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研究了不同冷熱循環(huán)處理工藝對AZ31 材料的組織和力學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與單純熱處理相比，先在液氮中進行1 h 深冷處理，再進行573 K × 1 h 熱處理后的AZ31 材料的硬度提高了12.78%，抗拉強度提高了8.77%，而先經(jīng)過573 K × 1h 熱處理，再經(jīng)過1 h 深冷處理作用處理后，材料的伸長率可提高22.97%。
與其他材料相比，鎂合金具有密度小、比強度高等優(yōu)點，因此，在汽車、航空航天、通訊電子業(yè)等領域的應用日益廣泛。但是，鎂合金具有密排六方晶體結構，滑移系少，塑性變形能力低，這些性質(zhì)使得鎂合金的室溫加工性受到嚴重影響。但是當溫度升高到一定范圍時，鎂合金的變形能力將大幅提高，因此，通過合適的熱處理和合適的加工工藝可以改善AZ31 的組織性能，但這些技術方法處理的效果并不是很理想。減小晶粒尺寸是改善材料成型性能和提高綜合力學性能的有效途徑，獲得微細的晶粒的常用方法有快速凝固、軋制和等徑角擠壓等方法，但這些方法技術復雜，質(zhì)量不穩(wěn)定，且要求的成本較高。本文研究了冷熱循環(huán)處理對AZ31 鎂合金的組織和力學性能影響。
深冷處理是對傳統(tǒng)熱處理的一種補充，在改善材料的性能方面具有獨特效果。低溫下，原子的擴散運動大幅度減少，甚至停止，但是卻能促進金相組織的轉(zhuǎn)變，改變材料的力學性能。比如，深冷處理能夠促進奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變和細小碳化物的析出，提高材料的硬度和耐磨性能。然而并不是深冷對所有材料的力學性能的改變都是一致的，有時甚至是相反的，比如對AISI1040 進行深冷處理后，材料表面拋光處理性能得到了提高，但是它的耐磨性能和剪切力等力學性能都在一定程度上下降了，深冷處理能夠改善材料的焊接性能，有文獻表明，5A06 鋁合金的深冷處理后，能夠使β 相分散，細化晶粒，使焊接部位的力學性能得到大幅度提高，提高了焊接的穩(wěn)定性。材料的微量元素直接影響到材料的深冷處理效果，比如Cu-14Fe 和Cu-8Cr 經(jīng)過深冷處理后材料的抗拉強度可以分別提高106 和56MPa，同時導電率也得到了大幅度提高，但熱處理網(wǎng)(http://rechuli.chvacuum.com/)認為對Cu-14Fe-0.1Ag 和Cu-8Cr-0.1Ag 合金的抗拉強度和導電率卻幾乎沒有影響。
深冷處理能夠大幅度減少材料中的殘余應力，改變細小碳化物在馬氏體中的分布，促進其析出，特別是當深冷處理能夠促進馬氏體轉(zhuǎn)變的時候。影響深冷處理效果的主要因素有溫度、深冷保持時間和深冷冷卻速度。通過降低冷卻溫度，改善冷卻效果，增加冷卻速度，延長深冷處理的時間，能夠促進馬氏體的形核和轉(zhuǎn)變，降低殘余奧氏體數(shù)量，增加析出碳化物的含量，能夠提高材料的耐磨性能。但并不是所有的材料都可以通過深冷處理來提高性力學性能，因為有的細小碳化物的析出不受深冷處理的影響，但是通過循環(huán)處理卻能夠獲得良好的具有大量碳化物析出物的組織。
1、實驗材料及方法
本實驗用的材料為工業(yè)用的厚2mm 的AZ31板材，直接從市場上購買。先將板材通過線切割制備成標準的板狀拉伸試樣，然后將其分成A、B、C和A0 四組，A 和B 組分別分為A1、A2、A3 和B1、B2、B3、，每小組3 個試樣，A0 和C 組分別為3 個試樣，進行如下兩組試驗。將A 組試樣先放入熱處理爐中進行573K×1 h 的均勻化退火處理，待試樣爐冷到室溫時放入液氮之中進行低溫處理，A1、A2、A3 的深冷處理時間分別為1、2、3 h，然后取出放在空氣中自然冷卻；將B1、B2、B3 試樣先進行深冷處理1、2、3 h，然后取出，放在空氣中自然冷卻后再放入熱處理爐中，在573K 保溫1 h 然后取出，自然冷卻；A0 組只進行573K 保溫1 h 的熱處理；C 組材料不做任何處理。將處理后試樣用砂紙打磨，用自主設計制造的萬向拋光機，對材料的表面進行拋光處理，以減小試驗誤差。再對處理后材料進行硬度和拉伸性能進行測試，拉伸斷口通過SEM 進行表征和分析。
2、結果與討論
表1 為經(jīng)過不同時間深冷處理后的硬度測試數(shù)據(jù)。表格中每個數(shù)據(jù)為3 個試樣硬度的平均值，每個試樣的硬度測定過程中取5 個點進行硬度測試，然后對5 個數(shù)據(jù)去掉最大值和最小值后求取平均值最為該試樣的硬度。可以看出，材料經(jīng)熱處理后，硬度得到一定程度的提高，這主要是由于材料經(jīng)高溫熱處理后形成了大量的等軸晶而引起的。當材料熱處理后再進行深冷處理時，深冷處理對等軸晶材料的硬度的變化影響不大。但當材料先進行熱處理再進行深冷時，硬度卻得到了大幅提高，高達12.78%，這主要是由于前期的深冷處理在材料內(nèi)部形成了大量的應力應變和細小顆粒，為后續(xù)的高溫熱處理提供了大量形核點，同時后續(xù)的高溫熱處理消除了深冷處理造成的應力應變和晶界厚度。
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