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摘要：鎂合金具有較高的比剛度、比強度、良好的電磁屏蔽性、減振性能和散熱性能，是最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料之一，在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文綜述了鎂合金熱處理工藝及其研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：鎂合金熱處理研究現(xiàn)狀

多數(shù)鎂合金都可通過熱處理來改善或調(diào)整材料的力學(xué)性能和加工性能。鎂合金能否通過熱處理強化完全取決于合金元素的固溶度是否隨溫度變化。當(dāng)合金元素的固溶度隨溫度變化時，鎂合金可以進行熱處理強化。鎂合金的常規(guī)熱處理工藝分為退火和固溶時效兩大類。

鎂合金熱處理強化的特點是：合金元素的擴散和合金相的分解過程極其緩慢，因此固溶和時效處理時需要保持較長的時間。另外，鎂合金在加熱爐中應(yīng)保持中性氣氛或通入保護氣體以防燃燒。

一、退火

退火可以顯著降低鎂合金制品的抗拉強度并增加其塑性，對某些后續(xù)加工有利。變形鎂合金根據(jù)使用要求和合金性質(zhì)，可采用高溫完全退火（O）和低溫去應(yīng)力退火（T2）。

完全退火可以消除鎂合金在塑性變形過程中產(chǎn)生的加工硬化效應(yīng)，恢復(fù)和提高其塑性，以便進行后續(xù)變形加工。完全退火時一般會發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長大，所以溫度不能過高，時間不能太長。當(dāng)鎂合金含稀土?xí)r，其再結(jié)晶溫度升高。AM60、AZ31、AZ61、AZ60合金經(jīng)熱軋或熱擠壓退火后組織得到改善。去應(yīng)力退火既可以減小或消除變形鎂合金制品在冷熱加工、成形、校正和焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，也可以消除鑄件或鑄錠中的殘余應(yīng)力。

二、固溶和時效

1、固溶處理

要獲得時效強化的有利條件，前提是有一個過飽和固溶體。先加熱到單相固溶體相區(qū)內(nèi)的適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時間，使原組織中的合金元素完全溶入基體金屬中，形成過飽和固溶體，這個過程就稱為固溶熱處理。由于合金元素和基體元素的原子半徑和彈性模量的差異，使基體產(chǎn)生點陣畸變。由此產(chǎn)生的應(yīng)力場將阻礙位錯運動，從而使基體得到強化。固溶后屈服強度的增加將與加入溶質(zhì)元素的濃度成二分之一次方比。

根據(jù)Hmue-Rothery規(guī)則，如果溶劑與溶質(zhì)原子的半徑之差超過14%～15%，該種溶劑在此種溶質(zhì)中的固溶度不會很大。而Mg的原子直徑為3.2nm，則Li，Al，Ti，Cr，Zn，Ge，Yt，Zr，Nb，Mo，Pd，Ti，Pb，Bi等元素可能在Mg中會有顯著的固溶度。另外，若給定元素與Mg的負(fù)電性相差很大，例如當(dāng)Gordy定義的負(fù)電性值相差0.4以上（即∣xMg－x∣>0.4）時，也不可能有顯著的固溶度。因為此時Mg和該元素易形成穩(wěn)定的化合物，而非固溶體。

2、人工時效

沉淀強化是鎂合金強化(尤指室溫強度)的一個重要機制。在合金中，當(dāng)合金元素的固溶度隨著溫度的下降而減少時，便可能產(chǎn)生時效強化。將具有這種特征的合金在高溫下進行固溶處理，得到不穩(wěn)定的過飽和固溶體，然后在較低的溫度下進行時效處理，即可產(chǎn)生彌散的沉淀相?；瑒游诲e與沉淀相相互作用，使屈服強度提高，鎂合金得到強化：

Tyield=(2aGb)/L+τa（1）

式中Tyield為沉淀強化合金的屈服強度；τa為沒有沉淀的基體的屈服強度；(2aGb/L)為在沉淀之間彎出位錯所需的應(yīng)力。

由于具有較低的擴散激活能，絕大多數(shù)鎂合金對自然時效不敏感，淬火后能在室溫下長期保持淬火狀態(tài)。部分鎂合金經(jīng)過鑄造或加工成形后不進行固溶處理而是直接進行人工時效。這種工藝很簡單，可以消除工件的應(yīng)力，略微提高其抗拉強度。對Mg-Zn系合金就常在熱變形后直接人工時效以獲得時效強化效果，即可獲得T5狀態(tài)加工產(chǎn)品。、固溶處理＋人工時效

固溶淬火后人工時效（T6）可以提高鎂合金的屈服強度，但會降低部分塑性，這種工藝主要應(yīng)用于Mg-Al-Zn和Mg-RE-Zr合金。為了充分發(fā)揮時效強化效果，對含鋅量高的Mg-Zn-Zr合金也可選用T6處理。進行T6處理時，固溶處理獲得的過飽和固溶體在人工時效過程中發(fā)生分解并析出第二相。時效析出過程和析出相的特點受合金系、時效溫度以及添加元素的綜合影響，情況十分復(fù)雜。另外，不同鎂合金系其熱處理工藝不同，不同類型工件其熱處理工藝也不相同。鎂合金擠壓件脫模后需要采用強制氣冷或水冷進行淬火以獲得微細(xì)均勻的顯微組織。然而在淬火過程中，禁止冷卻水與熱模具直接接觸，否則將導(dǎo)致模具開裂。擠壓的鎂合金材料其狀態(tài)主要有T5、T6、F。其中T5為在線淬火后再進行人工時效的狀態(tài)；T6為固溶處理與人工時效狀態(tài)；F為原加工狀態(tài)即擠壓狀態(tài)。固溶處理可提高強度，使韌性達(dá)到最大，并改善抗震能力。固溶處理之后再進行人工時效，可使硬度與強度達(dá)到最大值，但韌性略有下降。鎂合金材料在熱加工、成形、矯直和焊接后會留有殘余應(yīng)力。因此，應(yīng)進行去應(yīng)力退火。

三、鎂合金熱處理工藝的研究現(xiàn)狀

田學(xué)峰等人對不同熱處理工藝條件下消失模鑄態(tài)AZ91鎂合金的組織和力學(xué)性能進行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明，高溫時效沉淀在晶內(nèi)及晶界處以連續(xù)形式析出，而在低溫時效時沉淀以不連續(xù)形式在晶界形成，并具有糖漿狀。經(jīng)過熱處理后合金的綜合力學(xué)性能有較大幅度的提高，其中高溫時效對提高強度及加工硬化率尤為有利。另外，晶粒的尺寸和數(shù)量會隨固溶溫度和時間發(fā)生改變，且由顯微分析可發(fā)現(xiàn)不同形態(tài)的粒子。通過對析出物的尺寸進行統(tǒng)計分析，可發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)的合金固溶溫度更接近于435℃而非415℃。顯微組織的改變使合金硬度在高溫下隨時間的延長而降低。

ZhengMY等人研究了壓鑄SiCw/AZ91鎂合金的時效行為。發(fā)現(xiàn)添加SiC晶須后，SiCw/AZ91復(fù)合物的沉淀過程并未發(fā)生改變，但復(fù)合物中的時效過程會比AZ91合金的要快。SiC晶須的添加改變了Mg17Al12的分布，析出物優(yōu)先在SiCw/AZ91界面上形成。優(yōu)先形成的界面析出物耗盡了基體中的Al，使復(fù)合物基體中的連續(xù)析出相數(shù)量減少，分布不連續(xù)，因此SiCw/AZ91復(fù)合物中的時效硬化效率比AZ91合金中的要低。

麻彥龍等人對ZK60鎂合金熱處理后的組織進行了較為全面的研究，初步確定了時效ZK60鎂合金中主要合金相的種類和形態(tài)。實驗結(jié)果表明，ZK60鎂合金鑄態(tài)組織中存在大量共晶組織，共晶組織主要由α-Mg和MgZn相組成，其形態(tài)和分布具有多樣性。分段固溶工藝(380℃12h十510℃×12h)最大限度消除了共晶組織，使固溶樣品顯微硬度接近鎂基體。在鑄態(tài)、固溶處理和時效處理的ZK60鎂合金中均存在MgZn2相，它們無取向分布，形貌呈近似平行四邊形，大小在200nm～500nm之間，對熱處理不敏感。時效ZK60鎂合金中的第二類析出相是MgZn相，形態(tài)為長約500nm的條狀，與基體有嚴(yán)格的位相關(guān)系。第三類析出相是Mg2Zn3相，形態(tài)為長約100nm的短桿狀，它是時效ZK60鎂合金中數(shù)量最多，尺寸最小，分布最均勻的析出相。

董文超等研究了T61熱處理工藝和過熱度對AM60鎂合金顯微組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：熱處理過程中，β相在α相內(nèi)的固溶以及在晶內(nèi)和晶界上的析出改善了AM60鎂合金的顯微組織，同時AM60鎂合金的力學(xué)性能有了較大的改善。

參考文獻

[1]麻彥龍,張津.AZ91D鎂合金研究新進展[J].熱加工工藝,2007年16期

[2]董文超,王朝暉,康永林.T61熱處理和過熱度對AM60鎂合金組織及力學(xué)性能的影響[J].汽車工藝與材料,2004年7期