镁合金热处理简介

镁合金热处理

各位领导、同事们：

很荣幸能在这里和大家共同学习。感谢公司领导给予我的机会！

我进入公司的这两年多时间，从事了镁合金熔炼、铸造、压力加工、热处理等方面的一些工作。今天，仅就自己在镁合金热处理方面工作、学习的部分收获及心得，与各位进行讨论。由于水平有限，错误与不当处在所难免，请各位不吝赐教。

固态金属（包括纯金属及合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化，统称为金属固态相变。金属中固态相变的类型很多，有的金属在不同的条件下会发生几种不同类型的转变。例如钢铁的奥氏体、铁素体转变。掌握金属固态相变规律及影响因素，采取措施控制相变过程，以获得预期组织，从而使其具有预期的性能。常用的措施包括特定的加热和冷却工艺，也就是热处理。钢铁的淬火，为的是快速冷却以保持其高温相，从而达到所需要的性能。

对于镁合金，常采用的热处理方式包括：均匀化退火（扩散退火）、固溶（淬火）（T4）、时效（T5）、固溶+时效（T6）、热水淬火+时效（T61）、去应力退火、完全退火等。这里做以下方面简要介绍：

1.均质化退火，其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。那么，晶内偏析是如何形成的呢？这个，我们就需要了解

结晶凝固过程，下图1为镁合金相图中最普通的Mg-Al相图：以AZ61为例，从相图中我们可以看到，从液相线开始，熔体开始凝固，形核随着温度下降开始长大，在每一个温度点，液相和固相

图1 Mg-Al相图

成分分别对应于该温度时的液相线和固相线所对应的成分。造成了晶粒随温度下降而长大过程中的成分不均匀，也就是晶内偏析。均质化退火，主要作用就是将铸件加热到一定温度，使物质迁移作用明显，消除晶粒内浓度梯度。

对于固溶、时效等热处理手段，更确切的来说，是利用合金元素在基体中溶解度随温度变化这一属性。

2.固溶处理。基体不发生多型转变的合金系，室温平衡组织为α+β，α为基体固溶体，β为第二相。当合金加热到一定温

度是，β相将溶于基体而得到单相α相固溶体，这就是固溶化。如果合金从该温度以足够大的速度冷却下来，合金元素的扩散和重新分配来不及进行，β相就不能形核和长大，α固溶体中就不可能析出β相，而且由于基体固溶体在冷却过程中不发生多型性转变，因此这时合金的室温组织为α单相过饱和固溶体，这就是固溶处理。在镁合金热处理中，固溶处理能够起到一定的强化作用。其强化机理如下：

对于理想晶体，原子以空间点阵形式排布，下图2所示为金属原子的二维排布点阵：

图2理想晶体二维点阵图3发生晶格畸变的二维点阵

当溶质原子进入基体后，引起溶剂原子晶格畸变，使原子间距离改变，不再是该温度下的平衡距离r0，从而原子间相互作用的合力不为零，原子势能不为零，产生了晶格畸变能，从而使材料在一定程度上得到强化。

3.时效处理。其本质是脱溶或沉淀，也是镁合金强化的一种有效热处理方式。时效是一种手段。脱溶，顾名思义，就是将固溶体中的溶质从熔体中脱离出来，沉淀析出。固溶处理后获得的过饱和固溶体，为亚稳过饱和相，有自发分解的趋势，若置于足

够高的温度下时效，最终将形成平衡脱溶相。脱溶出来的β相弥散分布在α相基体中，起钉扎作用，阻止材料内部滑移、孪晶等的产生，起到强化作用。

4.实际工作中的热处理效果。

下表1是我们实际工作中一些镁及镁合金挤压件的典型力学性能。

从上表中我们可以发现，1）纯镁件，由于基体中没有固溶引起的晶格畸变，也就没有晶格畸变能所引起的固溶强化。2）经过时效处理后，由于β相在α相基体中的弥散沉淀，使材料强度得到提高。3）经过固溶+时效处理后，由于固溶处理可以使β相比较充分的溶解，使得β相沉淀析出更加均匀，也就是在材料内部分布的更加均匀，所以材料强度进一步提高。

5.固溶、时效处理的必要条件。

在工作中，我们会发现，有些镁合金（例如AZ61、AZ80、AZ91等）可以通过固溶、时效等手段得到强化，而有些镁合金（AZ31、AZ40等）则不能通过这些手段进行强化，这是为什么呢？可固溶、时效强化处理的镁合金应至少满足以下性质：

1）该镁合金材料中，在工作条件下，强化元素含量必须大于其在基体中溶解度，例如，铝元素在镁基体中的溶解度为5.5%，也就是说，铝作为主要合金元素的镁合金中，铝含量小于5.5%时，固溶、时效处理一般起不到强化作用；

2）该镁合金材料中，强化元素在溶剂基体中的溶解度，受温度影响变化明显，也就是溶解度的温度敏感性。这个可以从合金相图相变线的斜度上看出来。具体的这里就不做赘述了。

通过相图分析合金元素溶解度的温度敏感性，我们可以理论上确定该合金材料的热处理工艺，再在实践中进行适当修正，可最后确定该材料热处理工艺。

6.理论联系实践，促进生产发展。

我们在技术中心，有较多的自由支配时间，可以更好的学习理论知识，并进行一些实验；在生产一线，有着丰富的实践经验。作为技术人员，必须多下车间、多了解自己在理论上接触不到的生产中所遇到的经验教训，与一线人员多交流、讨论，进行吸收、分析、总结，共同探讨，更好的为生产服务。

在某军工产品的生产中，所采用材料为YGB08合金。在以前，生产上认为，合金成分控制在牌号所要求的范围内就行了。但是，通过该军工产品的生产实践发现，针对不同的部件、不同的组织、性能要求，必须在牌号要求的大范围内确定小范围。

再比如某客户对材料性能提出要求，强度要高，达到380MPa 以上，延伸率要低，低于5%。通过实践经验，我们发现合金元