎點的數(shù)量，提高阻尼性能。添加鋯和錳等細化晶粒的合金元素，提高合金力學性能，不僅對鑄錠進行常規(guī)熱擠壓，還進行強烈塑性變形(ECAP，MDF)，調整晶粒取向，并得到超細晶組織，同時提高強韌性和阻尼性能。但應該看到該技術并沒有得到預想的效果，只能使得抗拉強度和屈服強度達到212MPa和135MPa，阻尼性能Q"達到0.023;而且還存在材料性能未通過工業(yè)化生產(chǎn)的檢驗，且工藝復雜等問題。有鑒于此，本發(fā)明申請人考慮從目前商用的高強度變形鎂合金入手，通過合適的熱處理工藝來提高其阻尼性能。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝。經(jīng)過所述熱處理工藝，在保證良好力學性能的同時成倍提高高強度變形鎂合金的阻尼性能，成功解決了鎂合金強度與阻尼性能的矛盾。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，其特征在于將擠壓塑性變形后的鎂合金鑄錠或鎂合金材料經(jīng)擠壓成型后，在35(TC40(TC固溶，保溫24小時，水淬至室溫。本發(fā)明提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，也可以是將擠壓塑性變形后的鎂合金鑄錠或鎂合金材料經(jīng)擠壓成型后，在35(TC400'C固溶，保溫24小時，水淬至室溫；然后再加熱至14(TC16(TC時效，保溫2030小時，空冷至室溫。另外，在上述兩種方案中，對鎂合金鑄錠擠壓塑性變形之前，還可以先進行均勻化處理，即在熱處理爐中對鎂合金鑄錠進行均勻化處理，工藝參數(shù)為溫度35040(TC，時間820小時。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明提高高強度變形鎂合金阻尼性能的效果明顯擠壓態(tài)的高強度變形鎂合金通過本發(fā)明所述的熱處理工藝，能在保證良好力學性能的同時成倍提高阻尼性能，解決了目前商用擠壓態(tài)高強度鎂合金由于阻尼性能較差，而限制其應用范圍的問題。2、與本發(fā)明相近的熱處理工藝一般都是用于改善鎂合金的力學性能，而本發(fā)明將其運用于改善鎂合金的阻尼性能，并取得了良好的效果，使高強度變形鎂合金的阻尼性能大幅度提升，而力學性能也得到了保證。3、本發(fā)明適用面廣可適用于多種牌號的商用高強變形鎂合金體系(如AZ系或ZK系等)。4、本發(fā)明成本較低所采用的熱處理爐為常用設備，且工藝簡單成熟，容易操作，故成本較低。圖1為均勻化處理的AZ61鎂合金鑄錠擠壓后的金相組織照片；圖2為均勻化處理的AZ61鎂合金鑄錠擠壓后，經(jīng)375"固溶2小時，再水淬的金相組織照片；圖3為均勻化處理的AZ61鎂合金鑄錠擠壓后，經(jīng)375'C固溶2小時，然后水淬；再經(jīng)16(TC時效24小時，空冷后的金相組織照片；圖4為未均勻化處理的AZ61鎂合金鑄錠，擠壓后的金相組織照片；圖5為未均勻化處理的AZ61鎂合金鑄錠，擠壓后經(jīng)375'C固溶2小時，再水淬的金相組織照片；圖6為未均勻化處理的AZ61鎂合金鑄錠，擠壓后經(jīng)375'C固溶2小時，然后水淬，再經(jīng)160'C時效24小時，空冷后的金相組織照片；圖7為均勻化處理的ZK60鎂合金鑄錠，擠壓后的金相組織照片；圖8為均勻化處理的ZK60鎂合金鑄錠，擠壓后經(jīng)400'C固溶3小時，再水淬的金相組織照片；圖9為均勻化處理的ZK60鎂合金鑄錠，擠壓后經(jīng)40(TC固溶3小時；然后水淬，再經(jīng)160'C時效24小時，空冷后的金相組織照片；下面參照附圖并結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明，應說明的是這些實施例是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍不限于以下的實施例。具體實施例方式實施例l:一種提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝方法，該熱處理工藝包括以下步驟(1)采用的鎂合金原料使用普通商業(yè)AZ61高強度變形鎂合金鑄錠為原料，合金成分(重量百分含量)為5.81%A1、0.55%Zn、0.29%Mn，雜質元素小于0.02%，其余為Mg。(2)鎂合金鑄錠的均勻化處理在熱處理爐中進行鎂合金鑄錠的均勻化處理，工藝參數(shù)為溫度390。C，時間8小時。(3)擠壓塑性變形將均勻化處理后的鎂合金鑄錠在擠壓機上進行擠壓，工藝參數(shù)為擠壓溫度35(TC，擠壓比為11，擠壓速度為5m/min,且速度恒定。圖1是AZ61變形鎂合金鑄錠，經(jīng)擠壓塑性變形后的金相組織照片。從圖中可以看到，擠壓態(tài)的鎂合金在晶界和晶內(nèi)分布有較多的P-MgnAl^相，并且在變形比較嚴重的晶粒間還分布著細小的動態(tài)再結晶組織。經(jīng)擠壓后的AZ61變形鎂合金在室溫下的抗拉強度為320.0MPa，屈服強度為203.4MPa，延伸率為13.7%;在頻率為lHz、應變振幅為3.5X10H合金的阻尼性能(以損耗正切表示)Q、0.033。(4)固溶熱處理工藝將擠壓塑性變形后的變形鎂合金在375。C固溶，保溫2小時，水淬至室溫。圖2是擠壓態(tài)AZ61變形鎂合金經(jīng)過固溶熱處理工藝后的金相組織照片。與以上步驟(3)所述的擠壓態(tài)鎂合金相比，其3-Mg17Al12相得到較充分的溶解，而且得到了較均勻、長大的靜態(tài)再結晶組織。經(jīng)本發(fā)明工藝固溶后的AZ61變形鎂合金，在室溫下的抗拉強度為319.3MPa，屈服強度為212.6MPa，延伸率為15.7%;在頻率為lHz、應變振幅為3.5X10,寸，合金的阻尼性能Q":0.101?，F(xiàn)在一般認為變形鎂合金經(jīng)固溶熱處理后強度會下降，這是由于固溶熱處理所導致的第二相溶解和晶粒長大的結果。經(jīng)過理論分析和大量實驗，本發(fā)明通過對固溶溫度和時間的合理選擇，使鎂合金中第二相的溶解和晶粒大小達到一個良好的平衡，從而使阻尼性能相對于擠壓態(tài)大幅提高(達到3倍以上)，而且力學性能還略有上升。這是傳統(tǒng)工藝技術所不具備的。實施例2:采用與實施例1同樣的鎂合金原料、鎂合金鑄錠均勻化處理、擠壓塑性變形、固溶熱處理工藝，而且工藝參數(shù)完全相同。所不同的是將實施例1所述的固溶熱處理之后的變形鎂合金再進行時效熱處理，其工藝參數(shù)為加熱至16(TC，保溫24小時，空冷至室溫。經(jīng)實施例2處理得到的AZ61變形鎂合金，在室溫下的抗拉強度為345.證a，屈服強度為236.0MPa，延伸率為12.0%;在頻率為1Hz、應變振幅為3.5Xl(T3時，合金的阻尼性能Q"=0.092。由于鎂合金阻尼的產(chǎn)生主要是位錯機制，因此普遍認為鎂合金的力學性能和阻尼性能是相互矛盾的，即鎂合金強度提高的同時往往會引起阻尼性能的明顯下降。但本發(fā)明通過在固溶熱處理的基礎上，再選擇合適的溫度和時間進行時效熱處理工藝，有效控制了第二相析出的形態(tài)、數(shù)量和分布，從而使力學性能相對于擠壓態(tài)有明顯提高，并且使阻尼性能也大幅提升(達到近3倍)，成功解決了鎂合金力學性能與阻尼性能的矛盾。本發(fā)明在固溶熱處理工藝基礎上增加時效熱處理工藝，雖會使工藝成本增加一些，但卻能得到一種高強高阻尼的鎂合金材料，以滿足航空航天和國防軍工的高端需求。實施例3:與實施例1不同的只是沒有實施鎂合金鑄錠的均勻化處理。本實施例所采用的鎂合金原料、擠壓塑性變形及固溶熱處理工藝都與實施例1相同，工藝參數(shù)也一致。本實施例中擠壓塑性變形后AZ61變形鎂合金的金相組織如圖4所示，與圖1對比可見，圖4的晶粒較為細小，這是由于擠壓前未進行均勻化處理所致。經(jīng)擠壓塑性變形后的AZ61變形鎂合金在室溫下的抗拉強度為311.9MPa，屈服強度為187.9MPa，延伸率為13.8%;在頻率為1Hz、應變振幅為3.5X10'3時，合金的阻尼性能Q—^0.031。本實施例中，經(jīng)本發(fā)明固溶熱處理工藝后的AZ61變形鎂合金的金相組織如圖5所示，由于沒有實施均勻化處理，其晶粒較圖2也細小些。經(jīng)本發(fā)明工藝固溶后的AZ61變形鎂合金在室溫下的抗拉強度為313.8MPa，屈服強度為176.0MPa，延伸率為19.9%;在頻率為1Hz、應變振幅為3.5Xl(T3時，合金的阻尼性能Q"-0.071。雖然本實施例與實施例1相比，沒有在擠壓前進行均勻化處理。但經(jīng)本發(fā)明所述的固溶熱處理工藝處理后，AZ61變形鎂合金仍能在保證良好力學性能的基礎上成倍提高阻尼性能(是擠壓態(tài)的2倍以上)?？梢姡瑹o論鎂合金鑄錠在擠壓前是否進行了均勻化處理，本發(fā)明所述的固溶熱處理工藝都能達到良好效果。實施例4:與實施例2不同的是沒有實施鎂合金鑄錠的均勻化處理。但本實施例所采用的鎂合金原料、擠壓塑性變形、固溶熱處理工藝和時效熱處理工藝都與實施例2相同，工藝參數(shù)也一致。本實施例中經(jīng)時效熱處理工藝后的AZ61變形鎂合金的金相組織如圖6所示，在晶界和晶內(nèi)都有e-MgnAb相析出。經(jīng)本發(fā)明工藝時效后的AZ61變形鎂合金在室溫下的抗拉強度為332.3MPa，屈服強度為199.3MPa，延伸率為17.4%;在頻率為1Hz、應變振幅為3.5Xl(T3時，合金的阻尼性能Q、0.054。雖然本實施例與實施例2相比，沒有在擠壓前進行均勻化處理。但本發(fā)明所述的固溶+時效熱處理工藝，仍使得AZ61變形鎂合金力學性能相對于擠壓態(tài)明顯增加，并且阻尼性能也大幅提高(達到近2倍)，說明本發(fā)明所述工藝對擠壓前沒有實施均勻化處理的鎂合金鑄錠仍然有良好效果。實施例5:使用普通商業(yè)ZK60高強度變形鎂合金鑄錠為原料，合金成分(重量百分含量)為5.6%Zn、0.54%Zr、雜質元素小于0.02%，其余為Mg。本實施例采用與實施例1相同的鎂合金鑄錠的均勻化處理、擠壓塑性變形和固溶熱處理工藝。但擠壓塑性變形和固溶熱處理的具體工藝參數(shù)不同。本實施例中的擠壓塑性變形的工藝參數(shù)為擠壓溫度380°C，擠壓比為11，擠壓速度為5m/min，且速度恒定。本實施例中的固溶熱處理工藝參數(shù)為40(TC固溶，保溫3小時，水淬至室溫。圖7是ZK60變形鎂合金鑄錠經(jīng)擠壓塑性變形后的金相組織照片。從圖中可以看到，擠壓后的晶粒變形較大，在晶界和晶粒處分布有較多的P相，并且在變形比較嚴重的晶粒間還分布著細小的動態(tài)再結晶組織。經(jīng)擠壓后的ZK60變形鎂合金在室溫下的抗拉強度為334.9MPa，屈服強度為246.6MPa，延伸率為12.7%;在頻率為lHz、應變振幅為3.5X10,寸，合金的阻尼性能Q"=0.022。本實施例中經(jīng)固溶熱處理工藝后的ZK60變形鎂合金的金相組織如圖8所示，與圖7相比，P相得到較充分的溶解，晶界變得細小，而且得到了較均勻、長大的靜態(tài)再結晶組織。經(jīng)本發(fā)明工藝固溶后ZK60變形鎂合金在室溫下的抗拉強度為328.0MPa，屈服強度為221.0MPa，延伸率為15.1%;在頻率為lHz、應變振幅為3.5X10,寸，合金的阻尼性能Q"-0.062。通過以上實例結果可知，本發(fā)明所述的固溶熱處理工藝，也能在保證良好力學性能的同時成倍提高ZK60變形鎂合金的阻尼性能(是擠壓態(tài)的近3倍)。因此，本發(fā)明所述工藝的適用面廣，可適用于多種牌號的商用高強變形鎂合金體系(如AZ系或ZK系等其他)。實施例6:采用與實施例5同樣的鎂合金原料、鎂合金鑄錠均勻化處理、擠壓塑性變形和固溶熱處理工藝，而且工藝參數(shù)完全相同。所不同的只是將實施例5所述的固溶熱處理之后的變形鎂合金再進行時效熱處理，其工藝參數(shù)為加熱至16(TC，保溫24小時，空冷至室溫。經(jīng)實施例6處理得到的ZK60變形鎂合金，在室溫下的抗拉強度為329.0MPa，屈服強度為254.7MPa，延伸率為17.2%;在頻率為1Hz、應變振幅為3.5X1(T3時，合金的阻尼性能Q^0.041。通過以上結果可以看到，經(jīng)過本實施例所述工藝后，ZK60鎂合金的屈服強度和延伸率都有明顯提高，而且阻尼性能也成倍增加(大約是擠壓態(tài)的2倍)。說明本發(fā)明所述的固溶+時效熱處理工藝對ZK60變形鎂合金仍然有效。表1上述實施例中高強度變形鎂合金阻尼性能和力學性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過以上實施例及表1分析可知普通商業(yè)高強度變形鎂合金通過本發(fā)明所述的熱處理工藝，能獲得阻尼和力學性能均較好的高強度變形鎂合金，成功解決了鎂合金強度與阻尼性能的矛盾。經(jīng)本發(fā)明所述的熱處理工藝處理后的高強度變形鎂合金應用范圍廣泛，可滿足高速列車、汽車、航空航天和國防軍工等領域對高強高阻尼輕量化材料的實際需求。而且，本發(fā)明所用工藝設備簡單，成本較低且易于操作。由于篇幅的原因，本發(fā)明僅以典型的高強變形鎂合金AZ61和ZK60為實施對象，但并不排除本發(fā)明方法同樣對其他類似的高強變形鎂合金具有等同的效果；本發(fā)明所述工藝的適用面廣，可適用于AZ系或ZK系等多種牌號的商用高強變形鎂合金體系。同樣，對本發(fā)明固溶的溫度、保溫時間也不限于實施例的取值。固溶的溫度根據(jù)高強變形鎂合金體系的不同，可選350'C40(TC左右的任何值，如350°C、360°C、375°C、38(TC或40(TC等；保溫時間也是根據(jù)高強變形鎂合金體系的不同，可選24小時，如2小時、3小時、3.5小時或4小時等等。本發(fā)明工藝方法尤其適合經(jīng)過擠壓塑性變形后，抗拉強度為280450MPa的高強度鎂合金提高阻尼性能。權利要求1、提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，其特征在于將擠壓塑性變形后的鎂合金鑄錠，在350℃～400℃固溶，保溫2～4小時，水淬至室溫。2、提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，其特征在于將擠壓塑性變形后的鎂合金鑄錠，在350。C400。C固溶，保溫24小時，水淬至室溫；然后再加熱至14(TC16(rC時效，保溫2030小時，空冷至室溫。3、根據(jù)權利要求1或2所述的提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，其特征在于所述鎂合金鑄錠在擠壓塑性變形之前，先經(jīng)過均勻化處理，即在熱處理爐中對鎂合金鑄錠進行均勻化處理，工藝參數(shù)為溫度350400°C，時間820小時。4、根據(jù)權利要求1或2所述的提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，其特征在對于經(jīng)過擠壓塑性變形后的變形鎂合金，為抗拉強度280450MPa的高強度鎂合金。全文摘要本發(fā)明提供一種提高高強度變形鎂合金阻尼性能的熱處理工藝，將擠壓塑性變形后的鎂合金鑄錠，在350℃～400℃固溶，保溫2～4小時，水淬至室溫；以及將經(jīng)過前述技術方案處理后的變形鎂合金，再加熱至140℃～160℃時效，保溫20～30小時，空冷至室溫。本發(fā)明能在保證良好力學性能的同時成倍提高高強度變形鎂合金的阻尼性能，成功解決了鎂合金強度與阻尼性能的矛盾。經(jīng)本發(fā)明所述的熱處理工藝處理后的變形鎂合金應用范圍廣泛，可滿足高速列車、汽車、航空航天和國防軍工等領域對高強高阻尼輕量化材料的實際需求。而且，本發(fā)明所用設備簡單，成本較低，且容易操作。文檔編號C22F1/06GK101348890SQ20081007011公開日2009年1月21日申請日期2008年8月13日優(yōu)先權日2008年8月13日發(fā)明者張丁非,建彭,潘復生,王敬豐,亮趙申請人:重慶大學