本發(fā)明涉及鎂合金領(lǐng)域，特別涉及超高強鎂合金大鑄錠的退火處理。

背景技術(shù)：

鎂合金具有低密度、高比強度、高比剛度以及優(yōu)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(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)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(yīng)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(yōu)于現(xiàn)有商用鎂合金。但是，目前超高強稀土鎂合金大錠坯的制備依然是一個挑戰(zhàn)，尤其是大鑄錠由于存在殘余應(yīng)力而導(dǎo)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(fā)展。鑒于此，本發(fā)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(yīng)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(jié)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(shù)實現(xiàn)要素：

為克服超高強稀土鎂合金大錠坯由于存在較大的殘余應(yīng)力而導(dǎo)致在冷卻、均勻化及鋸切過程中易開裂的問題，本發(fā)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(zhì)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%，其余為mg及不可去除的雜質(zhì)。退火的具體工藝過程如下：

a.熱處理爐預(yù)熱至100-150℃保溫；

b.錠坯澆鑄結(jié)束后于10-20min內(nèi)轉(zhuǎn)移至熱處理爐中；

c.熱處理爐升溫至200-250℃進行去應(yīng)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(jié)束后鑄錠隨爐冷至70-100℃，然后出爐空冷至室溫。

所述a步驟中熱處理爐需提前預(yù)熱至120-150℃。

所述b步驟中錠坯澆鑄結(jié)束后需在10-15min內(nèi)轉(zhuǎn)移至熱處理爐內(nèi)。

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(fā)明中工藝參數(shù)的選擇所基于的原則是：1）避免大錠坯在經(jīng)本工藝處理時受到附加的冷/熱沖擊；2）避免大錠坯在經(jīng)本工藝處理時加熱/冷卻不均勻而產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力。基于此，鑄錠入爐之前先將熱處理爐預(yù)熱至100-150℃，因為鑄錠澆鑄結(jié)束離開鑄造工作臺時溫度一般在該區(qū)間，這樣的溫度區(qū)間可以保證鑄錠入爐后不會因受到附加的冷/熱沖擊而導(dǎo)致開裂。此外，由于鎂合金的熱導(dǎo)率相對較低，升溫過快易引起因傳熱慢而導(dǎo)致的內(nèi)外溫度不均勻，產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力，因此選擇0.5-2℃/min的升溫速度。實驗結(jié)果表明200-250℃是一個合適的消除應(yīng)力的溫度區(qū)間，溫度過低去應(yīng)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(fā)明選擇的第一保溫區(qū)間為200-250℃。第一階段保溫結(jié)束后，錠坯內(nèi)應(yīng)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于瞬時承受巨大溫差而造成冷沖擊產(chǎn)生附加殘余應(yīng)力，本發(fā)明選擇在出爐之前將錠坯隨爐冷至70-100℃，然后再出爐空冷。

本發(fā)明通過合理控制工藝參數(shù)，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，成功制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(jīng)本發(fā)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(jīng)本發(fā)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(jīng)本發(fā)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(zhì)量百分比）gd：8.5%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其余為mg及少量不可去除雜質(zhì)。鑄錠直徑為φ340mm。錠坯澆鑄結(jié)束后立即入爐進行退火處理，熱處理爐提前預(yù)熱至100℃，錠坯入爐后以2℃/min的速度升溫至200℃，保溫12h。第一階段保溫結(jié)束后，以5℃/min的速度升溫至510℃保溫20h。保溫結(jié)束后，隨爐冷至100℃，然后出爐空冷至室溫。經(jīng)該工藝處理的φ340mm的超高強鎂合金鑄錠質(zhì)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(zhì)量百分比）gd：8.0%，y：2.0%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其余為mg及少量不可去除雜質(zhì)。鑄錠直徑為φ460mm。錠坯澆鑄結(jié)束后立即入爐進行退火處理，熱處理爐提前預(yù)熱至150℃，錠坯入爐后以1℃/min的速度升溫至250℃，保溫24h。第一階段保溫結(jié)束后，以3℃/min的速度升溫至520℃保溫30h。保溫結(jié)束后，隨爐冷至70℃，然后出爐空冷至室溫。經(jīng)該工藝處理的φ460mm的超高強鎂合金鑄錠質(zhì)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(zhì)量百分比）gd：8.5%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.1%，其余為mg及少量不可去除雜質(zhì)。鑄錠直徑為φ340mm。錠坯澆鑄結(jié)束后未進行退火處理，直接空冷至室溫。鋸切時由于鑄錠內(nèi)存在較高的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致開裂，致使鑄錠報廢，如圖3所示。可以看出，實施例1-2中由于進行了多級退火處理，錠坯質(zhì)量優(yōu)于比較例1。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超高強耐高溫鎂合金大錠坯的多級退火工藝，合金質(zhì)量百分比為：Gd：8.0?9.6%，Y：1.8?3.2%，Gd成分與Y成分的比值為：3≤Gd/Y≤5，Zr：0.3?0.7%，Er：0.02?0.3%，Ag：0.02?0.5%。本發(fā)明先熱處理爐預(yù)熱至100?150℃保溫；再在錠坯澆鑄結(jié)束后轉(zhuǎn)移至熱處理爐中；升溫至200?250℃進行去應(yīng)力退火，保溫12?24h；升溫至500?530℃進行均勻化處理，保溫15?30h；保溫結(jié)束后鑄錠隨爐冷至70?100℃，出爐空冷至室溫。本發(fā)明工藝過程簡單，將去應(yīng)力退火和均勻化熱處理有機整合，既縮短了工藝流程，又解決了超高強鎂合金大錠坯易開裂的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣樹農(nóng);余世倫;高永浩;劉楚明;陳志永;萬迎春
受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.23
技術(shù)公布日：2017.09.01