热处理对Mg-Zn-Mn镁合金组织和性能的影响

　　作为新型金属结构材料的镁合金进一步扩大其应用范围的关键是提高强度[1]，细晶强化、热处理强化和复合强化是现今存在及今后发展的主要强化途径[2-4]。Mg-Zn-Mn新型镁合金不含Zr，相对于其它Mg-Zn系合金价格低廉并可时效强化，有更广阔的应用前景[5-7]。Oh-ishi[8]和张丁非等[9-10]分别开发的ZM61变形镁合金可以在300～460℃的温度下挤压成型，且经过“固溶+时效”处理后强度达到ZK60的水平，但ZK60一般采用挤压后直接时效的热处理工艺制度[11-13]。研究发现[14-16]Mg-6%Zn-1%Mn合金挤压后，Zn主要以析出相形式存在于挤压后小晶粒的晶界周围，固溶处理和人工时效后，少量的Mn以α-Mn 单质的形式析出，Zn元素以纳米级析出相的形式析出来强化合金，α-Mn又可作为析出相的异质形核核心且析出相的尺寸和弥散程度直接影响合金最终性能。对于可时效强化的合金，时效前须获得尽可能大的过饱和度，过饱和度主要由固溶温度、保温时间和固溶后的冷却速度决定，已开发出的ZM61的固溶处理温度一般选择在420℃左右，冷却方式为水淬[17]。

　　本文对挤压态ZM61合金进行不同制度的热处理，通过显微组织观察、力学性能测试，以确定固溶处理的必要性，探讨ZM61是否与ZK60合金一样，可以省去固溶处理而直接进行人工时效(T5)，并获得良好的性能; 同时摸索出最佳的固溶处理工艺，为后续的人工时效服务; 作者还对不同状态下ZM61合金的物相组成进行了确认; 此外，通过断口扫描，对各状态下ZM61金的断裂方式进行了分析。

　　1 实验材料及方法

　　实验用Mg-6%Zn-1%Mn(ZM61)(质量分数，%)镁合金铸锭由半连续铸造所得，原材料为纯Mg、纯Zn和 Mg-Mn中间合金(含Mn量为4.2%)。铸锭尺寸为Φ80mm×(220～250)mm，利用X射线荧光光谱仪(XRF型号-1800CCDE)测定其成分，结果如表1所示。将铸锭置于热处理炉中进行330℃×24h的均匀化处理，然后放入挤压筒中进行挤压处理，工艺参数见表2，挤压机的吨位是500t。

　　将挤压形成的Φ16mm的镁合金棒材锯成110～130mm，进行不同制度的热处理，主要包括: 固溶、单级时效、双级时效、固溶+单级时效、固溶+双级时效，冷却方式均为水冷，具体工艺参数见表3。

　　采用NEOPHOT30型号金相显微镜观察了不同状态下ZM61合金的组织，腐蚀剂为4%硝酸酒精和苦味酸溶液; 采用型号为HXS-1000AX的维氏显微硬度计，对固溶态合金进行了显微硬度测试，载荷50g，每个试样测试20个点取平均值; 对各种热处理状态下的合金试棒进行拉伸力学性能测试、XRD物相分析和EDS能谱分析，其中的力学性能测试在新三思CMT-5105微机控制的电子万能试验机上进行，采用匀速单向位移拉伸，拉伸速率为3mm·min^-1; 物相分析采用D/MAX-2500PC型X射线衍射仪; 显微组织和能谱分析采用TESCAN VEGA LMU型号扫描电子显微镜和OXFORD INCA型号EDS。