一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法技术

本发明专利技术涉及一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，属于有色金属加工工艺技术领域。本发明专利技术的方法能够有效消除高强镁合金WNG421铸件中的残余应力，同时能够均匀化残余应力；与此同时，热等静压工艺能够提高镁合金铸件材料的力学性能。对于WNG421镁合金，其强度值和延伸率均提高了。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，属于有色金属加工工艺
，特别涉及一种集消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力与提高力学性能于一体的工艺方法，所述的高强稀土镁合金是指Mg-Y-Nd系高强镁合金。高强是指镁合金的力学性能抗拉强度不低于300MPa，薄壁铸件是指铸件的壁厚不大于3.5mm。
技术介绍
高强稀土镁合金WNG421(Mg-4Y-2Nd-1Gd)毛坯铸件、热处理变形以及机械加工中均产生残余应力，长期存贮应力释放导致大尺寸薄壁构件难于保证高精度要求，同时，镁合金产品中的残余应力增加了镁合金的应力腐蚀倾向，降低镁合金的耐蚀性能。因此，为了保证镁合金产品高精度和可靠性，有必要消除产生的残余应力。目前，用于消除金属制品残余应力的技术主要为冷热循环处理、振动时效。冷热循环处理法降低应力的原因主要是材料原残余应力与冷处理产生的应力相互抵消，该方法只适应于形状简单、对称性好的零件，否则易引起工件的变形，不适用于薄壁件的去应力处理，此外费用较高。振动时效是通过对工件施加周期性激振力，激振力的频率与零件的固有频率相同，使零件发生共振运动，交变外载荷通过共振传递到零件的各部位，当附加外载荷与残余应力叠加，材料零件发生微小畸变，从而达到降低和均化残余应力的目的，该方法反复试验，成本高。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，该方法既能够有效消除镁合金铸件中的残余应力，还能够改善铸件内部质量从而提高其力学性能。本专利技术的技术解决方案是：一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，该方法的步骤包括：(1)对高强稀土镁合金薄壁铸件毛坯进行表面擦洗，然后放入热等静压炉体中心位置，并关闭炉门；(2)对热等静压炉体进行两次抽真空，当热等静压炉体真空度达到8～10毫帕后，对热等静压炉体进行加热，加热的工艺参数为：温度为500-520℃，升温速率为10-12℃/min；在升温过程中在热等静压炉体中充入氩气，通过氩气对铸件进行打压，打压压力为65～70MPa；(3)在升温过程中热等静压炉体热膨胀，当热等静压炉体中的气压达到100～120Mpa，温度达到500-520℃时，保温2-3h；(4)热等静压保温结束后，铸件随炉冷却，降温速率为10-15℃/min，降温到40～50℃后，泄压放气，出炉；(5)将步骤(4)出炉后的铸件进行固溶时效处理，固溶温度为500-520℃，保温时间为8-10h，时效温度为200-250℃，保温时间为30-36h，保温结束后出炉，自然冷却至室温，得到的高强稀土镁合金薄壁铸件。对高强稀土镁合金薄壁铸件毛坯使用丙酮进行表面擦洗。所述的高强稀土镁合金薄壁铸件为WNG421(Mg-4Y-2Nd-1Gd)镁合金铸件。有益效果(1)本专利技术采用热等静压技术通过温度和压力共同作用使得镁合金铸件在高温、各向等压应力作用条件下发生整体微变形而释放内应力；同时能够冶金闭合镁合金铸件内部的缩孔、缩松等缺陷，即铸件的致密化过程，该过程可以分为两个阶段，第一阶段是内部缺陷和孔隙在外界压力大于材料高温强度的条件下发生塑性变形，缺陷和孔隙被破坏，致使内表面相互接触在一起。第二阶段在外界压力低于材料高温强度时，材料发生高温蠕变，孔隙表面在压力作用下相互接触，相互渗透、扩散黏结，彻底消除缺陷和孔隙，而非机械结合。经热等静压致密化处理后材料的力学性能获得进一步提高。(2)本专利技术根据高强稀土镁合金WNG421(Mg-4Y-2Nd-1Gd)铸造镁合金的特点，考虑热处理与热等静压技术的匹配性，在两种工艺的协同作用下，达到共同消除残余应力和提高力学性能的效果。针对该系高强镁合金热处理特点，采用先热等静压再固溶时效处理。(3)相比其他去除残余应力技术如时效振动技术，热等静压技术能够有效消除高强镁合金WNG421铸件中的残余应力，同时能够均匀化残余应力；与此同时，热等静压工艺能够提高镁合金铸件材料的力学性能。对于WNG421镁合金，其强度值和延伸率均提高了；(4)本专利技术在升温过程中热等静压炉体热膨胀，当热等静压炉体中的气压达到100～120Mpa，该条件参数能够保证达到镁合金铸件所需温度及压力，保证铸件孔隙接触面相互扩散的激活能；(5)高温各向等压力作用下镁合金铸件发生微变形；热等静压技术能够使铸件中的缩孔、缩松实现冶金闭合；热等静压与热处理工艺的联合，协同提高材料的力学性能；获得铸件尺寸完整、表面质量优良的镁合金铸件。镁合金铸件在各向等压应力微变形条件下释放残余应力同时均匀化微观组织。热等静压工艺与热处理工艺的结合协同提高镁合金铸件的力学性能；(6)针对目前国内现有冷热循环处理、振动时效处理技术不能有效消除镁合金铸件残余应力的现状，提供了集消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力与提高力学性能于一体的工艺方法，对于镁合金铸件在航天型号主承力构件上的高可靠应用发挥了重要的技术支撑作用。将热等静压技术应用于镁合金铸件的去除残余应力处理，在该状态条件下，镁合金处于各向等压应力和高温作用下的整体微变形，使得该技术不仅能够有效消除且均匀化残余应力，与此同时，热等静压技术能从不同尺度上改善镁合金铸件中的组织缺陷，既能够冶金闭合铸件中的缩孔缩松等缺陷，同时调控材料中的微观组织，与常规热处理工艺相配合，提高镁合金铸件材料的力学性能。(7)本专利技术中热等静压温度及保温时间与固溶处理温度时间相配合，保证产品充分的固溶，但不至于影响晶粒尺寸长大。热等静压温度选取与固溶温度相同，产品厚度小于10mm，热等静压保温时间一般选取2～3h，产品厚度大于10mm，热等静压保温时间一般在原来保温2～3h基础上，按照5℃/mm进行累加保温时间。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图；图2为实施例中的热等静压工艺参数示意图。具体实施方式对于可时效热处理强化的高强镁合金WNG421铸件，一般在热等静压处理后再进行T6处理。热等静压的具体实施方式如下，铸件装炉前，对铸件进行检查处理后，装炉进行两次抽真空和预充气，保证炉体真空度达到大约8～10毫帕，按照设定好热等静压参数，进行氩气大气，压力达到65～70MPa后，炉体温度达到100℃左右，按照设定温度继续升温，当温度达到设定温度500℃时，炉体由于热膨胀压力达到(100～120MPa)，铸件热等静压进入保温阶段，按照设定保温时间(2～3)h，保温结束后，热等静压按照设定程序降温。热等静压分为升温、保温、降温三个阶段。(1)升温。镁合金铸件随炉升温，升温速率约10℃/min。(2)保温。在设定的温度、压力下，将镁合金铸件保温时间2～3h。对于高强镁合金WNG421铸件直接进行热等静压处理，加热温度500±5℃。(3)降温。镁合金铸件随炉冷却，冷却时间不超过0.5h。一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，该方法的步骤包括：(1)对高强稀土镁合金薄壁铸件毛坯用丙酮进行表面擦洗，去除表面油渍，保证表面不允许有污渍、油渍，清除干净后放入热等静压炉体中心位置，并关闭炉门；(2)对热等静压炉体进行两次抽真空，当热等静压炉体真空度达到8～10毫帕后，对热等静压炉体进行加热，加热的工艺参数为：温度为500-520℃，升温速率为10-12℃/min；在升温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)对高强稀土镁合金薄壁铸件毛坯进行表面擦洗，然后放入热等静压炉体中心位置，并关闭炉门；(2)对热等静压炉体进行两次抽真空，当热等静压炉体真空度达到8～10毫帕后，对热等静压炉体进行加热，加热的工艺参数为：温度为500‑520℃，升温速率为10‑12℃/min；在升温过程中在热等静压炉体中充入氩气，通过氩气对铸件进行打压，打压压力为65～70MPa；(3)在升温过程中热等静压炉体热膨胀，当热等静压炉体中的气压达到100～120Mpa，温度达到500‑520℃时，保温2‑3h；(4)热等静压保温结束后，铸件随炉冷却，降温速率为10‑15℃/min，降温到40～50℃后，泄压放气，出炉；(5)将步骤(4)出炉后的铸件进行固溶时效处理，固溶温度为500‑520℃，保温时间为8‑10h，时效温度为200‑250℃，保温时间为30‑36h，保温结束后出炉，自然冷却至室温，得到的高强稀土镁合金薄壁铸件。

【技术特征摘要】
1.一种消除高强稀土镁合金薄壁铸件残余应力的方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)对高强稀土镁合金薄壁铸件毛坯进行表面擦洗，然后放入热等静压炉体中心位置，并关闭炉门；(2)对热等静压炉体进行两次抽真空，当热等静压炉体真空度达到8～10毫帕后，对热等静压炉体进行加热，加热的工艺参数为：温度为500-520℃，升温速率为10-12℃/min；在升温过程中在热等静压炉体中充入氩气，通过氩气对铸件进行打压，打压压力为65～70MPa；(3)在升温过程中热等静压炉体热膨胀，当热等静压炉体中的气压达到100～120Mpa，温度达到500-520℃时，保温2-3h；(4)热等静压保温结束后，铸件...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景琪，张帆，姚草根，张绪虎，杜宝宪，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11