浅谈镁合金材料的热处理方法
摘要：镁在地壳中的含量很高， 但由于纯镁的抗拉强度和硬度很低， 所以
在生产生活中一般通过加入合金元素， 与镁形成固溶体进而提高其力学性能。
除此以外镁合金还可进行热处理， 主要包括T2、T4、T5、T6 等热处理方法，
改善合金使用性能和工艺性能、发挥材料潜力的一种有效的方法。镁合金热处理
的目的是在不同程度上改善它的力学性能， 比如抗拉强度、屈服强度、硬度、
塑性、冲击韧性和伸长率等。
镁是在自然界中分布最广的十个元素之一， 在地壳中是第八丰富的元素，
约占地球壳层质量的1.93%。其在海洋质量含量为0.13% 。镁的抗拉强度和硬
度很低。一般通过加入合金元素， 与镁形成固溶体， 或是在固溶体中加入一定
数量的过剩强化相来强化合金， 即固溶强化和第二相强化[1] 。除此加入合金
元素外还可以通过热处理来提高
镁合金的性能[2] 。热处理是改善合金使用性能和工艺性能、发挥材料潜力
的一种有效的方法。镁合金热处理的目的是在不同程度上改善它的力学性能， 比
如抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等。其热处理方法有以
下几类： T1—部分固溶加自然时效； T2 —铸后退火； T3—固溶加冷加工； T4
—固溶处理； T5—人工时效； T6—固溶处理加人工时效； T7 —固溶处理加稳
定化处理； T8 —固溶处理、冷加工加人工时效。其中最常用的为T2 、T4、T5、
T6 热处理方法。
关键词：镁合金 热处理 材料成型
一、T2 、T 4、T 5、T 6 热处理方法
1 T2 处理
又称均质化退火， 其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。减小
或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，
也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。凝固过程中模具的约束、热处理后冷却不
均匀或者淬火引起的收缩等都会导致镁合金铸件中出现残余应力。此外， 机加
工过程中也会产生残余应力， 所以在最终机加工前最好进行中间去应力退火处
理。
2 T4 处理[3]
T4即固溶处理后进行自然时效。镁合金中合金元素固溶到A—Mg 基体中
形成固溶体时， 镁合金的强度、硬度会得到提高， 称为固溶强化， 而这个过
程就称为固溶处理。加热温度越高， 镁合金中强化相和合金元素溶解得也就越
充分， 固溶处理后的力学性能也就越高。固溶过程中， 保温时间与加热温度相
互关联的，加热温度越高， 保温时间就相对越短。然而加热温度过高或者保温
时间过长， 合金基体组织就会发生粗化甚至过烧现象， 这样将导致合金的力学
性能的下降。为了获得最大的过饱和固溶度， 同时又使基体不至于过烧， 加热
温度通常只比固相线低5～10℃。
3 T5处理
T4即时效处理， 将固溶处理后的过饱和固溶体置于一定温度下， 放置一
定的时间后过饱和固溶体将会发生分解， 引起合金的强度和硬度大幅度提高，
这个过程称之为时效处理。其本质是脱溶或沉淀， 让固溶体中的溶质脱离出来，
以沉淀相析出。固溶处理后获得的都是过饱和固溶体， 有分解的趋势， 在一定
的温度下， 过饱和的溶质便会以B相脱溶出来， 弥散分布在A相基体中。能
够起钉扎作用， 对材料内部滑移、孪晶等起到阻碍作用。
4 T6处理
此种方法即是将镁合金进行固溶处理后进行人工时效。通过以上的热处理方
法可以提高镁合金的抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等性
能。
二、固溶和时效
1、固溶处理
要获得时效强化的有利条件，前提是有一个过饱和固溶体。先加热到单相固
溶体相区内的适当温度，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金
属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元
素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻
碍位错运动，从而使基体得到强化。固溶后屈服强度的增加将与加入溶质元素的
浓度成二分之一次方比。
根据Hmue-Rothery规则，如果溶剂与溶质原子的半径之差超过14%～15%，
该种溶剂在此种溶质中的固溶度不会很大。而Mg的原子直径为3.2nm，则Li，
Al，Ti， Cr，Zn，Ge，Yt，Zr，Nb，Mo，Pd，Ti，Pb，Bi等元素可能在Mg
中会有显著的固溶度。另外，若给定元素与Mg的负电性相差很大，例如当Gordy
定义的负电性值相差0.4以上（即∣xMg-x∣>0.4）时，也不可能有显著的固溶
度。因为此时Mg和该元素易形成稳定的化合物，而非固溶体。
2、人工时效
沉淀强化是镁合金强化（尤指室温强度）的一个重要机制。在合金中，当合
金元素的固溶度随着温度的下降而减少时，便可能产生时效强化。将具有这种特
征的合金在高温下进行固溶处理，得到不稳定的过饱和固溶体，然后在较低的温
度下进行时效处理，即可产生弥散的沉淀相。滑动位错与沉淀相相互作用，使屈
服强度提高，镁合金得到强化：
Tyield=（2aGb）/L+τa （1）
式中Tyield为沉淀强化合金的屈服强度；τa为没有沉淀的基体的屈服强度；
（2aGb/L）为在沉淀之间弯出位错所需的应力。
由于具有较低的扩散激活能，绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能
在室温下长期保持淬火状态。部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理
而是直接进行人工时效。这种工艺很简单，可以消除工件的应力，略微提高其抗
拉强度。对Mg-Zn系合金就常在热变形后直接人工时效以获得时效强化效果，
即可获得T5状态加工产品。
参考文献：
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