ZA80镁合金反挤压壳体零件热处理工艺阐述

吕燕 潘雪新 王东奎

ZA80镁合金反挤压壳体零件热处理工艺阐述

吕燕 潘雪新 王东奎

Point

采用反挤压成形工艺获得AZ80镁合金多层壳体零件，对成形件的显微组织、室温力学性能进行了分析，并对挤压态壳体零件热处理工艺进行研究。

结果表明：挤压成形AZ80镁合金多层壳体零件，通过固溶处理，能够提高较低温度下挤压成形的壳体零件抗拉强度和伸长率；通过时效处理，增加β-Mg17Al12相的数量，能够提高合金的抗拉强度，而延伸率则有所降低。AZ80镁合金固溶处理后，断口形貌为具有一定塑性变形的准解理特征，时效处理后合金的拉伸断口形貌呈现以解理为主的脆性断裂特征，断裂主要发生在结合较薄弱的晶界及β-Mg17Al12相析出相的片层间。

镁合金作为结构材料，具有比重小、比强度和比强度高、导热和导电性好等优点。挤压态变形镁合金产品内部缺陷少、可以满足产品结构件多样化的需求，在汽车、航空工业中具有广阔的应用前景 。

热处理可以改善合金力学性能和使用性能，使材料性能充分发挥的重要手段。本文针对挤压成形AZ80镁合金壳体零件进行热处理研究。拟采用固溶时效热处理的方法，以期改善β-Mg17Al12相的形貌、分布及数量，消除挤压过程中的变形抗力，提高多层壳体零件的力学性能。通过观察微观组织、测试力学性能，确定AZ80镁合金多层壳体零件较优的热处理工艺参数，为工业化生产多层壳体零件提供理论依据。

1、实验材料及方法

使用Φ65mm×60mm圆柱形坯料挤压成形壳体零件，挤压工艺参数、挤压态力学性能见表1，挤压态实物见图1，挤压态金相组织、拉伸断口形貌见图2、图3。分别对不同挤压态壳体零件进行热处理，热处理分为固溶处理和时效处理两个部分。固溶制度为415℃，保温时间为24小时，在空气中冷却。时效制度为170℃，保温时间分别为8h、12h、16h、20h、24h，以考察时效时间对组织及性能的影响规律。

图4 挤压态和固溶态SEM形貌

2、试验结果与讨论

2.1 固溶处理对AZ80镁合金多层壳体零件组织及力学性能影响

AZ80镁合金固溶处理目的是得到过饱和固溶体，是时效处理的前提。本文对壳体零件进行固溶处理，其力学性能见表1。通过与挤压态零件性能对比发现，挤压温度较低的零件，抗拉强度和延伸率有较大程度提高；挤压温度高的零件，其力学性能变化不大。进一步分析拉伸断口形貌，见图4。4.1j-4.3j为挤压态形貌，4.1g-4.3g为热处理形貌。挤压态AZ80镁合金拉伸断口呈现短而片层状的撕裂棱，撕裂棱两边由大小不一的解理台阶构成，在断口上有二次微裂纹。经固溶处理后合金的拉伸断口形貌发生明显变化，沿晶断裂减少，解理断裂和塑性断裂区域增加，断口中分布着众多深浅不一的韧窝，存在明显的撕裂棱。

比较分析固溶处理对零件微观组织改善程度，图5中5.1-j、5.2-j、5.3-j分别为1#、2#、3#零件的挤压态显微组织照片，5.1-g、5.2-g、5.3-g分别为1#、2#、3#零件的固溶态显微组织照片。通过分析，可以看到挤压态的金属流线形全部消失，晶粒尺寸有较大增长。这种变化主要的原因是加热后挤压态组织消失，晶粒发生了静态再结晶，新形成晶粒并且逐步长大。

2.2 时效对AZ80镁合金多层壳体零件组织及力学性能的影响

零件固溶后，进行时效处理。通过对比分析发现，随着时间的延长，抗拉强度呈现先升高后下降趋势，而延伸率基本呈下降趋势。而对于不同的挤压参数成形的零件，低温成形的零件综合力学性能较差，可以通过固溶加上时效处理，使性能得到明显改善。

图6为1#零件在170℃，时效保温时间分别8h、12h、16h、20h、24h的显微组织。从图可以看出，随时效时间的延长，β-Mg17Al12相的析出量不断增多，当时效时间为8h时，β-Mg17Al12相已经在晶界处析出，但是析出量较少；当时效时间为16h时，β-Mg17Al12相已经呈连续析出，形貌多呈胞状；在时效24h时，析出的β相几乎与基体相当，呈块状连续析出。随着保温时间的增加，其析出相的数量逐渐增多，时效20h以上，析出相呈块状分布。晶粒随时间的延长并未长大。

表1 挤压态和固溶态力学性能对比

图5 挤压态和固溶态显微组织

表2 AZ80 多层壳体零件经不同时效处理后的力学性能

图6 1#零件不同时间显微组织

结论

通过研究分析挤压态AZ80镁合金多层壳体零件在热处理过程中固溶和时效对组织及力学性能的影响。结果表明：

（1）AZ80镁合金多层壳体零件挤压成形后，通过固溶处理，能够使低温挤压成形的壳体零件抗拉强度和伸长率有大幅提高；对于挤压温度较高的多层壳体零件，反而降低材料的抗拉强度和伸长率。

（2）时效时间的延长，可以增加β- Mg17Al12相的数量，能够提高合金的抗拉强度，而延伸率则有所降低。

（3）AZ80镁合金固溶处理后，断口形貌为具有一定塑性变形的准解理特征。时效处理后合金的拉伸断口形貌呈现以解理为主的脆性断裂特征，断裂主要发生在结合较薄弱的晶界及β- Mg17Al12相析出相的片层间。

（作者单位：吕燕 沈阳飞机工业（集团）有限公司；潘雪新 沈阳欧施盾科技新材料有限公司；王东奎 沈阳欧施盾科技新材料有限公司）