[发明专利]一种Mg-5Cu-2Si-Nv合金的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg-5Cu-2Si-Nv合金的处理工艺，特别涉及一种提高Mg-5Cu-2Si-Nv合金性能的热处理工艺。

背景技术

镁合金板材是航空、航天工业不可缺少的材料。航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来燃油费用节省，前者是后者的近100倍，而战斗机的燃油费节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。正因为如此，航空工业才会采取各种措施增加镁合金应用。现在飞机所用的铝材料约占飞机总重量的85%，高强度、耐腐蚀的镁合金板比铝板性能更好，在飞机上应用更有优势。

镁合金是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。军工上应用，如直升机、歼击机都要大量使用；坦克、装甲车、军用吉普车、枪械武器等等，可使单兵综合作战系统降到6.37Kg。用镁板制造子弹壳、炮弹壳，使单兵子弹负载增加一倍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种Mg-5Cu-2Si-Nv合金的热处理工艺，以通过最佳的热处理工艺，获得性能优异的Mg-5Cu-2Si-Nv合金。

本发明的技术方案是：一种Mg-5Cu-2Si-Nv合金的热处理工艺，包含以下步骤：原材料选用纯度99．5%(质量分数，下同)的纯Mg锭和99．7%的纯Al锭，合金元素Si和Nd分别以Mg-26.9Si和Mg-26.4Nd中间合金的形式加入，采用KO-10箱式高温炉熔炼合金，合金在不锈钢坩埚中熔炼，当坩埚加热至暗红色，在坩埚内壁撒一层ＲJ-2覆盖剂，然后加入预热至200℃的纯Mg锭和纯Al锭，在Mg锭和Al锭表面撒一层ＲJ-2覆盖剂，当Mg和Al熔化后，加入Mg-Si和Mg-Nd中间合金，搅拌3min，然后保温15min，将熔炼好的合金浇注到预热温度为200℃的金属型中，固溶处理温度为410℃，保温时间分别为10-48h，后进行时效处理即可。

最佳固溶保温时间为20h。

本发明的有益效果:

1)经固溶处理后，铸态枝晶组织消失，呈等轴晶组织特征。

2)在固溶处理过程中，β-Mg17Al12相发生分解，Al元素固溶到α-Mg基体中，铝钙钕金属间相比较稳定，没有发生变化。

3)随着固溶时间的增加，硬度先降低，而后升高，最后又降低，并在20h硬度值达到最大。

附图说明

图1为Mg-5Cu-2Si-Nv合金铸态显微组织；

图2为Mg-5Cu-2Si-Nv合金固溶不同时间的硬度。

具体实施方式

原材料选用纯度99．5%(质量分数，下同)的纯Mg锭和99．7%的纯Al锭，合金元素Si和Nd分别以Mg-26．9Si和Mg-26．4Nd中间合金的形式加入。采用KO-10箱式高温炉熔炼合金，合金在不锈钢坩埚中熔炼。当坩埚加热至暗红色，在坩埚内壁撒一层ＲJ-2覆盖剂，然后加入预热至200℃的纯Mg锭和纯Al锭，在Mg锭和Al锭表面撒一层ＲJ-2覆盖剂。当Mg和Al熔化后，加入Mg-Si和Mg-Nd中间合金，搅拌3min，然后保温15min。将熔炼好的合金浇注到预热温度为200℃的金属型中。镁合金铸锭直径为60mm，高度为200mm。镁合金铸锭的配料成分(质量分数，%)为5Cu、2Si、Nv，余量为Mg。固溶处理温度为410℃，保温时间分别为2、3、6、8、10、16、20、24、30、36、42、48h。对不同固溶处理工艺的镁合金试样进行微观组织观察和硬度测试。采用标准金相试样制备工艺制备，经抛光后的试样进行腐蚀，腐蚀后用酒精进行清洗试样表面，最后吹干。铸态试样用4%的硝酸酒精腐蚀，固溶处理试样采用用苦味酸溶液(苦味酸5g，酒精160mL，冰乙酸20mL，蒸馏水40mL)腐蚀。采用奥林巴斯金相显微镜和FEISirion扫描电镜观察组织和形貌。硬度测试采用573型维氏硬度计，加载力为1N，保压时间为30s。每个试样测5个点，取平均值。

Mg-5Cu-2Si-Nv合金铸态显微组织如图1所示。从图1中可以看出，铸态Mg-5Cu-2Si-Nv合金组织为枝晶状组织。从高倍组织可以看出，枝晶内部存在点状组织。

在410℃固溶处理不同时间的硬度值变化如图2所示。从图2中可以看出，随着固溶时间的增加，硬度先降低，而后升高，最后又降低，并在20h硬度值达到最大。Mg-5Cu-2Si-Nv镁合金组织为α-Mg基体、β-Mg17Al12相和铝钙钕金属间相。在固溶处理过程中，Mg-5Cu-2Si-Nv镁合金组织发生如下变化:β-Mg17Al12相发生分解;Al元素固溶到α-Mg基体中形成过饱和固溶体;长时间固溶处理，α-Mg晶粒尺寸变大;铝钙钕金属间相基本不发生变化。在发生上述变化的过程中，Mg-5Cu-2Si-Nv镁合金的固溶强化效果、第二相强化效果及细晶强化效果会发生相应的变化，在众多因素的影响下，随着固溶处理时间的增加，Mg-5Cu-2Si-Nv镁合金的硬度先降低，后增加，当超过20h时又呈下降趋势。