[发明专利]一种优化镁合金铸态组织的熔体过热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化镁合金铸态组织的方法，特别涉及一种从细化铸态枝晶组织和提高成分均匀性来优化镁合金铸态组织的熔体过热处理方法，属于镁合金材料技术领域。

 

背景技术

金属镁及其合金具有低密度、高比强度和高比刚度、良好的阻尼减震性和导热性等优点，变形镁合金制品比铸造镁合金材料具有更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能，可以满足更多结构件的需要，但是变形镁合金的推广应用受其塑性变形性能差的限制。变形镁合金是由铸造获得，合金在铸造过程中铸态组织因非平衡凝固产生成分偏析，造成组织的不均匀性，导致合金在加工过程中变形能力差。研究表明，通过细化合金的铸态组织以及减少组织和成分的偏析，可以改善变形镁合金的热加工塑性和制品的室温力学性能。

关于细化镁合金铸态组织的方法已有些报道。其中包括通过在合金液中加入高熔点的物质，形成大量的形核质点，以促进熔体的形核结晶，获得晶粒微细的组织；通过添加一些合金元素，增加凝固潜热，细化基体相，减小粗大相的形成，利用新生成的相阻碍晶粒的长大；还有研究采用雾化法快速凝固镁合金，得到均匀细小的等轴晶以及凝固速率达到10²-10³ Ks^-1的双辊铸轧技术，细化合金的组织和减少偏析。此外，通过凝固组织的后续热处理工艺如均匀化退火等也可以减少合金铸态组织的组织偏析和成分偏析，提高其铸坯热成形性和提高变形制品的力学性能。这些方法成本较高，工艺较复杂。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种成本较低，工艺简单的优化镁合金铸态组织的熔体过热处理方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种优化镁合金铸态组织的熔体过热处理方法，先将镁合金加热至熔体过热温度850～950℃进行过热处理，当熔体边部温度与心部温度差小于2℃后，让熔体冷却至浇注温度720±5℃，然后通过半连续铸造或铁模铸造得到铸态试样即可。

当室温下镁合金中溶质原子理论上能完全固溶时，上述过热温度为900～950℃；当室温下镁合金中溶质原子理论上不能完全固溶时，上述过热温度为850～900℃。

本方法得到的镁合金铸态枝晶组织细小，成分均匀，能够显著提高镁合金的变形性能。且相比于其他添加细化剂或采用新技术细化镁合金铸态组织的工艺方法，具有成本低，工艺简单易操作的优点。

 

附图说明

图1为AZ31镁合金分别在过热温度为750℃、800℃、850℃、900℃、950℃下的凝固组织。

图2为AZ31、AZ61、AZ91镁合金在不同过热温度下的一次枝晶间距。

图3为AZ31、AZ61、AZ91镁合金在不同过热温度下的二次枝晶间距。

图4为AZ31镁合金在不同过热温度下Al、Zn元素枝晶偏析度Se。

图5为AZ61镁合金在不同过热温度下Al、Zn元素枝晶偏析度Se。

图6为AZ91镁合金在不同过热温度下Al、Zn元素枝晶偏析度Se。

 

具体实施方式

熔体过热处理是细化合金凝固组织的一种基本方法，是将合金液过热至液相线温度以上一定的温度，保温一段时间后再降温至浇注温度进行浇注。通过对铁基、铝基和镍基合金的研究发现，将合金液过热至一定的温度，在低温熔体中含有的许多短程有序原子基团，在高温过热熔体中呈现一种无序状态，这种无序的原子基团在降温冷却过程中进行反向转变很缓慢，在凝固时容易保持到固态结构中，从而细化合金的铸态组织。对Al-Si合金，熔体过热处理明显细化了初生Si的尺寸；对M963合金的研究表明，熔体过热处理使铸态组织中初生的MC碳化物细化且分布均匀。熔体过热处理在铁基、铝基和镍基合金中的研究、应用较多，但针对镁合金熔体过热处理尚鲜有报道。本发明正是基于此，提出适合镁合金铸态组织的熔体过热处理方法，并找到适合的过热温度和变化规律。

本发明具体处理方法为，先将镁合金加热至熔体过热温度850～950℃进行过热处理，经充分保温均匀、测得熔体边部温度与心部温度差小于2℃后，让熔体随加热容器冷却至浇注温度720±5℃，然后通过半连续铸造或铁模铸造得到铸态试样即可。在过热温度低于850时，熔体过热处理细化铸态组织和提高成分均匀性的程度不够；在过热温度高于950℃时，进一步细化铸态组织和提高成分均匀性的程度不明显，反而可能会因为异质结晶核心的减少，使铸态组织粗化。