热处理对挤压铸造镁合金组织和性能的影响
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摘 要：本文采用拉伸试验、扫描电镜、光学显微镜等方法对热处理对挤压铸造镁合金组织和性能的影响进行实验，结果表明，固溶处理可以熔解挤压铸造镁合金中由于平衡凝固产生出的共晶相，合金的伸长率以及看拉伸强度有所提升，屈服强度和硬度有所下降。
关键词：热处理；挤压铸造；镁合金
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.026
镁合金密度小，质地比较轻，在刚度和强度上均高于铝合金和钢，惯性的性能较低，减震降噪性能良好、耐磨性能良好，并且可以再次回收，因为这些优点，镁合金在汽车、航天航空工业的运用范围比较广泛[1]。挤压是目前为止比较先进的加工工艺，使用挤压的方式加工而成的镁合金力学性能比较好、产品类型丰富、生产率高、并且能够自动化连续化生产，所以如果企业对某零部件进行大批量大规模的生产，使用挤压技术比较方便[2]。
1 实验材料和方法
首先把AZ61合金切成小块，完成之后把小块的AZ61合金加热到300℃，加热炉子的温度为600℃，然后往炉子里放进胚料。达到一定的温度后，炉子中的AZ61合金开始熔化，此时加进去覆盖剂，温度升到720℃之后把AZ61合金完全融化掉，然后进行25分钟的保温，把之前准备好的固定重量的小颗粒状的Mg-15%La中间合金放进去，进行搅拌，使中间合金在熔融液体中均匀融入。防止40分钟之后开始对其进行降温，温度降到700℃之后对其浇铸，预热浇铸模在进行浇铸之前温度要在200℃左右，以免受到金属溶体的靠近激冷，同时使合金的流动性有所提高。最后我们将获得AZ61-x%La合金铸锭，x分别是1.5，1.0，0.5[3]。
把得到的铸锭进行均匀化处理，然后将其放在YG32-200T卧式四柱热挤压机上开展热挤压的实验，将挤压筒温度调至400℃，挤压的比例为10：1.把挤压获得的样品进行T4、T5、T6一系列热处理。
T4热处理主要是：将受过挤压的样品放在电阻炉中进行加热，温度到410℃后进行保温，分别在之后的8小时、10小时、12小时后进行出炉水冷。T5的热处理工序主要是：把受过挤压的样品放在电阻炉中加热，加热到200℃后进行保温，分别于4小时、5小时、6小时之后出炉空冷。T6的热处理工序是：把T4固溶处理后的样品放24小时，然后在同一个电阻炉中进行处理，温度是200℃，然后开始保温，分别在之后的4小时、5小时、6小时之后对其空冷。
显微样品经理以下程度：平整、抛光、预磨、硝酸酒精的腐蚀，然后利用Quanta200型的扫描电镜以及XJL-02光学显微镜对样品进行显微组织外形检查，使用Bruker D-8型的X射线衍射仪来探究AZ61合金的物相。
2 结果和分析
2.1 热处理对挤压铸造镁合金显微组织的影响
AZ61合金-1.0%La镁合金的显微组织在不同状态下有所不同。含有La的AZ61镁合金组织是由沿晶界呈连续网状分布的、不规则的β-Mg17Al12相以及α-Mg组成。合金在经过挤压变形之后呈现出一种经典的挤压组织外貌，镁合金在挤压工艺条件下经受过挤压之后，它的晶粒组织已经不再均匀，部分地方再结晶，形成了大角度的细小晶粒。
经过T4这一工序之后，之前存在于晶界处的β-Mg17Al12相已经完全分解，并且已经熔化在α-Mg的基体中，从而形成一个α-Mg的固溶体，这种组织是不稳定的。此时的合金成分大概均匀分布，改变了偏析的现象，之后经过410℃的固溶。晶粒的尺寸较之于受挤压之前有了明显的增大。
经过T6这一工序之后，从α-Mg中可以析出太过饱和的Al，并在晶界处再次得到β-Mg17Al12相，此时的β-Mg17Al12相开始朝着晶内生产。如果时效温度比较低，大概在200℃时候，能够不连续地析出一种典型的β-Mg17Al12相，它生长和形核的时间都比较长。β-Mg17Al12相从原来的弥散分布网状结构状态状态编程在晶界处的块状结构，同样存在于晶界处，还出现在晶界的内部，类似于β-Mg17Al12相的第二相。
2.2 La对挤压铸造镁合金显微组织的影响
经过T6这一工序之后，合金中的La的含量有所改变，分别是0、0.5%、1.0%。稀土元素能够使热处理后的合金组织更为细化，其晶界处以及晶内存在的针状的以及颗粒状的西图像，该稀土相的成分是Al11La3。由于Al11La3具有良好的热稳定性以及比较高的熔点，在进行热处理的时候，Al11La3不会和β-Mg17Al12相一样析出和熔解。所以稀土相能够防止Al原子朝着β-Mg17Al12相扩散，避免β-Mg17Al12相因为得不到需要的Al而不再成长[7]。所以，在合金进行热处理的过程中，加入La元素在一定程度上可以制约晶粒的进一步扩大。如果La的含量使1.0%，就明显可以看出合金的晶粒的细化程度。
2.3 热处理挤压铸造镁合金力学性能的影响
AZ61进行过挤压之后，在T4和T6的工序中，La的含量的变化会影响到合金的显微硬度的变化。把不同含量的La加入挤压过的镁合金中，然后开始T4工序，明显可以看出合金的硬度有着整体的下降，但是，经过T6的工序处理之后，合金的硬度又有所回升。经过研究分析得出，因为晶粒尺寸不断变化，第二相析出、熔解以及形状变化，导致了镁合金的力学性能也发生变化，挤压态的镁合金晶粒在固溶处理的状态下有了明显的增大，所以在进行T4这一处理工序时，镁合金的硬度有了明显的下降，时效处理过重中使溶于α-Mg基体中的β-Mg17Al12相再次被析出，所以在进行T6这一处理工序时，合金的硬度再次回升，但是整体来说，合金的硬度依然是小于挤压态时候的硬度。
3 结论
La元素能够使经过热处理后的合金组织更为细化，使合金的硬度有所提高。经过T4处理之后的合金屈服强度和硬度都有明显的下降，而伸长率和抗拉强度有所提高。T6工序处理能够提高合金的里力学性能，T5处理并未明显影响到合金的力学性能。
参考文献：
[1]吴玉娟，丁文江，彭立明等.高性能稀土镁合金的研究进展[J]. 中国材料进展，2011（02）：1-9.
[2]张卫文，赵海东，张大童等.金属材料挤压铸造成形技术的研究进展[J].中国材料进展，2011（07）：24-32+56.
[3]刘先兰，刘楚明，张文玉等.热处理对挤压Mg-5.5Zn-1.7Nd-0.7Cd-0.5Zr镁合金组织和性能的影响[J].特种铸造及有色合金，2010（12）：1099-1101+1072.
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