食品机械用镁合金挤压薄壁件的脉冲电流辅助热处理工艺研究

 武  同，韩冬瑞

 （河南职业技术学院，河南郑州450046）

摘要：采用不同工艺参数对食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件进行脉冲电流辅助热处理，并进行了显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的测试与对比分析。结果表明，在脉冲电流优选为1100 A的情况下，该合金薄壁件中Mg17Al12相呈弥散的颗粒状分布，显著提高合金的力学性能和耐腐蚀性能；与常规热处理相比，该热处理工艺可使合金的抗拉强度增加6l N／mm2、屈服强度增加65 N/mm2、断后伸长率增加4.1%、腐蚀电位正移138 mV、腐蚀电流密度减小14. 9%。

关键词：脉冲电流辅助热处理；食品机械用薄壁件；镁合金；耐腐蚀性能；力学性能

中图分类号：TG166.4 文章编号：1007 - 7235( 2016) 04 - 0033  - 06

镁合金因其密度小、阻尼减震性佳、可回收性好、电磁屏蔽性好等特性，在航空航天、国防军工、轨道交通、体育器材、食品机械等领域有巨大的应用前景。但是镁合金的耐腐蚀性能较差，绝对强度偏低，限制了镁合金的大规模应用。为此，在镁合金的合金化、热处理工艺、加工方法、表面改性等方面进行了广泛研究，也取得了较多应用成果。随着食品机械用镁合金薄壁件性能要求的进一步提高，现有的热处理工艺难以满足市场期望。脉冲电流辅助热处理是一种新型的复合热处理工艺，在材料组织均匀化、细化晶粒、减小元素偏析、提高材料综合性能方面具有良好的作用。为此，笔者采用不同的工艺参数，对食品机械用AZ80镁合金薄壁件进行了脉冲电流辅助退火热处理试验研究，对其进行了显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的测试与分析，寻找出脉冲电流辅助退火热处理的较佳工艺。

1  试验材料与方法

 试验材料为食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件。挤压温度为(395 +5)℃，挤压速度为600 mm/min、挤压比为8：1。材料尺寸为500 mm x100 mm×3 mm。AZ80镁合金的化学成分（质量分数／%）为：8. 3278A1、0.48372n、0.026Mn、0.0024Cu、0.0005Ni、0. 0012 Fe、0.024 Si、0.0006Be、余量Mg。试验退火热处理工艺如表1所示。常规热处理在QllF-16C型

热处理炉中进行，脉冲电流辅助热处理在自制的脉冲电流热处理炉中进行。

 热处理后AZ80镁合金试样的显微组织观察用PG18型金相显微镜和EV018型扫描电子显微镜。力学性能采用WE-1000B型万能试验机测试，并用EV018型扫描电子显微镜观察拉伸断口形貌。耐腐蚀性能采用三电极体系、在Reference 3000型电化学工作站上进行测试，测试温度为室温、电解液为w( Na Cl)=5%的氯化钠溶液、扫描速度为0.002V/s，并用PG18型金相显微镜观察试样的表面腐蚀情况。

2试验结果及讨论

2.1显微组织

 采用不同脉冲电流参数辅助热处理食品机械用挤压AZ80镁合金薄壁件试样(2#~4#)，其金相组织( OM)照片和扫描电子显微镜(SEM)照片分别如图1、2所示。从图中可以看出，随脉冲电流从600 A增加至1 600 A，试样的平均晶粒尺寸先减小后增大。当脉冲电流为600 A时，试样中Mg17 Al12相呈网状结构和颗粒状两种状态分布；当脉冲电流增至1100 A时，试样中Mg17Al12相呈弥散的颗粒状分布；当脉冲电流进一步增至1 600 A时，试样中的颗粒状Mg17 Al12相尺寸明显长大。

2.2力学性能

 采用常规热处理的挤压AZ80镁合金l#试样以及不同脉冲电流参数辅助热处理的2#~4#试样室温力学性能测试结果如图3所示。从图3可以看出，与常规热处理相比，脉冲电流辅助热处理试样的各项力学性能指标均得到提高；但是不同脉冲电流参数辅助热处理对力学性能指标的提高幅度也不同；脉冲电流为1100 A的3#试样的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均最高。与常规热处理1#试样相比，脉冲电流1100 A辅助热处理3#试样的抗拉强度从347 N/mm2增加至408 N／mm2，增加了61 N/mm2；屈服强度从232 N/mm2增加至297 N/mm2，

增加了65 N/mm2；断后伸长率从6. 3%增加至10.4%，增加了4.1%。图4是常规热处理1#试样和脉冲电流1100 A辅助热处理3#试样的室温拉伸断口SEM照片。从图4可以看出，常规热处理试样的室温拉伸断口中有大量的韧窝，也有大量的解理台阶，表现出明显的混合断裂特征；而脉冲电流1100 A辅助热处理3#试样的室温拉伸断口中无明显的解理台阶，有大量的韧窝和少量的撕裂棱，表现出明显的韧性断裂特征。由此可见，适当的脉冲电流参数辅助热处理可使食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件的断裂方式由混合断裂变为韧性断裂，提

高食品机械用AZ80镁合金薄壁件的力学性能。

2.3耐腐蚀性能

 采用常规热处理的AZ80镁合金1#试样以及不同脉冲电流参数辅助热处理的2#~4#试样，在w( NaCl) =5%氯化钠溶液中的电化学腐蚀试验结果如图5所示。从图5可以看出，与常规热处理相比，脉冲电流辅助热处理试样的腐蚀电位正移，腐蚀电流密度减小；脉冲电流为1100 A的3#试样的腐蚀电位最正、腐蚀电流密度最小，其中腐蚀电位从-1.532 V正移至-1. 394 V，正移了138 mV；腐蚀电流密度从36. 74 μA／cm2减小至31. 25μA/cm2，减小了14. 9%0材料的腐蚀电位越正、腐蚀电流密度越小，材料的耐腐蚀性能越好；相反地，材料的腐蚀电

位越负、腐蚀电流密度越大，材料的耐腐蚀性能越差。因此，可以认为与常规热处理相比，脉冲电流辅助热处理显著提高了食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件的耐腐蚀性能。图6是常规热处理1#试样和脉冲电流1100 A辅助热处理3#试样在电化学腐蚀试验后的表面形貌照片。从图6可以看出，采用常规热处理1#试样在电化学腐蚀试验后表面发生了严重的腐蚀，可以清晰地看到较大的腐蚀孔洞；而脉冲电流1100 A辅助热处理3#试样在电化学腐蚀试验

后表面腐蚀程度较轻，只在局部发生了孔蚀，且孔蚀深度较浅，无明显的孔洞，其耐腐蚀性能明显优于常规热处理试样的。这与腐蚀电位和腐蚀电流密度试验的结果一致。

2.4讨论与分析

 与常规热处理相比，脉冲电流辅助热处理有助于显著提高食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件的力学性能和耐腐蚀性能。一方面，在热处理过程中引入脉冲电流，对合金内部成分不均匀的区域以及不同物相之间的电阻率，因脉冲电流的引入会存在较大差异，在其界面附近产生附加热量，从而使局部界面附近的温度升高较多，为微区合金元素的扩散提供能量，改善组织均匀性，并细化合金组织；另一方面，在热处理过程中添加脉冲电流，使合金形变

过程中的电致塑性效应给予金属内部原子更多的能量，加快原子振动能量，并促使网状Mg17 Al12相裂解成颗粒状，并在脉冲电流激发的附加热量作用下呈弥散分布，从而改善合金的力学性能和耐腐蚀性能。在脉冲电流辅助热处理过程中，如果脉冲电流过小，难以发挥脉冲电流的辅助作用；如果脉冲电流过大，会为合金内部界面附近产生过大的附加热量，多余的热量将使合金晶粒长大，并产生一定热应力，反而降低合金的力学性能和耐腐蚀性能。因此，

为了充分发挥脉冲电流辅助热处理的作用，显著提高食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件的力学性能和耐腐蚀性能，脉冲电流优选为1100 A。

3  结  论

 采用不同的工艺参数对食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件试样进行了脉冲电流辅助热处理，并进行了显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的测试与分析，得到如下主要结论：

 1)为了提高食品机械用AZ80镁合金挤压薄壁件的力学性能和耐腐蚀性能，脉冲电流辅助热处理的脉冲电流优选为1100 A，合金中Mg17 Al12相呈弥散的颗粒状分布。

 2)与常规热处理相比，1100 A脉冲电流辅助热处理可使该合金挤压薄壁件的抗拉强度增加61N／mm2、屈服强度增加65 N／mm2、断后伸长率增加4.1%、腐蚀电位正移138 mV、腐蚀电流密度减小14. 9%，使力学性能和耐腐蚀性能显著提高。