浅谈镁合金材料的热处理方法

浅谈镁合金材料的热处理方法

摘要：镁在地壳中的含量很高，但由于纯镁的抗拉强度和硬度很低，所以在生产生活中一般通过加入合金元素，与镁形成固溶体进而提高其力学性能。除此以外镁合金还可进行热处理，主要包括T2、T4、T5、T6 等热处理方法，改善合金使用性能和工艺性能、发挥材料潜力的一种有效的方法。镁合金热处理的目的是在不同程度上改善它的力学性能，比如抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等。

镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，在地壳中是第八丰富的元素，约占地球壳层质量的1.93%。其在海洋质量含量为0.13% 。镁的抗拉强度和硬度很低。一般通过加入合金元素，与镁形成固溶体，或是在固溶体中加入一定数量的过剩强化相来强化合金，即固溶强化和第二相强化[1] 。除此加入合金元素外还可以通过热处理来提高

镁合金的性能[2] 。热处理是改善合金使用性能和工艺性能、发挥材料潜力的一种有效的方法。镁合金热处理的目的是在不同程度上改善它的力学性能，比如抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等。其热处理方法有以下几类：T1—部分固溶加自然时效；T2 —铸后退火；T3—固溶加冷加工；T4 —固溶处理；T5—人工时效；T6—固溶处理加人工时效；T7 —固溶处理加稳定化处理；T8 —固溶处理、冷加工加人工时效。其中最常用的为T2 、T4、T5、T6 热处理方法。

关键词：镁合金热处理材料成型

一、T2 、T 4、T 5、T 6 热处理方法

1 T

2 处理

又称均质化退火，其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。凝固过程中模具的约束、热处理后冷却不均匀或者淬火引起的收缩等都会导致镁合金铸件中出现残余应力。此外，机加工过程中也会产生残余应力，所以在最终机加工前最好进行中间去应力退火处理。

2 T4 处理[3]

T4即固溶处理后进行自然时效。镁合金中合金元素固溶到A—Mg 基体中形成固溶体时，镁合金的强度、硬度会得到提高，称为固溶强化，而这个过程就称为固溶处理。加热温度越高，镁合金中强化相和合金元素溶解得也就越充分，固溶处理后的力学性能也就越高。固溶过程中，保温时间与加热温度相互关联的，加热温度越高，保温时间就相对越短。然而加热温度过高或者保温

时间过长，合金基体组织就会发生粗化甚至过烧现象，这样将导致合金的力学性能的下降。为了获得最大的过饱和固溶度，同时又使基体不至于过烧，加热温度通常只比固相线低5～10℃。

3 T5处理

T4即时效处理，将固溶处理后的过饱和固溶体置于一定温度下，放置一定的时间后过饱和固溶体将会发生分解，引起合金的强度和硬度大幅度提高，这个过程称之为时效处理。其本质是脱溶或沉淀，让固溶体中的溶质脱离出来，以沉淀相析出。固溶处理后获得的都是过饱和固溶体，有分解的趋势，在一定的温度下，过饱和的溶质便会以B相脱溶出来，弥散分布在A相基体中。能够起钉扎作用，对材料内部滑移、孪晶等起到阻碍作用。

4 T6处理

此种方法即是将镁合金进行固溶处理后进行人工时效。通过以上的热处理方法可以提高镁合金的抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等性能。

二、固溶和时效

1、固溶处理

要获得时效强化的有利条件，前提是有一个过饱和固溶体。先加热到单相固溶体相区内的适当温度，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻碍位错运动，从而使基体得到强化。固溶后屈服强度的增加将与加入溶质元素的浓度成二分之一次方比。

根据Hmue-Rothery规则，如果溶剂与溶质原子的半径之差超过14%～15%，该种溶剂在此种溶质中的固溶度不会很大。而Mg的原子直径为3.2nm，则Li，Al，Ti，Cr，Zn，Ge，Yt，Zr，Nb，Mo，Pd，Ti，Pb，Bi等元素可能在Mg 中会有显著的固溶度。另外，若给定元素与Mg的负电性相差很大，例如当Gordy 定义的负电性值相差0.4以上（即∣xMg-x∣>0.4）时，也不可能有显著的固溶度。因为此时Mg和该元素易形成稳定的化合物，而非固溶体。

2、人工时效

沉淀强化是镁合金强化（尤指室温强度）的一个重要机制。在合金中，当合金元素的固溶度随着温度的下降而减少时，便可能产生时效强化。将具有这种特征的合金在高温下进行固溶处理，得到不稳定的过饱和固溶体，然后在较低的温度下进行时效处理，即可产生弥散的沉淀相。滑动位错与沉淀相相互作用，使屈服强度提高，镁合金得到强化：

Tyield=（2aGb）/L+τa （1）

式中Tyield为沉淀强化合金的屈服强度；τa为没有沉淀的基体的屈服强度；（2aGb/L）为在沉淀之间弯出位错所需的应力。

由于具有较低的扩散激活能，绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能在室温下长期保持淬火状态。部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理而是直接进行人工时效。这种工艺很简单，可以消除工件的应力，略微提高其抗拉强度。对Mg-Zn系合金就常在热变形后直接人工时效以获得时效强化效果，即可获得T5状态加工产品。

参考文献：

[1]H an B Q，Dlunand D C. Micro st ructure and mechanical pr dpert ies of magnesium co ntaining hig h volume fract io ns y tt ria dispersoids[ J] . Mater Sci Eng A，2000，P277：297.

[2]ASM. Inter nat ional Mag nesium and Magnesium Alloy[M].OH：MetalPark. 1999.

[3]张青辉. 耐热镁合金的组织与高温性能[D].成都：四川大学，2007，27～29.