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鎂合金片材的制造方法以及鎂合金片材的制作方法

文檔序號(hào):3416991閱讀:294來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:鎂合金片材的制造方法以及鎂合金片材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鎂合金片材的制造方法以及通過該方法制成的鎂合金片材。特別是,本發(fā)明涉及鎂合金片材的制造方法,其能夠制造具有優(yōu)異的沖壓加工性(press workability)的鎂合金片材。
背景技術(shù)
鎂合金是低密度金屬并且具有高強(qiáng)度和高剛性,因而作為輕型的結(jié)構(gòu)材料而受到關(guān)注。特別是,經(jīng)延展的材料在機(jī)械性能如強(qiáng)度和韌性上優(yōu)異,因而期望在今后得到普及。通過改變所添加的金屬元素的種類和用量而改變鎂合金的特性。特別是,鋁含量高的合金(例如,基于ASTM規(guī)格的AZ91)具有高的耐腐蝕性和高強(qiáng)度,作為延展材料需求旺盛。然而,鎂合金由于其六方密集晶體結(jié)構(gòu)而在室溫下塑性加工性低,因而在200℃-300℃的高片材溫度下進(jìn)行片材的沖壓加工。由此,希望開發(fā)在盡可能低的溫度下能夠穩(wěn)定加工的鎂合金片材。
在制造鎂合金片材中,可以使用多種方法。然而,例如模鑄(die casting)和觸融模制(thixomolding)難以制造薄的合金片材以及存在以下問題通過將坯段(billet)的擠出材料壓延而制成的鎂合金片材中產(chǎn)生許多晶體,增大晶體粒度或使片材表面粗糙。特別是,在Al含量高的鎂合金中,鑄造時(shí)容易出現(xiàn)晶體或偏析(segregation),因而存在下列問題即使在鑄造后的熱處理步驟和壓延步驟之后,也在最終的合金片材中留下晶體或偏析物質(zhì),由此在沖壓加工過程中造成破裂的起始點(diǎn)。
在常規(guī)已知的鎂合金片材制造方法的典型實(shí)例中,將鎂合金坯料(blank)預(yù)加熱至300℃以上,然后用室溫下的壓延軋輥壓延,重復(fù)該加熱和壓延過程。
另外,作為用于制造為提高塑性加工性而包含微晶體顆粒的鎂合金片材的技術(shù),已知專利文獻(xiàn)1中披露的方法。該方法包括用表面溫度為80℃-230℃的壓延軋輥(reduction roll)壓延表面溫度為250℃-350℃的鎂合金坯料。
其他已知的用于提高鎂合金片材塑性加工性的技術(shù)公開于專利文獻(xiàn)2-5中。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利申請(qǐng)公開No.2005-2378專利文獻(xiàn)2日本未審專利申請(qǐng)公開No.2003-27173專利文獻(xiàn)3日本未審專利申請(qǐng)公開No.2005-29871專利文獻(xiàn)4日本未審專利申請(qǐng)公開No.2001-294966專利文獻(xiàn)5日本未審專利申請(qǐng)公開No.2004-346351發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將要解決的問題然而,重復(fù)300℃以上下預(yù)加熱坯料和用室溫下的壓延軋輥壓延方法使預(yù)加熱中的鎂合金的晶體顆粒粗大化,從而使所得的鎂合金片材的塑性加工性劣化。
另一方面,在專利文獻(xiàn)1的方法中,對(duì)表面溫度為250℃-350℃的鎂合金片材進(jìn)行壓延,在該條件下的多個(gè)壓延道次(pass)消除在最后壓延道次中的合金片材中產(chǎn)生的加工應(yīng)變(working strain)。因此,在最終厚度下的片材中沒有積累加工應(yīng)變,而且在一些情況下沒有充分使鎂合金片材的晶體顆粒細(xì)微。結(jié)果,無(wú)法充分提高所得鎂合金片材的塑性加工性。
專利文獻(xiàn)2披露了含有AZ91的鎂合金薄片材的制造方法。然而,該文獻(xiàn)沒有說(shuō)明鎂合金薄片材的機(jī)械強(qiáng)度的具體特性值和沖壓成形性。
專利文獻(xiàn)3披露了AZ91合金片材。專利文獻(xiàn)3還披露了抗拉試驗(yàn)的實(shí)例,其中在包括300℃和應(yīng)變速率0.01(s-1)的條件下顯示出超塑性(superplasticity)以及記錄有200%的拉伸率。然而,該文獻(xiàn)沒有具體說(shuō)明在片材的實(shí)際沖壓成形溫度(250℃以下)時(shí)的塑性加工性和抗拉性能,也沒有描述沖壓成形的實(shí)例。
專利文獻(xiàn)4和5也沒有披露抗拉性能的具體值。
此外,上述引用的文獻(xiàn)1-5沒有披露,減少鑄造時(shí)在鎂合金中產(chǎn)生的晶體和偏析量以提高塑性加工性、特別是沖壓加工性。
因此,本發(fā)明的目的在于提供鎂合金片材的制造方法,其能夠制成具有優(yōu)異塑性加工性如沖壓加工性的鎂合金片材。
本發(fā)明的另一目的在于提供具有優(yōu)異的塑性加工性如沖壓加工性的鎂合金片材。
本發(fā)明的另一目的在于采用雙輥鑄造原料提供具有高強(qiáng)度和拉伸率以及優(yōu)異沖壓加工性的鎂合金片材。
解決問題的方式本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法包括用壓延軋輥壓延鎂合金坯料。所述壓延包括在下列條件(1)和(2)中進(jìn)行的受控壓延(controlled rolling),其中M(質(zhì)量%)是構(gòu)成所述坯料的鎂合金中的鋁含量。
(1)即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的鎂合金坯料的表面溫度Tb(℃)滿足下式8.33×M+135≤Tb≤8.33×M+165其中1.0≤M≤10.0。
(2)壓延軋輥的表面溫度Tr是150℃-180℃。
當(dāng)如上規(guī)定壓延軋輥溫度Tr和坯料表面溫度Tb時(shí),可以在不會(huì)導(dǎo)致鎂合金的晶體顆粒再結(jié)晶的范圍內(nèi)進(jìn)行壓延。從而,可以抑制合金晶體顆粒的粗大化,而且可以進(jìn)行壓延同時(shí)防止坯料表面中出現(xiàn)裂紋。
本發(fā)明的鎂合金片材通過本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法制成。
由本發(fā)明方法制造的鎂合金片材具有高的塑性加工性以及能夠有效減少加工過程中裂紋的出現(xiàn)。
以下更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
(本發(fā)明方法的要點(diǎn))本發(fā)明的方法用于壓延鎂坯料以制造具有預(yù)定厚度的鎂合金片材。在該方法中,典型地,鑄造后的坯料在與受控壓延的條件不同的條件下進(jìn)行粗軋,然后在上述受控條件下精軋(finish-rolled)。換句話說(shuō),本發(fā)明的方法不僅適用于鑄造之后在壓延步驟的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行的受控壓延,而且適用于在該范圍的一部分中進(jìn)行的受控壓延。
(壓延軋輥的表面溫度Tr)壓延軋輥的表面溫度Tr是150℃-180℃。在低于150℃的表面溫度下,當(dāng)提高每道次的壓延減量(rolling reduction)時(shí),坯料壓延過程中在與坯料移動(dòng)方向垂直的方向上可能出現(xiàn)細(xì)微鱷紋(crocodiling)。另一方面,在高于180℃的溫度下,在先前的壓延中積累的坯料的應(yīng)變通過合金晶體顆粒的再結(jié)晶而消除,由此減小加工應(yīng)變的量以及導(dǎo)致難以使晶體顆粒變細(xì)。
可以通過在壓延軋輥中設(shè)置加熱元件如加熱器的方法或者將熱空氣噴射至壓延軋輥表面上的方法來(lái)控制壓延軋輥的表面溫度。
(坯料的表面溫度Tb)即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的鎂合金坯料的表面溫度Tb(℃)滿足下式8.33×M+135≤Tb≤8.33×M+165其中1.0≤M≤10.0。
換句話說(shuō),表面溫度Tb的下限是約140℃,而上限是約248℃。溫度Tb取決于鎂合金中的Al含量M(質(zhì)量%)。具體地,對(duì)于ASTM規(guī)格AZ31,溫度Tb可以設(shè)定至約160℃-190℃,而對(duì)于AZ91,溫度Tb可以設(shè)定至約210℃-247℃。在低于各組成下限的溫度時(shí),如同在較低表面溫度下的壓延軋輥中那樣,在垂直于坯料移動(dòng)方向的方向上可能出現(xiàn)細(xì)微鱷紋。而在高于各組成上限的溫度下,壓延加工過程中在先前的壓延中積累的坯料的應(yīng)變通過合金晶體顆粒的再結(jié)晶而消除,由此減小加工應(yīng)變的量以及導(dǎo)致難以使晶體顆粒變細(xì)。
即使當(dāng)坯料的表面溫度Tb落在上述規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí),例如在壓延軋輥表面處于室溫的情況下,坯料的表面溫度在與軋輥接觸時(shí)也會(huì)降低,由此在坯料表面產(chǎn)生裂紋。通過不僅規(guī)定壓延軋輥的表面溫度而且規(guī)定坯料的表面溫度,可以有效抑制裂紋的出現(xiàn)。
(受控壓延的壓延減量)受控壓延的總壓延減量?jī)?yōu)選是10%-75%??倝貉訙p量如下表示(受控壓延前的片材厚度-受控壓延后的片材厚度)/(受控壓延前的厚度)×100。當(dāng)總壓延減量少于10%時(shí),加工對(duì)象的加工應(yīng)變減少,而且使晶體顆粒變細(xì)的效果降低。相反地,當(dāng)總壓延減量超過75%時(shí),靠近加工對(duì)象表面的加工應(yīng)變?cè)黾?,因而可能出現(xiàn)破裂。例如,當(dāng)片材的最終厚度是0.5mm時(shí),可以對(duì)厚度為0.56-2.0mm的片材進(jìn)行受控壓延。更優(yōu)選地,受控壓延的總壓延減量是20%-50%。
此外,受控壓延每道次的壓延減量(每道次的平均壓延減量)優(yōu)選是約5%-20%。當(dāng)每道次的壓延減量過低時(shí),有效壓延困難,而當(dāng)每道次的壓延減量過高時(shí),在壓延對(duì)象中容易產(chǎn)生缺陷如裂紋。
(其他壓延條件)
進(jìn)行多個(gè)上述的受控壓延道次。在該多個(gè)道次中,至少一個(gè)道次優(yōu)選在與其他道次的壓延方向相反的方向上進(jìn)行。與在同一方向上多個(gè)壓延道次相比,通過在相反方向上壓延,容易均勻地將加工應(yīng)變引入至加工對(duì)象中。因此,通??梢允乖谑芸貕貉雍筮M(jìn)行的最終熱處理之后的晶體粒度的變化減小。
另外,如上所述,坯料的壓延通常包括粗軋(rough rolling)和精軋(finishrolling)。在這種情況下,至少該精軋優(yōu)選是受控壓延??紤]到塑性加工性的進(jìn)一步提高,優(yōu)選在壓延步驟的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行受控壓延。然而,精軋優(yōu)選是受控壓延,因?yàn)榫堅(jiān)谝种谱罱K得到的鎂合金片材晶體顆粒的粗大化方面是最相關(guān)的。
換句話說(shuō),除精軋以外的粗軋受到受控壓延的壓延條件限制。特別是,對(duì)待進(jìn)行粗軋的坯料的表面溫度沒有特別限制??梢钥刂拼M(jìn)行粗軋的坯料的表面溫度和壓延減量,從而選擇使合金片材的晶體粒度盡可能多地減小的條件。例如,當(dāng)壓延前的坯料厚度以及最終片材的厚度分別為4.0mm和0.5mm時(shí),可以將坯料粗軋至0.56mm-2.0mm的厚度然后進(jìn)行精軋。
特別是,在將壓延軋輥的表面溫度設(shè)定成180℃以上并且提高每道次的壓延減量的粗軋條件下,預(yù)期粗軋的加工效率得到提高。在這種情況下,例如每道次的壓延減量?jī)?yōu)選是20%-40%。然而,即使當(dāng)壓延軋輥的表面溫度是180℃以上時(shí),為了抑制合金晶體顆粒的再結(jié)晶,該表面溫度優(yōu)選是250℃以下。
另外,在粗軋步驟中,優(yōu)選地,即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的坯料的表面溫度Tb是300℃以上,以及壓延軋輥的表面溫度Tr是180℃以上。在這種情況下,粗軋之后的片材具有改善的表面狀態(tài),而沒有邊緣裂紋。當(dāng)坯料表面溫度和軋輥表面溫度分別是300℃以下以及低于180℃時(shí),無(wú)法提高壓延減量,由此降低粗軋步驟的加工效率。盡管沒有特別限制坯料表面溫度的上限,在較高的表面溫度下可能使粗軋之后片材的表面狀態(tài)劣化。因此,該表面溫度優(yōu)選是400℃以下。盡管沒有特別限制粗軋用軋輥的表面溫度的上限,但是在較高溫度下軋輥本身可能因熱疲勞(thermal fatigue)而受損。因此,軋輥的表面溫度優(yōu)選是300℃以下。
當(dāng)上述溫度范圍內(nèi)的粗軋的每道次壓延減量是20%-40%時(shí),可以合意地使粗軋后精軋過的鎂合金片材的粒度變化減小。當(dāng)粗軋的每道次壓延減量少于20%時(shí),減小壓延后粒度變化的效果降低,而當(dāng)壓延減量超過40%時(shí),壓延過程中在鎂合金片材的邊緣出現(xiàn)邊緣裂紋(edge crack)。壓延減量在該范圍內(nèi)的壓延的道次數(shù)量(道次數(shù))優(yōu)選至少是2,因?yàn)?個(gè)道次顯示出低效率。
此外,在鑄造坯料的壓延(初始的粗軋)中,優(yōu)選提高坯料溫度以及在上述壓延減量范圍內(nèi)提高壓延減量以便在即將精軋前的粗軋中坯料溫度是約300℃以及壓延減量是約20%。
在上述條件下的粗軋可以提高通過在粗軋之后的精軋得到的鎂合金片材的塑性加工性。具體地,可以改善合金片材的表面狀態(tài),抑制邊緣裂紋的出現(xiàn),和減小合金片材晶體粒度的變化。另外,可以減少鎂合金片材中的偏析量。
(坯料)用于本發(fā)明的壓延中的坯料可以由含Al的鎂合金組成,而其他成分沒有特別限制。例如,可以優(yōu)選使用多種材料,如ASTM規(guī)格AZ、AM和AS合金。
制造鎂合金坯料的方法沒有特別限制。例如,可以使用通過鑄錠法(ingot casting method)、擠出法或雙輥鑄造法制成的坯料。
在制造坯料的鑄錠法中,例如,鑄造厚度約150mm-300mm的鑄錠,在切削該鑄錠表面之后將鑄錠熱軋。鑄錠法適于大規(guī)模生產(chǎn)并且能夠以低成本制造坯料。
在制造坯料的擠出法中,例如,鑄造直徑約300mm的坯段,將所得的坯段再加熱然后擠壓。擠出法包括在擠壓過程中強(qiáng)烈壓縮坯段,并且因此能夠?qū)⑴鞫沃械木w壓碎至一定程度,該晶體在隨后的坯料壓延和壓延材料的塑性加工過程中容易造成破裂的起始點(diǎn)。
在制造坯料的雙輥鑄造法中,從圓周表面彼此相對(duì)的一對(duì)輥之間的入口提供熔體,并從出口將固化的坯料作為薄片材送出。
在通過這三種方法制成的坯料中,優(yōu)選使用通過雙輥鑄造法制成的坯料。雙輥鑄造法采用雙輥能夠快速固化,因而在所得的坯料中造成很少的內(nèi)部缺陷如氧化物和偏析。特別是,在制成最終厚度為1.2mm以下的壓延片材之后,可以消除會(huì)不利地影響隨后的塑性加工如沖壓加工的缺陷。更特別地,在壓延片材中不會(huì)留下直徑10μm以上的晶體。另外,不管合金組成如AZ31或AZ91都可以得到晶體含量少的坯料。此外,用難以加工的材料可以得到薄的片材,因而可以使隨后的坯料壓延步驟的數(shù)目減少以降低成本。
(其他加工條件)至于其他加工條件,需要的話,可以在壓延之前進(jìn)行坯料的溶體處理(solution treatment)。溶體處理的條件例如包括380℃-420℃和約60分鐘-600分鐘,以及優(yōu)選390℃-410℃和約360分鐘-600分鐘。該溶體處理能夠減少偏析。特別是,優(yōu)選使對(duì)應(yīng)于AZ91的Al含量高的鎂合金長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行溶體處理。
需要的話,可以在壓延步驟(其可以不是受控壓延)中進(jìn)行應(yīng)變消除退火(strain relief annealing)。優(yōu)選在壓延步驟一部分中的道次之間進(jìn)行應(yīng)變消除退火。考慮到在鎂合金片材中累積的應(yīng)變的量,可以適當(dāng)?shù)剡x擇在壓延步驟中進(jìn)行應(yīng)變消除處理的階段以及應(yīng)變消除處理的次數(shù)。應(yīng)變消除處理容許在隨后的道次中進(jìn)行平滑壓延。應(yīng)變消除處理?xiàng)l件例如包括250℃-350℃和約20分鐘-60分鐘。
此外,優(yōu)選使整個(gè)壓延加工后的壓延材料最終退火。由于精軋后的鎂合金片材的晶體結(jié)構(gòu)包含充分累積的加工應(yīng)變,在最終退火中出現(xiàn)細(xì)微的再結(jié)晶。也就是,即使進(jìn)行了最終退火以消除應(yīng)變的合金片材也具有細(xì)微的再結(jié)晶結(jié)構(gòu),因而保持在高強(qiáng)度狀態(tài)。此外,當(dāng)使合金片材的結(jié)構(gòu)預(yù)先再結(jié)晶時(shí),在約250℃的溫度下塑性加工之后,在合金片材的結(jié)構(gòu)中不會(huì)出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)上的大變化如晶體顆粒的粗大化。因此,在最終退火后的鎂合金中,由于塑性加工而塑性變形的部分能夠通過加工硬化而使強(qiáng)度得到強(qiáng)度,并且沒有塑性變形的部分能夠保持在加工前的強(qiáng)度。最終退火條件包括200℃-350℃以及約10分鐘-60分鐘。具體地,當(dāng)鎂合金中的鋁含量和鋅含量分別是2.5-3.5%和0.5-1.5%時(shí),最終退火優(yōu)選在220℃-260℃下進(jìn)行10分鐘-30分鐘。當(dāng)鎂合金中的鋁含量和鋅含量分別是8.5-10.0%和0.5-1.5%時(shí),最終退火優(yōu)選在300℃-340℃下進(jìn)行10分鐘-30分鐘。
(中心線偏析)在由雙輥鑄造材料制成的片材中,鑄造過程中在厚度方向的中心部分出現(xiàn)偏析。在含Al的鎂合金中,偏析物質(zhì)是主要由組成Mg17Al12組成的金屬間化合物,并且鎂合金中的雜質(zhì)含量越高,越多偏析出現(xiàn)。例如,在ASTM規(guī)格AZ合金中,Al含量為約9質(zhì)量%的AZ91中偏析量大于Al含量約3質(zhì)量%的AZ31的偏析量。即使在產(chǎn)生較多偏析的AZ91中,通過在上述粗軋步驟和精軋之前的適當(dāng)條件下的溶體處理也可以將在鎂合金片材的厚度方向上偏析的長(zhǎng)度分散至20μm以下。措辭“將偏析分散”指的是將線性偏析在厚度方向和長(zhǎng)度方向上分開。在沖壓加工中不會(huì)造成問題的厚度方向上偏析長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)是20μm以下。因此,優(yōu)選使厚度方向上偏析的長(zhǎng)度進(jìn)一步減小以少于20μm,因而推測(cè)強(qiáng)度性能通過將偏析的最大長(zhǎng)度分散至比母材的晶體粒度更小的長(zhǎng)度而得以提高。
(鎂合金片材的機(jī)械性能)在制造鎂合金片材的過程中,當(dāng)在壓延步驟中累積應(yīng)變并且沒有通過熱處理除去時(shí),可以容易地將抗拉強(qiáng)度控制到360MPa。然而,在這種情況下,難以將合金片材的拉伸率控制為10%以上。具體地,當(dāng)室溫下的斷裂拉伸率小于15%時(shí),塑性加工性低,而且在低至250℃以下的溫度時(shí)的沖壓成形中出現(xiàn)損傷如裂紋或缺陷。另一方面,當(dāng)室溫下鎂合金片材的斷裂拉伸率是15%以上時(shí),該合金片材在250℃的斷裂拉伸率是100%以上,以及在沖壓成形中基本上沒有損傷如表面裂紋或缺陷出現(xiàn)在鎂合金片材中。本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法有效制造具有上述機(jī)械性能的鎂合金片材。特別是,即使通過使用8.5-l0.0質(zhì)量%的高鋁含量M的鎂合金片材(其進(jìn)一步具有0.5-1.5質(zhì)量%的鋅含量),也可以制成室溫下抗拉強(qiáng)度為360MPa以上、屈服強(qiáng)度為270MPa以上以及斷裂拉伸率為15%以上的鎂合金片材。本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法可以制成屈強(qiáng)比75%以上的鎂合金片材。
優(yōu)選在塑性加工時(shí)合金片材結(jié)構(gòu)中的再結(jié)晶不會(huì)明顯改變?cè)摵辖鹌臋C(jī)械性能的溫度范圍內(nèi)塑性加工鎂合金片材。例如,含有1.0-10.0質(zhì)量%Al的鎂合金片材優(yōu)選在約250℃以下的溫度下塑性加工。在本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法中,可以制成鋁含量M為8.5-10.0質(zhì)量%和鋅含量0.5-1.5質(zhì)量%的鎂合金片材以具有200℃時(shí)120MPa以上的抗拉強(qiáng)度和80%以上的斷裂拉伸率以及250℃時(shí)90MPa以上的抗拉強(qiáng)度和100%以上的斷裂拉伸率。因此,該方法適于塑性加工,特別是高變形如沖壓成形。此外,在本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法中,可以制成對(duì)應(yīng)于AZ31的鎂合金片材以具有60MPa以上的抗拉強(qiáng)度和250℃時(shí)120%以上的斷裂拉伸率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如上所述,本發(fā)明的方法顯示下列優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明的方法中,規(guī)定壓延中的坯料溫度和壓延軋輥的溫度以使得可以在不會(huì)造成所用的鎂合金的晶體顆粒再結(jié)晶的范圍內(nèi)進(jìn)行壓延。因而可以抑制合金晶體顆粒的粗大化以及容許在所用坯料表面造成很少破裂的壓延。另外,可以減少在坯料中心部分的偏析量以及使晶體顆粒的粒度變化減小。
特別是,當(dāng)壓延由雙輥鑄造法制成的坯料時(shí),充當(dāng)破裂起始點(diǎn)的晶體很少出現(xiàn),由此不會(huì)產(chǎn)生裂紋或者容許基本上不會(huì)造成破裂的塑性加工。
本發(fā)明的鎂合金片材具有下列特性本發(fā)明的鎂合金片材由于其由細(xì)微的晶體顆粒組成而具有非常優(yōu)異的塑性加工性。
本發(fā)明的鎂合金片材同時(shí)滿足360MPa以上的抗拉強(qiáng)度、270MPa以上的屈服強(qiáng)度和15%以上的斷裂拉伸率,因而即使在沖壓成形中也不會(huì)產(chǎn)生問題。
具體實(shí)施例方式
以下將描述本發(fā)明的實(shí)施方式。
(試驗(yàn)例1)通過雙輥連續(xù)鑄造法制造厚度4mm以及組成對(duì)應(yīng)于含Mg、3.0%Al和1.0%Zn(質(zhì)量%)的AZ31的鎂合金坯料。將坯料粗軋成厚度1mm以制備平均晶體粒度為6.5μm的粗軋片材。粗軋通過將坯料預(yù)加熱至250℃-350℃然后用室溫下的壓延軋輥壓延該坯料而進(jìn)行。平均晶體粒度通過JIS G0551中所述的計(jì)算式確定。接著,將粗軋片材在不同條件下精軋至0.5mm厚度。精軋片材各自最終在250℃熱處理30分鐘,從各個(gè)熱處理后的材料上切下直徑92mm的圓板并用作評(píng)價(jià)試樣。
接著,對(duì)各個(gè)試樣的觀察表面進(jìn)行拋光(鉆石磨料顆粒#200)然后蝕刻以在放大倍數(shù)400×的光學(xué)顯微鏡的視野中觀察結(jié)構(gòu)并測(cè)量平均晶體粒度。
此外,用圓柱形沖壓機(jī)(cylindrical punch)和具有與沖壓機(jī)契合的圓筒孔的沖模在以下條件下拉伸各個(gè)試樣模具設(shè)定溫度200℃沖壓機(jī)直徑40.0mm(尖端RRp=4mm)
??字睆?2.5mm(肩部RRd=4mm)間隙(Clearance)1.25mm成型速率2.0mm/min拉伸比2.3這里,Rp是在沖壓機(jī)尖端的縱斷面內(nèi)構(gòu)成沖壓機(jī)外圓周的曲線的半徑,而Rd是在沖模的縱斷面內(nèi)構(gòu)成模孔開口的曲線的半徑。拉伸比定義為(試樣直徑/沖壓機(jī)直徑)。
精軋條件和測(cè)試結(jié)果列于表I中。在該表中,各項(xiàng)含義如下片材溫度即將精軋前的坯料的表面溫度。
軋輥溫度精軋用壓延軋輥的表面溫度。
壓延方向“不變”指的是所有的壓延道次在同一方向上進(jìn)行,而“R”意味著在每一壓延道次中反轉(zhuǎn)壓延方向。
平均每道次壓延減量(average rolling reduction per pass)總壓延減量(50%)/從厚度1mm至厚度0.5mm的壓延次數(shù)。
片材表面狀態(tài)符號(hào)“A”意味著在壓延材料中沒有出現(xiàn)裂紋或皺褶;符號(hào)“B”,出現(xiàn)少許鱷紋;而符號(hào)“C”,出現(xiàn)裂紋。
邊緣裂紋符號(hào)“A”意味著在壓延材料的邊緣沒有出現(xiàn)裂紋;符號(hào)“B”,僅出現(xiàn)少許裂紋;而符號(hào)“C”,出現(xiàn)裂紋。
可拉伸性符號(hào)“A”意味著在制品的角上沒有出現(xiàn)裂紋;符號(hào)“B”,出現(xiàn)皺褶但沒有裂紋;而符號(hào)“C”,出現(xiàn)裂紋或破裂。


壓延方向“R”指的是相反的壓延方向。
該表顯示在本發(fā)明規(guī)定的受控壓延條件下精軋的所有試樣具有小的平均粒度,在表面上既沒有邊緣裂紋也沒有細(xì)裂縫,以及具有優(yōu)異的可拉伸性。本發(fā)明試樣中的晶體具有5μm以下的尺寸。
(試驗(yàn)例2)接著,制成與試驗(yàn)例1中相同的厚度4mm的坯料然后粗軋至預(yù)定厚度以制造具有不同厚度的粗軋片材。粗軋通過將坯料在250℃-350℃下預(yù)加熱然后用室溫下的壓延軋輥壓延該坯料而進(jìn)行。各個(gè)粗軋片材用不同的總壓延減量精軋至0.5mm的最終片材厚度以制造精軋片材。精軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將精軋前的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是160℃-190℃,而精軋壓延軋輥的表面溫度控制在150℃-180℃的范圍內(nèi)。接著,通過與試驗(yàn)例1中相同的方法將各個(gè)精軋材料在250℃下熱處理30分鐘以形成評(píng)價(jià)用試樣。
對(duì)于這些試樣,通過與試驗(yàn)例1中相同的方法來(lái)進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)、邊緣裂紋的評(píng)價(jià)以及這些評(píng)價(jià)結(jié)果的綜合評(píng)定。精軋的每道次壓延減量和總壓延減量以及評(píng)價(jià)結(jié)果示于表II中。在該表中,術(shù)語(yǔ)“片材表面狀態(tài)”和“邊緣裂紋”含義與試驗(yàn)例1中相同。術(shù)語(yǔ)“總壓延減量”指的是從粗軋材料的厚度到最終片材厚度精軋的總壓延減量,即在160℃-190℃的片材表面溫度下壓延的總壓延減量。然而,No.2-1中所示的括號(hào)中的數(shù)值表明粗軋片材在220℃的片材表面溫度下精軋。


該表說(shuō)明總壓延減量為10%-75%的試樣在綜合評(píng)定中顯示優(yōu)異的結(jié)果。
(試驗(yàn)例3-1)通過雙輥連續(xù)鑄造法制造厚度4mm以及組成對(duì)應(yīng)于含Mg、9.0%Al和1.0%/Zn(質(zhì)量%)的AZ91的鎂合金坯料。將坯料粗軋至1mm的預(yù)定厚度以制備平均晶體粒度為6.8μm的粗軋片材。粗軋通過將坯料在300℃-380℃下預(yù)加熱然后用室溫下的壓延軋輥壓延該坯料而進(jìn)行。平均晶體粒度通過JISG0551中所述的計(jì)算式確定。接著,將粗軋片材在不同條件下精軋至0.5mm厚度。精軋片材各自最終在320℃下熱處理30分鐘,從各個(gè)熱處理后的材料上切下直徑92mm的圓板并用作評(píng)價(jià)試樣。
接著,對(duì)各個(gè)試樣的觀察表面進(jìn)行拋光(鉆石磨料顆粒#200)然后蝕刻以在放大倍數(shù)400×的光學(xué)顯微鏡的視野中觀察結(jié)構(gòu)并測(cè)量平均晶體粒度。
此外,用圓柱形沖壓機(jī)和具有與沖壓機(jī)契合的圓筒孔的沖模在與試驗(yàn)例1中相同的條件下拉伸各個(gè)試樣,不同的是模具設(shè)定溫度為250℃。精軋條件和測(cè)試結(jié)果列于表III中。在該表中,各項(xiàng)含義與試驗(yàn)例1中相同。


壓延方向“R”指的是相反的壓延方向。
(試驗(yàn)例3-2)將鋁含量與試驗(yàn)例3-1中不同的鎂合金坯料用于檢驗(yàn)在通過與試驗(yàn)例3-1中相同方法的精軋中坯料溫度和軋輥溫度的影響。除了精軋條件以外的制造條件以及對(duì)于鎂合金片材的評(píng)價(jià)方法與試驗(yàn)例3-1中相同。鎂合金坯料的Al含量是9.8質(zhì)量%,而其Zn含量是1.0質(zhì)量%。精軋條件和試驗(yàn)結(jié)果列于表IV中。


壓延方向“R”指的是相反的壓延方向。
表III和IV說(shuō)明在本發(fā)明規(guī)定的受控壓延條件下精軋的所有試樣都顯示小的平均粒度,表面上既沒有邊緣裂紋也沒有細(xì)裂縫,以及具有優(yōu)異的可拉伸性。
(試驗(yàn)例4-1)接著,制造與試驗(yàn)例3-1中相同的厚度4mm的坯料然后粗軋至預(yù)定厚度以制造具有不同厚度的粗軋片材。粗軋通過將坯料在300℃-380℃下預(yù)加熱然后用室溫下的壓延軋輥壓延該坯料而進(jìn)行。各個(gè)粗軋片材用不同的總壓延減量精軋至0.5mm的最終片材厚度以制造精軋片材。精軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將進(jìn)入精軋時(shí)的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是210℃-240℃,而精軋壓延軋輥的表面溫度控制在150℃-180℃。接著,通過與試驗(yàn)例3-1中相同的方法將各個(gè)精軋材料在320℃下熱處理30分鐘以形成評(píng)價(jià)用試樣。
對(duì)于這些試樣,通過與試驗(yàn)例3-1中相同的方法來(lái)進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)、邊緣裂紋的評(píng)價(jià)以及這些評(píng)價(jià)結(jié)果的綜合評(píng)定。精軋的每道次壓延減量和總壓延減量以及評(píng)價(jià)結(jié)果示于表V中。在該表中,術(shù)語(yǔ)“片材表面狀態(tài)”和“邊緣裂紋”含義與試驗(yàn)例1中相同。術(shù)語(yǔ)“總壓延減量”指的是從粗軋材料的厚度到最終片材厚度精軋的總壓延減量,即在210℃-240℃的片材表面溫度下壓延的總壓延減量。然而,No.4-1中所示的括號(hào)中的數(shù)值表明粗軋片材在270℃的片材表面溫度下精軋。


(試驗(yàn)例4-2)將鋁含量不同于試驗(yàn)例4-1中的鎂合金坯料用于檢驗(yàn)通過與試驗(yàn)例4-1中相同方法的精軋的平均每道次壓延減量和總壓延減量的影響。除了精軋條件以外的制造條件以及對(duì)于鎂合金片材的評(píng)價(jià)方法與試驗(yàn)例4-1中相同。鎂合金坯料的Al含量是9.8質(zhì)量%,而其Zn含量是1.0質(zhì)量%。精軋條件和試驗(yàn)結(jié)果列于表VI中。


表V和VI說(shuō)明總壓延減量為10%-75%的試樣在綜合評(píng)定中顯示優(yōu)異的結(jié)果。
(試驗(yàn)例1-4的總結(jié))基于試驗(yàn)例1-4的結(jié)果,作圖顯示即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的坯料表面溫度Tb(℃)與構(gòu)成坯料的鎂合金中的鋁含量M(質(zhì)量%)之間的關(guān)系。結(jié)果,發(fā)現(xiàn)當(dāng)坯料表面溫度Tb滿足下式時(shí),用表面溫度Tr為150℃-180℃的壓延軋輥進(jìn)行的受控壓延制成含有細(xì)微晶體顆粒以及具有優(yōu)異塑性加工性的鎂合金片材8.33×M+135≤Tb≤8.33×M+165其中1.0≤M≤10.0。
(試驗(yàn)例5)進(jìn)而,用不同的制造坯料的方法和不同的壓延條件來(lái)制造鎂合金片材(對(duì)應(yīng)于AZ31)。制造坯料的方法以及壓延條件如下<制造坯料的方法>
A1通過雙輥連續(xù)鑄造制成厚度4mm的坯料。
A2鑄造厚度約200mm的鑄錠,在其表面上切削,然后熱軋以制造厚度4mm的坯料。
<壓延方法>
B1在粗軋(厚度4mm到1mm)中,在250℃-350℃下預(yù)加熱坯料然后用室溫下的壓延軋輥壓延。在作為精軋的受控壓延(厚度1mm到0.5mm)中,壓延軋輥的表面溫度是150℃-180℃,而即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的粗軋片材的表面溫度是160℃-190℃。
B2坯料在300℃-400℃下預(yù)加熱然后在所有的道次中(厚度4mm到0.5mm)用室溫下的壓延軋輥壓延。
在上述的表V中所示條件的各個(gè)組合中壓延鎂合金片材然后將壓延片材在250℃下最終熱處理30分鐘。對(duì)于所得到的鎂合金片材,進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)、邊緣裂紋的評(píng)價(jià)以及這些評(píng)價(jià)結(jié)果的綜合評(píng)定。結(jié)果示于表VII中。綜合評(píng)定的結(jié)果通過從良好等級(jí)順序排列的符號(hào)“A”、“B”和“C”表示。


結(jié)果說(shuō)明使用由雙輥鑄造制成的坯料的預(yù)定受控壓延可以制造具有優(yōu)異塑性加工性的鎂合金片材。
(試驗(yàn)例6)通過雙輥連續(xù)鑄造法制造厚度4mm以及組成對(duì)應(yīng)于含Mg、3.0%Al和1.0%Zn(質(zhì)量%)的AZ31的鎂合金坯料。將坯料在不同條件下粗軋至1mm的厚度以制備多個(gè)粗軋片材。該多個(gè)粗軋片材在相同條件下精軋至0.5mm的最終厚度以制造鎂合金片材。精軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將精軋前的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是160℃-190℃,而壓延軋輥的表面溫度控制為150℃-180℃。另外,每道次的壓延減量控制為15%。各個(gè)精軋后的鎂合金片材在250℃下熱處理30分鐘并且用作評(píng)價(jià)試樣。對(duì)于各個(gè)試樣,通過與試驗(yàn)例1中相同的方法進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)和邊緣裂紋的評(píng)價(jià)。
粗軋條件和試驗(yàn)結(jié)果示于表VIII中。在該表中,各項(xiàng)含義如下片材溫度即將粗軋前的坯料表面溫度。
軋輥溫度粗軋用壓延軋輥的表面溫度。
每道次壓延減量從厚度4mm至1.0mm的壓延的壓延減量/道次。
片材表面狀態(tài)符號(hào)“A”意味著在壓延材料中沒有出現(xiàn)裂紋或皺褶;符號(hào)“B”,出現(xiàn)少許鱷紋;而符號(hào)“C”,出現(xiàn)裂紋。
平均晶體粒度通過JIS G0551中所述的計(jì)算式確定。


(試驗(yàn)例7-1)通過雙輥連續(xù)鑄造法制造厚度4mm以及組成對(duì)應(yīng)于含Mg、9.0%Al和1.0%Zn(質(zhì)量%)的AZ91的鎂合金坯料。將坯料在不同條件下粗軋至1mm的厚度以制備多個(gè)粗軋片材。該多個(gè)粗軋片材在相同條件下精軋至0.5mm的最終厚度以制造鎂合金片材。精軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將精軋前的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是210℃-240℃,而壓延軋輥的表面溫度控制在150℃-180℃。另外,每道次的壓延減量控制為15%。各個(gè)精軋后的鎂合金片材在320℃下熱處理30分鐘并且用作評(píng)價(jià)試樣。對(duì)于各個(gè)試樣,通過與試驗(yàn)例6中相同的方法進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)和邊緣裂紋的評(píng)價(jià)。此外,基于這些評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定。
粗軋條件和試驗(yàn)結(jié)果列于表IX中。在該表中,各項(xiàng)含義與試驗(yàn)例6中的相同。


(試驗(yàn)例7-2)將鋁含量不同于試驗(yàn)例7-1中的鎂合金坯料用于檢驗(yàn)在通過與試驗(yàn)例3-1中相同方法的精軋中坯料溫度和軋輥溫度的影響。除了粗軋條件以外的制造條件以及對(duì)于鎂合金片材的評(píng)價(jià)方法與試驗(yàn)例7-1中相同。鎂合金坯料的Al含量是9.8質(zhì)量%,而其Zn含量是1.0質(zhì)量%。精軋條件和試驗(yàn)結(jié)果列于表X中。


(試驗(yàn)例8)制備與試驗(yàn)例6中所用相同的AZ31坯料(厚度4mm),然后在不同條件下粗軋至厚度1mm以制備多個(gè)粗軋片材。粗軋片材在相同條件下精軋至0.5mm的最終片材厚度以制造鎂合金片材。
粗軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將粗軋前的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是350℃,而粗軋壓延軋輥的表面溫度控制在200℃-230℃。在粗軋過程中,改變每道次的壓延減量。另一方面,精軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將精軋前的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是160℃-190℃,精軋壓延軋輥的表面溫度控制在150℃-180℃,以及在精軋中每道次壓延減量控制在15%。
接著,各個(gè)精軋的片材通過與試驗(yàn)例1中相同的方法在250℃下熱處理30分鐘以形成評(píng)價(jià)用試樣。對(duì)于這些試樣,通過與試驗(yàn)例6中相同的方法進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)、邊緣裂紋的評(píng)價(jià)以及粒度變化的評(píng)價(jià)。此外,基于這些評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定。以20%-40%的每道次壓延減量粗軋的次數(shù)以及評(píng)價(jià)結(jié)果示于表XI中。在該表中,術(shù)語(yǔ)“片材表面狀態(tài)”和“邊緣裂紋”含義與試驗(yàn)例6中相同。術(shù)語(yǔ)“以20%-40%的壓延減量粗軋的次數(shù)”指的是每一次以20%-40%的壓延減量的粗軋的次數(shù),而術(shù)語(yǔ)“最大壓延減量/道次”指的是在多個(gè)粗軋道次中最大的壓延減量。粒度變化基于以下含義表示大...最大粒度/最小粒度≥2中...2≥最大粒度/最小粒度≥1.5
小...最大粒度/最小粒度≤1.5[表XI]

(試驗(yàn)例9-1)制備與試驗(yàn)例7-1中所用相同的AZ91坯料(厚度4mm),然后在不同條件下粗軋至厚度1mm以制備多個(gè)粗軋片材。粗軋片材在相同條件下精軋至0.5mm的最終片材厚度以制造鎂合金片材。
粗軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將粗軋前的坯料表面溫度是350℃,而粗軋壓延軋輥的表面溫度控制在200℃-230℃。在粗軋過程中,改變每道次的壓延減量。
另一方面,精軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行即將精軋前的各個(gè)粗軋片材的表面溫度是210℃-240℃,精軋壓延軋輥的表面溫度控制在150℃-180℃,以及在精軋中每道次壓延減量控制在15%。
接著,各個(gè)精軋后的片材通過與試驗(yàn)例7-1中相同的方法在320℃下熱處理30分鐘以形成評(píng)價(jià)用試樣。對(duì)于這些試樣,通過與試驗(yàn)例6中相同的方法進(jìn)行平均晶體粒度的測(cè)量、片材表面狀態(tài)的評(píng)價(jià)、邊緣裂紋的評(píng)價(jià)以及粒度變化的評(píng)價(jià)。此外,基于這些評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定。
以20%-40%的每道次壓延減量粗軋的次數(shù)以及評(píng)價(jià)結(jié)果示于表XII中。在該表中,術(shù)語(yǔ)“片材表面狀態(tài)”和“邊緣裂紋”和“粒度變化”含義與試驗(yàn)例8中相同。


(試驗(yàn)例9-2)將鋁含量不同于試驗(yàn)例9-1中的鎂合金坯料用于檢驗(yàn)在通過與試驗(yàn)例9-1中相同方法的粗軋中坯料溫度和軋輥溫度的影響。除了粗軋條件以外的制造條件以及對(duì)于鎂合金片材的評(píng)價(jià)方法與試驗(yàn)例9-1中相同。鎂合金坯料的Al含量是9.8質(zhì)量%,而其Zn含量是1.0質(zhì)量%。精軋條件和試驗(yàn)結(jié)果列于表XIII中。
表XIII

(試驗(yàn)例6-9的總結(jié))試驗(yàn)例6-9的結(jié)果揭示了在適當(dāng)條件下的粗軋可以制造晶體顆粒粒度變化小、在片材表面和邊緣裂紋方面沒有問題如缺陷、以及具有優(yōu)異塑性加工性的鎂合金片材。
(試驗(yàn)例10)由雙輥連續(xù)鑄造制成具有Mg-9.0%Al-1.0%Zn(質(zhì)量%)組成和Mg-9.8%Al-1.0%Zn(質(zhì)量%)組成的鎂合金坯料(厚度4mm)。在鎂合金坯料中產(chǎn)生的中心線偏析在坯料厚度方向上的最大長(zhǎng)度是50μm。鎂合金坯料在以下給出的三種條件下處理,然后壓延。
Mg-9.0%Al-1.0%Zn組成(質(zhì)量%)10-1...沒有溶體處理10-2...405℃下1小時(shí)(溶體處理)10-3...405℃下10小時(shí)(溶體處理)Mg-9.8%Al-1.0%Zn組成(質(zhì)量%)10-4...沒有溶體處理10-5...405℃下1小時(shí)(溶體處理)10-6...405℃下10小時(shí)(溶體處理)由上述處理制成的各個(gè)鎂合金片材在下列條件下壓延至0.6mm的厚度,然后在適當(dāng)?shù)臈l件下熱處理以形成平均晶體粒度為5.0μm的片材。<粗軋4.0mm到1.0mm>
軋輥表面溫度200℃片材加熱溫度330℃-360℃每道次壓延減量20%-25%<精軋1.0mm到0.6mm>
軋輥表面溫度180℃片材加熱溫度230℃每道次壓延減量10%-15%<熱處理>
在320℃下退火30分鐘接著,從各個(gè)片材制成JIS 13B抗拉測(cè)試試樣并在室溫和1.4×10-3(s-1)的應(yīng)變速率下進(jìn)行抗拉測(cè)試。另外,觀察厚0.6mm的各片材的剖面合金結(jié)構(gòu)以測(cè)量中心線偏析量(在厚度方向上的最大長(zhǎng)度)。測(cè)試方法和含義如下抗拉強(qiáng)度=斷裂時(shí)的負(fù)載/(試樣厚度×片材寬度)屈服強(qiáng)度=在0.2%的保證強(qiáng)度下測(cè)定屈強(qiáng)比=屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度斷裂拉伸率=(當(dāng)斷頭放回到一起時(shí)的標(biāo)點(diǎn)間距離-50mm)/50mm*1*1用于確定斷裂拉伸率的所謂對(duì)接法(butt method),從測(cè)試前預(yù)先設(shè)定的兩個(gè)標(biāo)線之間的距離(50mm)以及當(dāng)測(cè)試中斷裂的試樣的斷頭放回到一起時(shí)該兩個(gè)標(biāo)線間的距離來(lái)確定。
結(jié)果示于表XIV中。


從表XIV中可以證實(shí)的是,對(duì)由雙輥連續(xù)鑄造法制成的鎂合金坯料的溶體處理使在厚度方向上的中心線偏析的長(zhǎng)度減小,由此制成具有優(yōu)異機(jī)械性能的鎂合金片材。特別是,通過使用鋁含量高的鎂合金片材,包括對(duì)應(yīng)于AZ91的鎂合金,通過長(zhǎng)時(shí)間的溶體處理可以制成機(jī)械性能更為優(yōu)異的鎂合金片材。
(試驗(yàn)例11)由雙輥連續(xù)鑄造制成具有對(duì)應(yīng)于AZ91的Mg-9.0%Al-1.0%Zn組成(質(zhì)量%)和Mg-9.8%Al-1.0Zn組成(質(zhì)量%)的鎂合金坯料(厚度4.0mm)。這些坯料各自在405℃下進(jìn)行溶體處理10小時(shí),然后在以下給出的條件下壓延至0.6mm的厚度以制造鎂合金片材。在所得到的鎂合金片材中產(chǎn)生的中心線偏析具有在其厚度上20μm的最大長(zhǎng)度。
<粗軋4.0mm到1.0mm>
軋輥表面溫度200℃片材加熱溫度330℃-360℃每道次壓延減量20%-25%<精軋1.0mm到0.6mm>
軋輥表面溫度180℃片材加熱溫度230℃每道次壓延減量10%-15%接著,通過在上述條件下壓延制成的各個(gè)鎂合金片材在以下給出的三種條件下處理以形成評(píng)價(jià)用片材。
<熱處理>
(1)壓延后沒有熱處理(2)在230℃下退火1分鐘(3)在320℃下退火30分鐘接下來(lái),從各個(gè)片材制成JIS 13B抗拉測(cè)試試樣,并在4種溫度(室溫、150℃、200℃和250℃)和1.4×10-3(s-1)的應(yīng)變速率下進(jìn)行抗拉測(cè)試。另外,在抗拉測(cè)試之前和之后觀察厚0.6mm的各片材的剖面的合金結(jié)構(gòu)。測(cè)試方法和術(shù)語(yǔ)含義與試驗(yàn)例10中相同,省略其描述。
結(jié)果示于表XV和XVI中。表XV顯示用具有Mg-9.0%Al-1.0%Zn組成的鎂合金片材的試驗(yàn)結(jié)果,而表XVI顯示用具有Mg-9.8%Al-1.0%Zn組成的鎂合金片材的試驗(yàn)結(jié)果。



<沖壓前鎂合金片材的結(jié)構(gòu)>
表XV和XVI說(shuō)明在320℃下退火30分鐘的片材(11-9至11-12或11-21至11-24)在通過壓延加工的鎂合金片材中沒有累積的應(yīng)變并且完全再結(jié)晶。另一方面,在230℃下退火1分鐘的片材(11-5至11-8或11-17至11-20)中,由壓延加工產(chǎn)生的晶體顆粒的殘余應(yīng)變部分保留。另外,在未經(jīng)熱處理的片材(11-1至11-4或11-13至11-16)中,由壓延加工產(chǎn)生的晶體顆粒的殘余應(yīng)變保留。
<塑性形變后鎂合金片材的結(jié)構(gòu)>
在通過320℃下退火30分鐘而完全再結(jié)晶的片材中,片材結(jié)構(gòu)中的晶體顆粒沒有因抗拉加工中的加熱(250℃以下)而粗大化,由此使加工前后平均晶體粒度基本上沒有變化。因此,推測(cè)在各片材中,通過累積加工應(yīng)變使因抗拉加工而變形的部分在硬度和強(qiáng)度上得到改進(jìn),而沒有變形的部分在硬度和強(qiáng)度上沒有變化。另一方面,在具有由壓延產(chǎn)生的殘余加工應(yīng)變的片材(未經(jīng)退火或在230℃下退火1分鐘)中,通過抗拉加工中的加熱使金屬結(jié)構(gòu)再結(jié)晶從而降低強(qiáng)度和硬度。此外,加工之后,沒有變形的部分強(qiáng)度降低,而變形部分則根據(jù)加工中加熱的程度使強(qiáng)度降低或提高。因此,如果鎂合金片材包含在加工后強(qiáng)度和硬度降低的部分,則不可能穩(wěn)定制造具有合意的機(jī)械性能的鎂合金制品。
<高溫抗拉性能>
在320℃退火30分鐘的片材顯示高抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和室溫下的斷裂拉伸率,還顯示在200℃和250℃下高的斷裂拉伸率。另一方面,具有殘余加工應(yīng)變的片材顯示在200℃和250℃下異常高的斷裂拉伸率(超塑性現(xiàn)象)。然而,極少的片材顯示這樣的超塑性現(xiàn)象,而其他片材具有低的斷裂拉伸率并在塑性加工過程中造成損傷如裂紋和缺陷。因此,如果片材的斷裂拉伸率存在大的變化,則由鎂合金片材的塑性加工生產(chǎn)的制品具有不穩(wěn)定的質(zhì)量。
這些結(jié)果揭示的是,具有殘余加工應(yīng)變的片材通過在高溫下的塑性加工中的加熱和變形而在金屬結(jié)構(gòu)上變化,而且由于該變化的程度是不穩(wěn)定的,因此無(wú)法預(yù)期穩(wěn)定的加工性。另一方面,具有完全再結(jié)晶的金屬結(jié)構(gòu)的片材在加工后金屬結(jié)構(gòu)稍有變化,由此使通過加工而變形的部分的塑性加工性穩(wěn)定化以及提高其機(jī)械性能。此外,推測(cè)沒有變形的部分也保持加工前的機(jī)械性能。因此,已經(jīng)將壓延加工中累積的加工應(yīng)變消除的片材,即使在高變形如沖壓成形中也具有穩(wěn)定的機(jī)械性能,因而適于通過沖壓成形等生產(chǎn)外殼(casing)制品。
(試驗(yàn)例12)接下來(lái),在試驗(yàn)例11中所述條件下進(jìn)行鑄造、粗軋和精軋以制造0.6mm厚的鎂合金片材(Mg-9.0%Al-1.0%Zn和Mg-9.8%Al-1.0%Zn)。在精軋之后,各個(gè)鎂合金片材在320℃下退火30分鐘以制造用于彎曲測(cè)試中的評(píng)價(jià)試樣。彎曲測(cè)試是所謂的三點(diǎn)彎曲測(cè)試,其中各試樣以兩點(diǎn)支撐,從支撐點(diǎn)的相對(duì)側(cè)通過成形工具(沖壓機(jī))向試樣施加彎曲壓力。彎曲測(cè)試的條件如下所示。
<測(cè)試條件>
試樣尺寸...寬20mm,長(zhǎng)120mm,厚0.6mm測(cè)試溫度...25℃(室溫),200℃,250℃沖壓機(jī)的頂錐角...30°沖壓機(jī)半徑(=試樣的彎曲半徑)...0.5mm,1.0mm,2.0mm支撐點(diǎn)距離...30mm沖壓機(jī)的穿透深度...40mm沖壓機(jī)的穿透速率...1.0m/min,5.0m/min進(jìn)行上述條件下的測(cè)試,以檢驗(yàn)試樣彎曲半徑部分的表面狀態(tài)和彈性回復(fù)量。另外,基于該表面狀態(tài)和彈性回復(fù)量進(jìn)行試樣的綜合評(píng)定。術(shù)語(yǔ)“彈性回復(fù)”指的是除去由沖壓機(jī)施加的負(fù)載之后,經(jīng)由從沖壓機(jī)施加的負(fù)載所產(chǎn)生的片材試樣的形變殘留的現(xiàn)象。即,當(dāng)彈性回復(fù)量大時(shí),變形性認(rèn)定為“差”,而當(dāng)彈性回復(fù)量小時(shí),變形性認(rèn)定為“好”。因此,通過檢驗(yàn)彈性回復(fù)量可以確定試樣加工的簡(jiǎn)易性。表面狀態(tài)和彈性回復(fù)量的標(biāo)準(zhǔn)如下<表面狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)>
沒有出現(xiàn)裂紋...A出現(xiàn)細(xì)裂紋而沒有破裂...B出現(xiàn)破裂...C<彈性回復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)>
基于以下標(biāo)準(zhǔn)通過(在沖壓機(jī)施加的負(fù)載下由支撐試樣的彎曲半徑部分的平面所形成的角度)-(沒有施加的負(fù)載下由支撐彎曲半徑部分的平面所形成的角度)來(lái)評(píng)價(jià)彈性回復(fù)差值為45°以上...彈性回復(fù)大差值為10°至小于45°...彈性回復(fù)中等差值小于10°...彈性回復(fù)小<綜合評(píng)定>
表面狀態(tài)“C”...綜合評(píng)定“C”
表面狀態(tài)“A”并且彈性回復(fù)小...綜合評(píng)定“A”其他情況...綜合評(píng)定“B”此外,彎曲特性值定義為表示加工程度的指數(shù)。彎曲特性值通過(試樣的彎曲半徑(mm))/(試樣厚度(mm))表示。當(dāng)試樣的彎曲半徑減小時(shí),向試樣的彎曲半徑部分施加局部壓力而容易在試樣中產(chǎn)生損傷如裂紋。當(dāng)試樣厚度增加時(shí),試樣的可成形性劣化而容易產(chǎn)生損傷如裂紋。因此,由上式所示的較小彎曲特性值表明在劇烈的加工條件下高的變形。
表面狀態(tài)、彈性回復(fù)和彎曲特性值以及綜合評(píng)定的結(jié)果示于表XVII和XVIII中。表XVII顯示使用具有Mg-9.0%Al-1.0%Zn組成的鎂合金片材的測(cè)試的結(jié)果,而表XVIII顯示使用具有Mg-9.8%Al-1.0%Zn組成的鎂合金片材的測(cè)試的結(jié)果。



表XVII顯示在Mg-9.0%Al-1.0%Zn的試樣中,僅在彎曲半徑為2.0mm、即在溫和的加工條件下(彎曲特性值為3.33)的彎曲測(cè)試中表面狀態(tài)評(píng)價(jià)為“A”。另外,在室溫下的彎曲測(cè)試中,不管彈性半徑和加工速率,彈性回復(fù)大而且成形性低(參見實(shí)施例12-1至12-6)。另一方面,在200℃以上的彎曲測(cè)試中,不管彈性半徑和加工速率,彈性回復(fù)小而且表面狀態(tài)好(參見實(shí)施例12-7至12-18)。
另一方面,如從表XVIII中看出的,Mg-9.8%Al-1.0%Zn的試樣顯示與Mg-9.0%Al-1.0%Zn的試樣完全相同的結(jié)果。具體地,在室溫下的彎曲測(cè)試中,成形性低(參見實(shí)施例12-19至12-24),而在200℃以上的彎曲測(cè)試中,成形性高(參見實(shí)施例12-25至12-36)。
(試驗(yàn)例13)在試驗(yàn)例11和12中所述條件下進(jìn)行鑄造、粗軋和精軋以制造0.6mm厚的鎂合金片材(Mg-9.0%Al-1.0%Zn和Mg-9.8%Al-1.0%Zn)。然后,各個(gè)鎂合金片材在以下的兩種條件下處理以制造用于沖壓測(cè)試中的評(píng)價(jià)試樣以檢驗(yàn)沖壓后各試樣的表面狀態(tài)。
<熱處理>
(1)壓延后沒有熱處理(2)在320℃退火30分鐘<沖壓測(cè)試的條件>
通過伺服沖壓機(jī)(servo pressing machine)沖壓各試樣。通過將平行六面體上模具壓向放在平行六面體下模具上以覆蓋其凹進(jìn)部分的各個(gè)試樣而進(jìn)行沖壓。上模具是60mm×90mm的平行六面體(parallelpiped)以及具有與試樣接觸的4個(gè)圓角,各角具有預(yù)定的彎曲半徑。此外,在上模具和下模具中各自埋有加熱器和熱電偶以便可以將沖壓的溫度條件控制在合意的溫度。
<測(cè)試條件>
上模具的彎曲半徑...0.5mm,2.0mm測(cè)試溫度...200℃,250℃加工速率...0.8m/min,1.7m/min,3.4m/min,5.0m/min在上述條件下沖壓之后,檢驗(yàn)各試樣的彎曲半徑部分的表面狀態(tài)。結(jié)果示于表XIX和XX中。表XIX顯示使用具有Mg-9.0%Al-1.0%Zn組成的鎂合金片材的測(cè)試的結(jié)果,而表XX顯示使用具有Mg-9.8%Al-1.0%Zn組成的鎂合金片材的測(cè)試的結(jié)果。表面狀態(tài)含義與試驗(yàn)例12中相同,以及彎曲特性值通過(上模具的彎曲半徑)/(試樣厚度)來(lái)確定。



表XIX顯示在具有Mg-9.0%Al-1.0%Zn組成的試樣之中,精軋后未經(jīng)熱處理的試樣在試樣溫度200℃的沖壓過程中表面上產(chǎn)生裂紋或缺陷。特別是,在彎曲特性值為0.83的高變形中表面上產(chǎn)生裂紋。相同的試樣在250℃下高變形(彎曲特性值0.83)的沖壓測(cè)試中表面上也產(chǎn)生裂紋或缺陷。另一方面,精軋后在320℃退火30分鐘的試樣在試樣溫度200℃和高加工速率的沖壓中(參見實(shí)施例13-9和13-10)以及在彎曲特性值為3.33的沖壓中(參見實(shí)施例13-10、13-12、13-14和13-16)顯示良好的表面狀態(tài)。不管彎曲特性值和加工速率,這些經(jīng)退火的試樣在250℃下的沖壓中也顯示良好的表面狀態(tài)。
表XX表明,Mg-9.8%Al-1.0%Zn的試樣顯示與Mg-9.0%Al-1.0%Zn的試樣基本上相同的測(cè)試結(jié)果。即,與未經(jīng)退火的試樣相比,在320℃退火30分鐘的試樣在沖壓后顯示良好的表面狀態(tài)。此外,沖壓溫度越高,試樣的表面狀態(tài)越好。特別是,發(fā)現(xiàn)在250℃下沖壓經(jīng)退火的鎂合金片材時(shí),即使在5.0m/min的加工速率下在高變形(彎曲特性值0.83)中也有高的沖壓成形性。
(試驗(yàn)例11-13的總結(jié))試驗(yàn)例11-13的結(jié)果揭示的是,當(dāng)通過壓延后在適當(dāng)溫度下的熱處理而使鎂合金片材的結(jié)構(gòu)再結(jié)晶時(shí),成形性得以穩(wěn)定化。穩(wěn)定成形性的原因推測(cè)在于,由于在塑性加工之前金屬結(jié)構(gòu)得以再結(jié)晶,金屬結(jié)構(gòu)通過塑性加工(包括沖壓)中的加熱而變化不大。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的制造鎂合金片材的方法能夠適宜地用于制造具有優(yōu)異的塑性加工性、特別是沖壓加工性的鎂合金片材。另外,本發(fā)明的鎂合金片材可以適宜地用作要求重量輕以及機(jī)械性能高的合金材料。
權(quán)利要求
1.一種制造鎂合金片材的方法,包括用壓延軋輥壓延鎂合金坯料;其中所述壓延包括受控壓延,在受控壓延中,即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的坯料表面溫度Tb(℃)滿足下式8.33×M+135≤Tb≤8.33×M+165其中1.0≤M≤10.0M(質(zhì)量%)是構(gòu)成坯料的鎂合金中的鋁含量;以及壓延軋輥的表面溫度Tr為150℃至180℃。
2.權(quán)利要求1的方法,其中所述受控壓延的總壓延減量為10%至75%。
3.權(quán)利要求1或2的方法,其中所述坯料是通過雙輥鑄造制造的。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法,其中所述受控壓延是通過多次道次進(jìn)行的,其中至少一次道次與其它道次的壓延方向相反。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法,其中每道次受控壓延的平均壓延減量為5%至20%。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法,其中所述坯料的壓延包括粗軋和精軋,并且至少所述精軋是所述受控壓延。
7.權(quán)利要求6的方法,其中在粗軋步驟中,即將進(jìn)入粗軋輥時(shí)的坯料的表面溫度Tb為300℃以上,以及所述壓延軋輥的溫度Tr為180℃以上。
8.權(quán)利要求7的方法,其中每道次粗軋的壓延減量為20%至40%,以及用該范圍內(nèi)的壓延減量進(jìn)行至少兩道次壓延。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法,其中壓延之前,在380℃至420℃對(duì)所述鎂合金坯料進(jìn)行溶體處理60分鐘至600分鐘。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法,其中在下述條件下對(duì)精軋之后的所述鎂合金片材進(jìn)行熱處理對(duì)鋁含量M為2.5-3.5質(zhì)量%和鋅含量為0.5-1.5質(zhì)量%的鎂合金而言,在220℃至260℃下進(jìn)行熱處理10-30分鐘;或者對(duì)鋁含量M為8.5-10.0質(zhì)量%和鋅含量為0.5-1.5質(zhì)量%的鎂合金而言,在300℃至340℃下進(jìn)行熱處理10-30分鐘。
11.由權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)方法制造的鎂合金片材。
12.權(quán)利要求11的鎂合金片材,其中在所述鎂合金片材厚度方向上中心線處存在的偏析量在所述厚度方向上為20μm。
13.權(quán)利要求11或12的鎂合金片材,其中所述鎂合金具有8.5-10.0質(zhì)量%的鋁含量M,以及進(jìn)一步含有0.5-1.5質(zhì)量%的鋅,并且所述鎂合金片材室溫時(shí)的抗拉強(qiáng)度為360MPa以上,屈服強(qiáng)度為270MPa以上,以及斷裂拉伸率為15%以上。
14.權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)的鎂合金片材,其中所述屈服比為75%以上。
15.權(quán)利要求11或12的鎂合金片材,其中所述鎂合金具有8.5-10.0質(zhì)量%的鋁含量M,以及進(jìn)一步含有0.5-1.5質(zhì)量%的鋅,以及所述鎂合金片材200℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為120MPa以上,斷裂拉伸率為80%以上,以及250℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為90MPa以上,斷裂拉伸率為100%以上。
16.權(quán)利要求11或12的鎂合金片材,其中所述鎂合金具有8.5-10.0質(zhì)量%的鋁含量M,以及進(jìn)一步含有0.5-1.5質(zhì)量%的鋅,以及所述鎂合金片材在200℃以上和彎曲特性值,即彎曲半徑R/厚度t為1.0以下的條件下的彎曲加工中,在所述表面上既不產(chǎn)生裂紋也不產(chǎn)生缺陷。
17.權(quán)利要求11或12的鎂合金片材,其中所述鎂合金具有8.5-10.0質(zhì)量%的鋁含量M,以及進(jìn)一步含有0.5-1.5質(zhì)量%的鋅,以及所述鎂合金片材在200℃以上和彎曲特性值,即彎曲半徑R/厚度t為1.0以下的條件下的沖壓加工中,在所述表面上既不產(chǎn)生裂紋也不產(chǎn)生缺陷。
全文摘要
本發(fā)明提供制造鎂合金片材的方法,其能夠制造具有優(yōu)異塑性加工性如沖壓加工性的鎂合金片材。本發(fā)明的方法包括用壓延軋輥壓延鎂合金坯料。所述壓延包括在下述條件(1)和(2)下進(jìn)行的受控壓延,其中M(質(zhì)量%)是構(gòu)成該坯料的鎂合金中的鋁含量(1)即將進(jìn)入壓延軋輥時(shí)的鎂合金坯料的表面溫度Tb(℃)滿足下式8.33×M+135≤Tb≤8.33×M+165,其中1.0≤M≤10.0;和(2)壓延軋輥的表面溫度Tr是150℃-180℃。
文檔編號(hào)B22D11/06GK1969054SQ20068000031
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者森信之, 河部望 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社
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