食品機(jī)械用鎂合金擠壓薄壁件的脈沖電流輔助熱處理工藝研究
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武 同，韓冬瑞
（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450046）
摘要：采用不同工藝參數(shù)對食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件進(jìn)行脈沖電流輔助熱處理，并進(jìn)行了顯微組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的測試與對比分析。結(jié)果表明，在脈沖電流優(yōu)選為1100 A的情況下，該合金薄壁件中Mg17Al12相呈彌散的顆粒狀分布，顯著提高合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能；與常規(guī)熱處理相比，該熱處理工藝可使合金的抗拉強(qiáng)度增加6l N／mm2、屈服強(qiáng)度增加65 N/mm2、斷后伸長率增加4.1%、腐蝕電位正移138 mV、腐蝕電流密度減小14. 9%。
關(guān)鍵詞：脈沖電流輔助熱處理；食品機(jī)械用薄壁件；鎂合金；耐腐蝕性能；力學(xué)性能
中圖分類號：TG166.4 文章編號：1007 - 7235( 2016) 04 - 0033 - 06
鎂合金因其密度小、阻尼減震性佳、可回收性好、電磁屏蔽性好等特性，在航空航天、國防軍工、軌道交通、體育器材、食品機(jī)械等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。但是鎂合金的耐腐蝕性能較差，絕對強(qiáng)度偏低，限制了鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用。為此，在鎂合金的合金化、熱處理工藝、加工方法、表面改性等方面進(jìn)行了廣泛研究，也取得了較多應(yīng)用成果。隨著食品機(jī)械用鎂合金薄壁件性能要求的進(jìn)一步提高，現(xiàn)有的熱處理工藝難以滿足市場期望。脈沖電流輔助熱處理是一種新型的復(fù)合熱處理工藝，在材料組織均勻化、細(xì)化晶粒、減小元素偏析、提高材料綜合性能方面具有良好的作用。為此，筆者采用不同的工藝參數(shù)，對食品機(jī)械用AZ80鎂合金薄壁件進(jìn)行了脈沖電流輔助退火熱處理試驗(yàn)研究，對其進(jìn)行了顯微組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的測試與分析，尋找出脈沖電流輔助退火熱處理的較佳工藝。
1 試驗(yàn)材料與方法
試驗(yàn)材料為食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件。擠壓溫度為(395 +5)℃，擠壓速度為600 mm/min、擠壓比為8：1。材料尺寸為500 mm x100 mm×3 mm。AZ80鎂合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）為：8. 3278A1、0.48372n、0.026Mn、0.0024Cu、0.0005Ni、0. 0012 Fe、0.024 Si、0.0006Be、余量Mg。試驗(yàn)退火熱處理工藝如表1所示。常規(guī)熱處理在QllF-16C型
熱處理爐中進(jìn)行，脈沖電流輔助熱處理在自制的脈沖電流熱處理爐中進(jìn)行。
熱處理后AZ80鎂合金試樣的顯微組織觀察用PG18型金相顯微鏡和EV018型掃描電子顯微鏡。力學(xué)性能采用WE-1000B型萬能試驗(yàn)機(jī)測試，并用EV018型掃描電子顯微鏡觀察拉伸斷口形貌。耐腐蝕性能采用三電極體系、在Reference 3000型電化學(xué)工作站上進(jìn)行測試，測試溫度為室溫、電解液為w( Na Cl)=5%的氯化鈉溶液、掃描速度為0.002V/s，并用PG18型金相顯微鏡觀察試樣的表面腐蝕情況。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1顯微組織
采用不同脈沖電流參數(shù)輔助熱處理食品機(jī)械用擠壓AZ80鎂合金薄壁件試樣(2#~4#)，其金相組織( OM)照片和掃描電子顯微鏡(SEM)照片分別如圖1、2所示。從圖中可以看出，隨脈沖電流從600 A增加至1 600 A，試樣的平均晶粒尺寸先減小后增大。當(dāng)脈沖電流為600 A時，試樣中Mg17 Al12相呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和顆粒狀兩種狀態(tài)分布；當(dāng)脈沖電流增至1100 A時，試樣中Mg17Al12相呈彌散的顆粒狀分布；當(dāng)脈沖電流進(jìn)一步增至1 600 A時，試樣中的顆粒狀Mg17 Al12相尺寸明顯長大。
2.2力學(xué)性能
采用常規(guī)熱處理的擠壓AZ80鎂合金l#試樣以及不同脈沖電流參數(shù)輔助熱處理的2#~4#試樣室溫力學(xué)性能測試結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，與常規(guī)熱處理相比，脈沖電流輔助熱處理試樣的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均得到提高；但是不同脈沖電流參數(shù)輔助熱處理對力學(xué)性能指標(biāo)的提高幅度也不同；脈沖電流為1100 A的3#試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長率均最高。與常規(guī)熱處理1#試樣相比，脈沖電流1100 A輔助熱處理3#試樣的抗拉強(qiáng)度從347 N/mm2增加至408 N／mm2，增加了61 N/mm2；屈服強(qiáng)度從232 N/mm2增加至297 N/mm2，
增加了65 N/mm2；斷后伸長率從6. 3%增加至10.4%，增加了4.1%。圖4是常規(guī)熱處理1#試樣和脈沖電流1100 A輔助熱處理3#試樣的室溫拉伸斷口SEM照片。從圖4可以看出，常規(guī)熱處理試樣的室溫拉伸斷口中有大量的韌窩，也有大量的解理臺階，表現(xiàn)出明顯的混合斷裂特征；而脈沖電流1100 A輔助熱處理3#試樣的室溫拉伸斷口中無明顯的解理臺階，有大量的韌窩和少量的撕裂棱，表現(xiàn)出明顯的韌性斷裂特征。由此可見，適當(dāng)?shù)拿}沖電流參數(shù)輔助熱處理可使食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件的斷裂方式由混合斷裂變?yōu)轫g性斷裂，提
高食品機(jī)械用AZ80鎂合金薄壁件的力學(xué)性能。
2.3耐腐蝕性能
采用常規(guī)熱處理的AZ80鎂合金1#試樣以及不同脈沖電流參數(shù)輔助熱處理的2#~4#試樣，在w( NaCl) =5%氯化鈉溶液中的電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，與常規(guī)熱處理相比，脈沖電流輔助熱處理試樣的腐蝕電位正移，腐蝕電流密度減小；脈沖電流為1100 A的3#試樣的腐蝕電位最正、腐蝕電流密度最小，其中腐蝕電位從-1.532 V正移至-1. 394 V，正移了138 mV；腐蝕電流密度從36. 74 μA／cm2減小至31. 25μA/cm2，減小了14. 9%0材料的腐蝕電位越正、腐蝕電流密度越小，材料的耐腐蝕性能越好；相反地，材料的腐蝕電
位越負(fù)、腐蝕電流密度越大，材料的耐腐蝕性能越差。因此，可以認(rèn)為與常規(guī)熱處理相比，脈沖電流輔助熱處理顯著提高了食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件的耐腐蝕性能。圖6是常規(guī)熱處理1#試樣和脈沖電流1100 A輔助熱處理3#試樣在電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)后的表面形貌照片。從圖6可以看出，采用常規(guī)熱處理1#試樣在電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)后表面發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕，可以清晰地看到較大的腐蝕孔洞；而脈沖電流1100 A輔助熱處理3#試樣在電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)
后表面腐蝕程度較輕，只在局部發(fā)生了孔蝕，且孔蝕深度較淺，無明顯的孔洞，其耐腐蝕性能明顯優(yōu)于常規(guī)熱處理試樣的。這與腐蝕電位和腐蝕電流密度試驗(yàn)的結(jié)果一致。
2.4討論與分析
與常規(guī)熱處理相比，脈沖電流輔助熱處理有助于顯著提高食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。一方面，在熱處理過程中引入脈沖電流，對合金內(nèi)部成分不均勻的區(qū)域以及不同物相之間的電阻率，因脈沖電流的引入會存在較大差異，在其界面附近產(chǎn)生附加熱量，從而使局部界面附近的溫度升高較多，為微區(qū)合金元素的擴(kuò)散提供能量，改善組織均勻性，并細(xì)化合金組織；另一方面，在熱處理過程中添加脈沖電流，使合金形變
過程中的電致塑性效應(yīng)給予金屬內(nèi)部原子更多的能量，加快原子振動能量，并促使網(wǎng)狀Mg17 Al12相裂解成顆粒狀，并在脈沖電流激發(fā)的附加熱量作用下呈彌散分布，從而改善合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。在脈沖電流輔助熱處理過程中，如果脈沖電流過小，難以發(fā)揮脈沖電流的輔助作用；如果脈沖電流過大，會為合金內(nèi)部界面附近產(chǎn)生過大的附加熱量，多余的熱量將使合金晶粒長大，并產(chǎn)生一定熱應(yīng)力，反而降低合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。因此，
為了充分發(fā)揮脈沖電流輔助熱處理的作用，顯著提高食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，脈沖電流優(yōu)選為1100 A。
3 結(jié) 論
采用不同的工藝參數(shù)對食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件試樣進(jìn)行了脈沖電流輔助熱處理，并進(jìn)行了顯微組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的測試與分析，得到如下主要結(jié)論：
1)為了提高食品機(jī)械用AZ80鎂合金擠壓薄壁件的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，脈沖電流輔助熱處理的脈沖電流優(yōu)選為1100 A，合金中Mg17 Al12相呈彌散的顆粒狀分布。
2)與常規(guī)熱處理相比，1100 A脈沖電流輔助熱處理可使該合金擠壓薄壁件的抗拉強(qiáng)度增加61N／mm2、屈服強(qiáng)度增加65 N／mm2、斷后伸長率增加4.1%、腐蝕電位正移138 mV、腐蝕電流密度減小14. 9%，使力學(xué)性能和耐腐蝕性能顯著提高。
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