專利名稱：鎂合金構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于諸如汽車部件和移動(dòng)電子裝置的殼體的各種部件的構(gòu)成材料的鎂合金材料。特別地，本發(fā)明涉及具有優(yōu)異抗沖擊性的鎂合金材料。
背景技術(shù)：
正在對具有優(yōu)異比強(qiáng)度和比剛性的輕質(zhì)鎂合金進(jìn)行研究以作為諸如移動(dòng)電子裝置的殼體的各種部件和汽車部件的構(gòu)成材料，所述移動(dòng)電子裝置包括便攜式電話和膝上型計(jì)算機(jī)且所述汽車部件包括車輪蓋和換擋撥片。鎂合金部件主要由通過壓鑄法或觸變成型法制造的鑄造材料(在美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中定義的AZ91合金)制成。近年來，已經(jīng)將通過對由延展的鎂合金制成的板進(jìn)行壓制加工而制造的部件用于諸如殼體的部件，所述鎂合金例示性地為在美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中定義的AZ31合金。專利文獻(xiàn)I和2公開了由AZ91合金或Al含量與AZ91合金基本相同的合金在特定條件下制造的壓延板的壓制加工。認(rèn)為鎂具有優(yōu)異的振動(dòng)能量吸收特性。例如，將Al含量下降的合金和不含Zn的合金、更具體地在美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中定義的AM60合金用作要求高沖擊強(qiáng)度的部件如汽車部件的構(gòu)成材料。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :國際公開2008/029497號專利文獻(xiàn)2 :國際公開2009/001516號

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題期望開發(fā)一種具有更高抗沖擊性的鎂合金材料。盡管AM60合金具有優(yōu)異的抗沖擊性，但是期望進(jìn)一步提高抗沖擊性。AZ91合金的鑄造材料如壓鑄材料易于具有內(nèi)部缺陷如空穴、Al成分的局部增大的濃度或隨機(jī)取向的晶粒并通常具有不均勻的組成或組織。在AZ91合金的這種鑄造材料如壓鑄材料中，因?yàn)锳l含量高，所以未固溶的Al傾向于在晶界內(nèi)作為金屬間化合物析出。晶界內(nèi)的缺陷部分或析出物會(huì)成為斷裂的起點(diǎn)，或者所述不均勻組成或組織的部分會(huì)成為機(jī)械弱點(diǎn)。由此，AZ91合金的鑄造材料如壓鑄材料的抗沖擊性低。因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異抗沖擊性的鎂合金材料。解決問題的手段為了提高鎂合金的強(qiáng)度，本發(fā)明人通過各種方法制造了含有超過7. 5質(zhì)量％的Al的鎂合金板并對所述板的抗沖擊性進(jìn)行了檢驗(yàn)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在特定條件下制造的鎂合金板具有非常高的抗沖擊性。
更具體地，在具有高抗沖擊性的鎂合金板中，鎂合金含有特定量的析出物如含有Mg和Al的至少一種元素的金屬間化合物,包括Mg17Al12或Al6(MnFe)。所述析出物具有相對小的粒度，均勻分散，且基本不含例如具有5μπι以上尺寸的粗大粒子。由此，對能夠控制析出物粒子的尺寸和數(shù)量，即能夠防止形成粗大析出物粒子并生成特定數(shù)量的微細(xì)析出物粒子的制造方法進(jìn)行了研究。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在直至在鑄造之后、特別是在溶液處理之后形成最終產(chǎn)物為止的制造過程中，優(yōu)選對制造條件進(jìn)行控制，使得將鎂合金材料在特定溫度范圍內(nèi)保持給定的總時(shí)間。本發(fā)明以這些發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)。本發(fā)明涉及由含有超過7. 5質(zhì)量％的Al鎂合金制成并具有30J/cm2以上夏氏沖擊值的鎂合金材料。根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料具有非常大的沖擊吸收能量，具有等于或大于下述試驗(yàn)例中的AM60合金的夏氏沖擊值并具有優(yōu)異的抗沖擊性。由此，當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料用作需要充分吸收沖擊能量的部件如汽車部件的構(gòu)成材料時(shí)，期望鎂合金材料在高速應(yīng)力下對破裂具有抵抗性并能夠充分吸收沖擊。由此預(yù)期根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料適合用作沖擊吸收構(gòu)件的構(gòu)成材料。沖擊吸收能量隨夏氏沖擊值的增大而提高。由此，所述鎂合金材料更優(yōu)選具有40J/cm2以上的夏氏沖擊值而無上限。 根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料含有比AM60合金更多的Al并因此具有比AM60合金更高的抗腐蝕性。特別地，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料還因?yàn)槠涮囟ńM織而具有優(yōu)異的抗腐蝕性，如下所述。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下具有10%以上的伸長率。本發(fā)明人驚奇地獲得了如下結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料在普通拉伸試驗(yàn)(拉伸速度每秒幾毫米)中的伸長率稍低于AM60合金，但在非常高速度的拉伸試驗(yàn)中如在10m/s的拉伸速度下的伸長率比AM60合金的伸長率高。預(yù)期在高速拉伸試驗(yàn)中具有這種高伸長率的根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料在受到?jīng)_擊(在高速下與物體接觸)時(shí)會(huì)充分變形并吸收所述沖擊。伸長率越高，導(dǎo)致抗沖擊性越高。所述伸長率優(yōu)選為12%以上，更優(yōu)選14%以上，且無上限。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下具有300MPa以上的拉伸強(qiáng)度。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在高伸長率下具有高韌性且在高速拉伸試驗(yàn)中在高拉伸強(qiáng)度下具有高強(qiáng)度。因?yàn)榧词乖诟咚賾?yīng)力下仍然強(qiáng)度高且韌性高，所以根據(jù)本方面的鎂合金材料可抵抗沖擊時(shí)的斷裂，可充分變形，沖擊吸收能力高，且抗沖擊性優(yōu)異。拉伸強(qiáng)度優(yōu)選盡可能高，更優(yōu)選320MPa以上，還更優(yōu)選超過330MPa，且無上限。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下的伸長率ELhg是在低速拉伸試驗(yàn)中在2mm/s的拉伸速度下的伸長率EL1ot的I. 3倍以上。根據(jù)本方面的鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中的伸長率高且在高速拉伸試驗(yàn)與低速拉伸試驗(yàn)之間的伸長率之差大。如下述試驗(yàn)例中所述的，AM60合金在高速拉伸試驗(yàn)中的伸長率高，但在高速拉伸試驗(yàn)與低速拉伸試驗(yàn)之間的伸長率之差小。相反，如上所述，根據(jù)本方面的鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中的絕對伸長率高且在高速拉伸試驗(yàn)與低速拉伸試驗(yàn)之間的伸長率之差大，因此在受到?jīng)_擊時(shí)可充分變形。由此，根據(jù)本方面的鎂合金材料具有優(yōu)異的抗沖擊性。根據(jù)組成和組織，可以以滿足ELhgS I. 5XELlOT的方式構(gòu)造根據(jù)本方面的鎂合金材料。根據(jù)本發(fā)明的還另一個(gè)方面，所述鎂合金含有分散在其中的析出物粒子，所述析出物粒子的平均粒度為O. 05 μ m I μ m，且在所述鎂合金材料的橫斷面中所述析出物粒子的總面積占所述橫斷面的1% 20%。根據(jù)本方面的鎂合金材料基本不含粗大的析出物粒子且含有分散在其中的非常微細(xì)的析出物粒子。微細(xì)析出物粒子的分散能夠通過分散強(qiáng)化而提高板的剛性。由此，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料很少因沖擊而凹陷并具有優(yōu)異的抗沖擊性。這能夠降低因粗大析出物粒子的存在或過量析出而造成的鎂合金中的A l的固溶量的下降，并能夠降低因Al的固溶量的下降而造成的鎂合金強(qiáng)度的劣化，且實(shí)現(xiàn)了期望的強(qiáng)度。由此，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料具有優(yōu)異的抗沖擊性。因此，根據(jù)本發(fā)明的具有特定組織的鎂合金材料具有優(yōu)異的抗沖擊性。根據(jù)本方面，存在很少的粗大析出物粒子導(dǎo)致優(yōu)異的塑性加工性并促進(jìn)壓制加工。根據(jù)本發(fā)明的還另一個(gè)方面，所述析出物粒子包含由含有Al和Mg中的至少一種元素的金屬間化合物制成的粒子。金屬間化合物傾向于具有比鎂合金更高的抗腐蝕性。由此，根據(jù)本方面，除了通過析出物的分散強(qiáng)化來提高抗沖擊性之外，具有優(yōu)異抗腐蝕性的金屬間化合物的存在也提高了抗腐蝕性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料具有優(yōu)異的抗沖擊性。


圖I是鎂合金材料的夏氏沖擊值的圖。圖2是在高速拉伸試驗(yàn)和低速拉伸試驗(yàn)中的鎂合金材料的伸長率的圖。圖3是在高速拉伸試驗(yàn)和低速拉伸試驗(yàn)中的鎂合金材料的拉伸強(qiáng)度的圖。圖4是在高速拉伸試驗(yàn)和低速拉伸試驗(yàn)中的鎂合金材料的O. 2%屈服應(yīng)力的圖。圖5是在高速拉伸試驗(yàn)中所使用的試驗(yàn)片的平面圖。圖6顯示了鎂合金材料的顯微照片(5000倍)。圖6(1)顯示了 I號試樣且圖6 (II)顯不了 110號試樣。圖7顯示了具有抗腐蝕層的鎂合金構(gòu)件的橫斷面的顯微照片。圖7(1)顯示了 I號試樣(250000倍)且圖7(11)顯示了 110號試樣(100000倍)。
具體實(shí)施例方式下面將對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。[鎂合金材料](組成)構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料的鎂合金可具有其中將Mg與添加元素結(jié)合的組成(剩余物=Mg和雜質(zhì)，Mg 50質(zhì)量％以上)。特別地，在本發(fā)明中，鎂合金為其中添加元素含有至少超過7. 5質(zhì)量％的Al的Mg-Al合金。超過7. 5質(zhì)量％的Al不僅能夠提高鎂合金的機(jī)械特性如強(qiáng)度和抗塑性變形性,還能夠提高鎂合金的抗腐蝕性。機(jī)械特性如強(qiáng)度和抗腐蝕性傾向于隨Al含量的增大而提高。然而，超過12質(zhì)量％的Al導(dǎo)致塑性加工性差并需要在壓延期間對材料進(jìn)行加熱。由此，Al含量優(yōu)選為12質(zhì)量％以下。除了Al 之外的添加元素可以為選自 Zn、Mn、Si、Ca、Sr、Y、Cu、Ag、Be、Sn、Li、Zr、Ce、Ni、Au和稀土元素(Y和Ce除外)中的一種或多種元素。各元素可占鎂合金的O. 01質(zhì)量％ 10質(zhì)量％，優(yōu)選O. I質(zhì)量％ 5質(zhì)量％。例如，具體的Mg-Al合金可以為美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中所定義的AZ合金(Mg-Al-Zn合金，Zn :0. 2質(zhì)量％ I. 5質(zhì)量％)、AM合金(Mg-Al-Mn合金，Mn 0. 15質(zhì)量％ O. 5質(zhì)量％)、Mg-Al-RE (稀土元素)合金、AX合金(Mg-Al-Ca合金，Ca :0. 2質(zhì)量% 6. O質(zhì)量%)或AJ合金(Mg-Al-Sr合金，Sr :0. 2質(zhì)量%
7.O質(zhì)量％)。特別地，8. 3質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％的Al能夠提高強(qiáng)度和抗腐蝕性兩者。更具體的實(shí)例是含有8. 3質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％的Al和O. 5質(zhì)量％ I. 5質(zhì)量％的Zn的Mg-Al合金，典型地為AZ91合金?？傆?jì)O. 001質(zhì)量％以上、優(yōu)選總計(jì)O. I質(zhì)量％ 5質(zhì)量％的選自Y、Ce、Ca和稀土元素(Y和Ce除外)中的至少一種元素能夠提高抗熱性和阻燃性。 (組織析出物)鎂合金含有例如分散在其中的具有O. 05 μ m I μ m平均粒度的微細(xì)析出物粒子。鎂合金橫斷面中的析出物粒子占鎂合金材料的I面積％ 20面積％。所述析出物粒子可以為含有鎂合金中的添加元素的粒子，典型地為由含有Mg或Al的金屬間化合物、更具體地Mg17Al12 (不特別限制為Mg17Al12)制成的粒子。當(dāng)平均粒度為O. 05 μ m以上時(shí)且當(dāng)析出物含量為I面積％以上時(shí)，鎂合金可含有充分?jǐn)?shù)量的析出物粒子并通過析出物粒子的分散強(qiáng)化而具有優(yōu)異的抗沖擊性。當(dāng)析出物粒子的平均粒度為I μ m以下時(shí)且當(dāng)析出物含量為20面積％以下時(shí)，鎂合金不含有過量的析出物粒子或粗大的析出物粒子。這防止了 Al的固溶量的下降并確保了強(qiáng)度。所述平均粒度更優(yōu)選為O. I μ m O. 5 μ m，且析出物含量更優(yōu)選為3面積％ 15面積％，還更優(yōu)選12面積％以下,還更優(yōu)選5面積％ 10面積％。(形式)根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料典型地為矩形板(鎂合金板)并可具有各種形狀如矩形和圓形。所述板可為連續(xù)長板的卷繞板或具有預(yù)定長度和形狀的短板。所述板可具有凸起或從正面到背面的通孔。所述板可根據(jù)制造工藝而具有任意形式。例如，所述形式可以為壓延板、通過按下述對壓延板進(jìn)行熱處理或矯直而制造的經(jīng)熱處理或矯直的板、或通過對經(jīng)壓延、熱處理或矯直的板進(jìn)行研磨而制造的研磨板。根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料可以為通過對板進(jìn)行包括彎曲和拉伸的塑性加工如壓制加工而制造的成形產(chǎn)物。所述鎂合金材料可根據(jù)其期望應(yīng)用而具有任意形式、尺寸(面積)或厚度。特別地，能夠?qū)⒕哂?. Omm以下、優(yōu)選I. 5mm以下、更優(yōu)選Imm以下厚度的鎂合金材料適當(dāng)用于薄且輕質(zhì)的部件(典型地為殼體和汽車部件)。成形產(chǎn)物可具有任意形狀和尺寸，例如，具有U形橫斷面的箱體或框狀體，其包括頂部(底部)和從所述頂部(底部)垂直延伸的側(cè)壁；或帶蓋的筒狀體，其包括圓盤形頂部和圓筒形側(cè)壁。所述頂部可具有集成或連接的凸起、從正面到背面的通孔、在厚度方向上的凹槽、臺階或通過塑性加工或切割而形成的具有不同厚度的部分。根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料可部分具有通過塑性加工如壓制加工而形成的部分。在根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料為成形產(chǎn)物或具有通過塑性加工而形成的部分的情況中，具有較少塑性變形的部分(典型地是平坦部分)基本保持了已經(jīng)用作塑性加工的材料的板(鎂合金板)的組織和機(jī)械特性。由此，在成形產(chǎn)物和具有通過塑性加工而形成的部分的鎂合金的機(jī)械特性如夏氏沖擊值和伸長率的測量中，從具有更少塑性變形的部分中采集試驗(yàn)片。(機(jī)械特性)根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料的主要特征在于，鎂合金材料具有等于或大于AM60合金的夏氏沖擊值、在高速拉伸試驗(yàn)中的伸長率和拉伸強(qiáng)度，如上所述。特別地，如在下述試驗(yàn)例中所述的，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料的試驗(yàn)片在夏氏沖擊試驗(yàn)中即在高速應(yīng)力下不會(huì) 斷開(斷裂)，但會(huì)彎曲。在受到?jīng)_擊時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料能夠經(jīng)歷充分的塑性變形并由此吸收沖擊能量。由此，預(yù)期用作汽車部件如底盤或減震器的構(gòu)成材料的根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料可保護(hù)汽車中的乘客。[鎂合金構(gòu)件]根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料能夠用于制造具有抗腐蝕層的鎂合金構(gòu)件，所述抗腐蝕層通過表面處理如化學(xué)轉(zhuǎn)化處理或陽極氧化處理而形成。所述鎂合金構(gòu)件包含抗腐蝕層和具有優(yōu)異抗腐蝕性的鎂合金材料，因此具有進(jìn)一步提高的抗腐蝕性。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，具有上述特定組織的鎂合金材料的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理有時(shí)產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)(雙層結(jié)構(gòu))的抗腐蝕層。包含具有特定結(jié)構(gòu)的抗腐蝕層的鎂合金構(gòu)件具有優(yōu)異的抗腐蝕性?？垢g層的具體結(jié)構(gòu)是包含與鎂合金材料相鄰的下亞層和在所述下亞層上形成的表面亞層的雙層結(jié)構(gòu)。所述表面亞層比所述下亞層更致密，所述下亞層是多孔層。所述抗腐蝕層非常薄，具有雙層結(jié)構(gòu)的抗腐蝕層的總厚度為50nm 300nm(下亞層占厚度的約60% 75%)。[制造方法]在根據(jù)本發(fā)明的具有特定組織的鎂合金材料為板的情況中，通過制造鎂合金板的方法能夠制造所述板，所述方法包括如下步驟。準(zhǔn)備步驟準(zhǔn)備由鎂合金制成并通過連續(xù)鑄造法制造的鑄造板的步驟，所述鎂合金含有超過7. 5質(zhì)量％的Al。熔體化步驟在350°C以上的溫度下對所述鑄造板進(jìn)行熔體化處理以制造固溶板的步驟。壓延步驟對所述固溶板進(jìn)行溫?zé)釅貉右灾圃靿貉影宓牟襟E。特別地，在熔體化步驟之后的制造步驟中，對待加工的材料板(典型地為壓延板)的熱歷史進(jìn)行控制，使得將所述材料板保持在150°C 300°C的溫度下的總時(shí)間為O. 5小時(shí) 12小時(shí)且不將所述材料板加熱至超過300°C的溫度。所述制造步驟可還包括將所述壓延板矯直的矯直步驟。所述矯直步驟可涉及在100°C 300°C的溫度下對壓延板進(jìn)行加熱的同時(shí)進(jìn)行矯直，即溫?zé)岢C直。在這種情況下，總時(shí)間包括在矯直步驟中將壓延板保持在150°C 300°C的溫度范圍內(nèi)的時(shí)間。通過包括如下的方法能夠制造根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料的成形產(chǎn)物或具有通過塑性加工形成的部分的根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料準(zhǔn)備通過上述制造鎂合金板的方法形成的壓延板或通過所述矯直步驟形成的矯直板以作為基礎(chǔ)材料和對所述基礎(chǔ)材料進(jìn)行塑性加工的塑性加工步驟。通過包括如下的方法能夠制造包含根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料和抗腐蝕層的鎂合金構(gòu)件在進(jìn)行了塑性加工的材料上實(shí)施腐蝕保護(hù)如化學(xué)轉(zhuǎn)化處理或陽極氧化處理的表面處理步驟。與上述制造工藝類似，在表面處理步驟之前的塑性加工步驟能夠防止通過表面處理形成的抗腐蝕層因塑性加工而被損壞。可在塑性加工之前對材料進(jìn)行腐蝕保護(hù)。在這種情況下，用于制造鎂合金構(gòu)件的方法可包括準(zhǔn)備壓延板或矯直板以作為基礎(chǔ)材料的步驟、對所述基礎(chǔ)材料進(jìn)行腐蝕保護(hù)的步驟和在所述腐蝕保護(hù)之后實(shí)施塑性加工的步驟。在這些制造步驟中，腐蝕保護(hù)的對象如板具有平坦形狀并易于進(jìn)行腐蝕保護(hù)。在根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料的制造中，熔體化處理使得Al可充分固溶于鎂合金中，如上所述。在熔體化處理之后的制造步驟中，將鎂合金材料保持在特定溫度范圍內(nèi)(150°C 300°C)并持續(xù)特定時(shí)間范圍，使得能夠易于析出預(yù)定量的析出物。此外，能夠控制在特定溫度范圍內(nèi)的保持時(shí)間，從而防止析出物的過度生長并使得微細(xì)析出物粒子可分散。
在壓延步驟中以適當(dāng)?shù)募庸ざ?壓下率)實(shí)施超過一次(多道次)的壓延以實(shí)現(xiàn)期望的板厚度的情況中，能夠?qū)⒓庸ο?熔體化處理之后的材料；例如最終壓延之前的壓延板)加熱至超過300°C的溫度以提高塑性加工性并促進(jìn)壓延。然而，在Al含量高達(dá)超過7. 5質(zhì)量％的條件下，加熱至超過300°C的溫度可促進(jìn)金屬間化合物的析出或促進(jìn)析出物的生長而形成粗大粒子。析出物的過量產(chǎn)生或生長會(huì)導(dǎo)致鎂合金中的Al的固溶量下降。Al的固溶量下降導(dǎo)致鎂合金的強(qiáng)度或抗腐蝕性低。在Al的固溶量下降的條件下，即使通過形成抗腐蝕層仍難以進(jìn)一步提高抗腐蝕性。此外，為了通過重結(jié)晶或除去因塑性加工而造成的應(yīng)變來提高壓制加工性，通常在壓延期間或之后或者在塑性加工如壓制加工之后實(shí)施熱處理。熱處理溫度傾向于隨Al含量的增大而升高。例如，專利文獻(xiàn)I提出，在300°C 340°C的溫度下對AZ91合金進(jìn)行壓延后的熱處理(最終退火)。在超過300°C下的熱處理也促進(jìn)了析出物的生長而形成粗大粒子。由此，在熔體化步驟之后的步驟中，應(yīng)對材料板的熱歷史進(jìn)行控制。下面對各步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。(準(zhǔn)備步驟)優(yōu)選通過連續(xù)鑄造法如雙輥法、特別地在WO 2006-003899中所述的鑄造方法來制造鑄造板。連續(xù)鑄造法可通過快速凝固來減少氧化物和偏析的形成并可抑制形成尺寸超過10 μ m的粗大的晶體中的雜質(zhì)和析出物雜質(zhì)，所述雜質(zhì)能夠成為破裂的起點(diǎn)。由此，鑄造板具有優(yōu)異的壓延性。盡管鑄造板可具有任意尺寸，但是過厚會(huì)導(dǎo)致偏析。由此，所述鑄造板的厚度優(yōu)選為10_以下，更優(yōu)選5_以下。特別地，在甚至具有小直徑的卷繞的長鑄造板的制造中，在卷繞即將開始之前將長鑄造板的一部分加熱至150°C以上時(shí)，也能夠在不會(huì)產(chǎn)生裂紋的條件下對所述長鑄造板進(jìn)行卷繞?？稍诘蜏叵聦哂写笾睆降木砝@的長鑄造板進(jìn)行卷繞。(熔體化步驟)對所述鑄造板進(jìn)行熔體化處理以使其組成均勻并制造含有溶于其中的諸如Al的元素的固溶板。優(yōu)選在350°C以上、更優(yōu)選在380°C 420°C的保持溫度下，在60 2400分鐘(I 40小時(shí))的保持時(shí)間下實(shí)施熔體化處理。所述保持時(shí)間優(yōu)選隨Al含量的增大而延長。在經(jīng)過所述保持時(shí)間的冷卻步驟中，優(yōu)選使用強(qiáng)制冷卻如水冷或空氣鼓風(fēng)來提高冷卻速度(例如50°C /分鐘以上)，因?yàn)檫@能夠減少粗大析出物粒子的析出。(壓延步驟)在固溶板的壓延步驟中，能夠?qū)Σ牧?固溶板或壓延期間的板)進(jìn)行加熱以提高塑性加工性。由此，實(shí)施至少一個(gè)道次的溫?zé)釅貉?。然而，過高的加熱溫度導(dǎo)致在150°C 300 V的溫度范圍內(nèi)的保持時(shí)間過長，這會(huì)導(dǎo)致如上所述的析出物的過度生長或析出、材料的奪取、或因材料中的晶粒變粗大而使得壓延板的機(jī)械特性劣化。由此，在壓延步驟中，力口熱溫度也為300°C以下，優(yōu)選150°C 280°C。將固溶板壓延超過一次(多道次)能夠?qū)崿F(xiàn)期望的板厚度，降低材料的平均晶體粒度(例如10 μ m以下)，或者提高壓延或壓制加工中的塑性加工性?？梢栽谝阎獥l件下實(shí)施壓延。例如，可以不僅對材料，而且還對壓延輥進(jìn)行加熱，或者可將壓延與專利文獻(xiàn)I中所公開的未預(yù)加熱的壓延或受控壓延結(jié)合?？稍诘蜏叵聦?shí)施具有小壓下率的壓延如精壓延。在壓延步驟中使用潤滑劑能夠降低壓延期間的摩擦抵抗并防止材料的奪取，由此促進(jìn)壓延。在多道次壓延中，可在道次之間實(shí)施中間熱處理，條件是在150°C 300°C的溫度范圍內(nèi)的保持時(shí)間包括在上述總時(shí)間內(nèi)。除去或減少在中間熱處理之前在塑性加工(主要是壓延)期間引入到待加工材料中的應(yīng)變、殘余應(yīng)力或紋理，能夠防止在隨后的壓延期間的意外破裂、應(yīng)變或變形，由此促進(jìn)壓延。此外，在中間熱處理中，保持溫度為300°C以下，優(yōu)選 250°C 280°C。(矯直步驟) 可以對在壓延步驟中制造的壓延板進(jìn)行專利文獻(xiàn)I中所述的最終熱處理(最終退火)。然而，在壓制加工中的塑性加工性方面，上述溫?zé)岢C直對最終熱處理是優(yōu)選的。可以通過將壓延板加熱至100°C 300°C，優(yōu)選150°C 280°C的溫度，利用專利文獻(xiàn)2中所述的包括多個(gè)交錯(cuò)輥的輥式矯直機(jī)來實(shí)施矯直。溫?zé)岢C直之后的矯直板的塑性加工如壓制加工造成動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，這提高了塑性加工性。通過輥降低材料的厚度能夠大大降低矯直步驟中的保持時(shí)間。例如，根據(jù)材料的厚度，保持時(shí)間可以為幾分鐘或甚至小于I分鐘。(塑性加工步驟)優(yōu)選在200°C 300°C的溫度范圍內(nèi)對所述壓延板、通過對所述壓延板進(jìn)行最終熱處理而形成的熱處理板、通過對所述壓延板進(jìn)行矯直而形成的矯直板或通過對所述壓延板、熱處理板或矯直板進(jìn)行研磨(優(yōu)選濕式研磨)而形成的研磨板實(shí)施塑性加工如壓制加工以提高材料的塑性加工性。在塑性加工中將材料保持在200°C 300°C的溫度下的時(shí)間非常短，例如在特定壓制加工中小于60秒。這種非常短的保持時(shí)間基本不會(huì)造成諸如析出物粗大化的失效。塑性加工之后的熱處理能夠除去因塑性加工而造成的應(yīng)變或殘余應(yīng)力并提高板的機(jī)械特性。熱處理?xiàng)l件包括100°C 300°C的加熱溫度和約5 60分鐘的加熱時(shí)間。在熱處理中在150°C 300°C溫度范圍內(nèi)的保持時(shí)間包括在上述總時(shí)間內(nèi)。(將材料保持在特定溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間)在根據(jù)本發(fā)明的具有特定組織的鎂合金材料的制造中，在熔體化步驟之后直至制造最終產(chǎn)物的步驟的步驟的主要特征是，將材料保持在150°C 300°C的溫度下的總時(shí)間控制在O. 5 12小時(shí)的范圍內(nèi)且不將材料加熱至超過300°C的溫度。關(guān)于Al含量超過7. 5質(zhì)量％的鎂合金，未對在熔體化步驟之后直至制造最終產(chǎn)物的步驟的步驟中將材料保持在150°C 300°C的溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間進(jìn)行充分研究。如上所述，能夠?qū)⑵渲幸子谛纬晌龀鑫锘虍a(chǎn)物易于生長的溫度范圍內(nèi)的保持時(shí)間控制在特定范圍內(nèi)以提供含有分散在其中的特定數(shù)量的微細(xì)析出物粒子的根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料。當(dāng)保持在150°C 300°C的溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間小于O. 5小時(shí)時(shí)，析出物不能充分析出?？倳r(shí)間超過12小時(shí)或在超過300°C的溫度下對材料進(jìn)行壓延導(dǎo)致形成粒度為Iym以上的粗大析出物粒子或過量如超過20面積％的析出物。優(yōu)選地，對在壓延步驟中各道次中的加工度、壓延步驟中的總加工度、中間熱處理的條件和矯直的條件進(jìn)行控制，使得溫度范圍為150°C 280°C且總時(shí)間為I小時(shí) 6小時(shí)。由于析出物隨Al含量的增加而增多，所以優(yōu)選也以取決于Al含量的方式對總時(shí)間進(jìn)行控制。(表面處理步驟)可以在已知條件下使用已知的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液來適當(dāng)實(shí)施化學(xué)轉(zhuǎn)化處理。在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理中優(yōu)選使用不含鉻的處理液如錳和鈣的磷酸鹽溶液。為了保護(hù)或裝飾而在腐蝕保護(hù)如化學(xué)轉(zhuǎn)化處理或陽 極氧化處理之后進(jìn)行涂布，能夠進(jìn)一步提高抗腐蝕性或提高商業(yè)價(jià)值。 下面參考試驗(yàn)例對本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行描述。[試驗(yàn)例]制備了鎂合金材料并對鎂合金材料的抗沖擊性和機(jī)械特性進(jìn)行測量。[I號試樣]I號試樣的鎂合金材料是通過依次實(shí)施鑄造、熔體化處理、(溫?zé)?壓延和(溫?zé)?矯直而制備的板(鎂合金板)。在該試驗(yàn)中，對長鑄造板(具有4_的厚度)進(jìn)行卷繞以制備卷繞的鑄造材料，所述長鑄造板由具有與AZ91合金相對應(yīng)的組成的鎂合金制成并通過雙輥連續(xù)鑄造法形成。在400°C下的分批爐中對卷繞的鑄造材料進(jìn)行熔體化處理并持續(xù)24小時(shí)。將熔體化處理之后的固溶卷繞材料展開并在如下壓延條件下壓延超過一次，使得厚度為2. 5mm。對所述經(jīng)壓延板進(jìn)行卷繞以制備卷繞的壓延材料(長度400m)。(壓延條件)加工度(壓下率)5%/道次 40%/道次板的加熱溫度250°C 280°C輥的溫度100°C 250°C關(guān)于I號試樣，在壓延步驟的各道次中，對待壓延材料的加熱時(shí)間和壓延速度(輥的圓周速度)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對將材料保持在150°C 300°C的溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間進(jìn)行控制。不將所述材料加熱至超過300°C。將卷繞的壓延材料展開并進(jìn)行溫?zé)岢C直。對經(jīng)矯直的板進(jìn)行卷繞以制備卷繞的矯直材料。在將壓延板加熱至220°C的同時(shí)，使用專利文獻(xiàn)2中所述的扭曲手段實(shí)施溫?zé)岢C直。以使得在熔體化步驟之后且在矯直步驟之前將材料保持在150°C 300°C的溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間為O. 5 12小時(shí)的方式來控制溫度。矯直板的組成分析顯示，Al :8. 79%，Zn
O.64%且Mn :0. 18%(以質(zhì)量為基礎(chǔ))，且剩余物Mg和雜質(zhì)，這與AZ91合金的組成相對應(yīng)。將長的矯直板(卷繞材料)切割成具有適當(dāng)長度的多個(gè)短板。將所述短板切割成用于下述試驗(yàn)的試驗(yàn)片。[100 和 200 號試樣]準(zhǔn)備市售的板AZ91合金材料(具有2. Imm的厚度的鑄造材料100號試樣)和AM60合金材料(具有2. 4mm厚度的鑄造材料200號試樣)以作為比較試樣。市售的材料的組成分析顯示，對于AZ91合金材料，Al :8. 89%，Zn :0. 73%且Mn :0. 24% (以質(zhì)量為基礎(chǔ))，且剩余物Mg和雜質(zhì)；且對于AM60合金材料，Al :6. 00%和Mn :0. 3%(以質(zhì)量為基礎(chǔ))，且剩余物Mg和雜質(zhì)。準(zhǔn)備具有各組成的多個(gè)板。將板切割成用于下述試驗(yàn)的試驗(yàn)片。[夏氏沖擊值]在夏氏沖擊試驗(yàn)中測量了 I號試樣的鎂合金材料(下文中也稱作AZ91可鍛材料)、100號試樣的AZ91鑄造材料和200號試樣的AM60鑄造材料的沖擊值。表I和圖I示出T結(jié)果。將市售的試驗(yàn)機(jī)用于夏氏沖擊試驗(yàn)中。從各個(gè)試樣板上切割具有約9mm寬度和75 80mm長度的試驗(yàn)片(厚度2. I 2. 5mm)。將試驗(yàn)片放入試驗(yàn)機(jī)中，使得試驗(yàn)片的縱向與錘的擺動(dòng)方向垂直。[伸長率、拉伸強(qiáng)度和O.2%屈服應(yīng)力]在高速拉伸試驗(yàn)和低速拉伸試驗(yàn)中對I號試樣的AZ91延展材料、100號試樣的AZ91鑄造材料和200號試樣的AM60鑄造材料的伸長率、拉伸強(qiáng)度和O. 2%屈服應(yīng)力進(jìn)行了測量。表II和圖2 4顯示了結(jié)果。在圖2 4中，白色的條指示高速拉伸試驗(yàn)中的結(jié)果，帶陰影的條指示低速拉伸試驗(yàn)中的結(jié)果，且所述條上的水平粗線指示平均值。利用能夠在高速下施加張力的市售試驗(yàn)機(jī)(由島津制作所株式會(huì)社(ShimadzuCorp.)制造的液壓伺服高速拉伸試驗(yàn)機(jī))實(shí)施了高速拉伸試驗(yàn)。參考JIS Z 2201(1998)從試樣板上切出圖5中所示的具有窄部分的試驗(yàn)片10并將其放入試驗(yàn)機(jī)中。將塑性應(yīng)變儀11連接到試驗(yàn)片10的窄部分的正面和背面上以測量塑性應(yīng)變(永久應(yīng)變)。在距肩部與平行部之間的交叉點(diǎn)為l=25mm處將彈性應(yīng)變儀12連接到試驗(yàn)片10的表面上的中心線上以將測量值轉(zhuǎn)化成負(fù)荷(應(yīng)力)。在試驗(yàn)片10中，標(biāo)點(diǎn)距離GL為10mm，窄部分具有4. 3mm的寬度W，卡盤長度為Ll=35mm且L2=70mm，試驗(yàn)片寬度w為20mm且肩部半徑R為10mm。試驗(yàn)條件包括10m/S的拉伸速度(目標(biāo)值)、1000/秒的應(yīng)變速度(目標(biāo)值)、環(huán)境氣氛和室溫(約20°C)。試驗(yàn)片10的縱向與壓延方向(壓延板的移動(dòng)方向)平行。在高速拉伸試驗(yàn)中測量了拉伸強(qiáng)度(MPa)、O. 2%屈服應(yīng)力(MPa)和伸長率(MPa)。根據(jù)JIS Z 2241(1998)利用市售的試驗(yàn)機(jī)實(shí)施低速拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)條件包括2mm/s的拉伸速度(目標(biāo)值)、0· 2/秒的應(yīng)變速度(目標(biāo)值)、環(huán)境氣氛和室溫(約20°C )。在低速拉伸試驗(yàn)中測量了拉伸強(qiáng)度(MPa)、0. 2%屈服應(yīng)力(MPa)和伸長率(MPa)。在低速拉伸試驗(yàn)中，利用試驗(yàn)機(jī)的負(fù)荷單元測量了負(fù)荷(應(yīng)力)。基于高速拉伸試驗(yàn)和低速拉伸試驗(yàn)中的結(jié)果，表III顯示了試樣之間的伸長率、拉伸強(qiáng)度和O. 2%屈服應(yīng)力的關(guān)系。在抗腐蝕性試驗(yàn)中對試樣的抗腐蝕性進(jìn)行了評價(jià)。制備5質(zhì)量％的NaCl水溶液以作為腐蝕性液體。從試樣板上切出試驗(yàn)片并進(jìn)行掩蔽而使得露出面積為4cm2。將試驗(yàn)片完全浸入50mL的NaCl水溶液中并持續(xù)96小時(shí)(在空調(diào)下在室溫(25±2°C )下)。在浸 潰96小時(shí)之后，將試驗(yàn)片從NaCl水溶液中取出，并利用ICP光譜(ICP-AES)測量溶于NaCl水溶液中的Mg離子數(shù)。將Mg離子數(shù)除以露出面積以計(jì)算腐蝕損失(yg/cm2)。表I中示出T結(jié)果。表I
權(quán)利要求
1.ー種鎂合金材料，其包含含有超過7. 5質(zhì)量％的Al的鎂合金， 其中所述鎂合金材料具有30J/cm2以上的夏氏沖擊值。
2.如權(quán)利要求I所述的鎂合金材料，其中所述鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下具有10%以上的伸長率。
3.如權(quán)利要求I或2所述的鎂合金材料，其中所述鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下具有300MPa以上的拉伸強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求I 3中任ー項(xiàng)所述的鎂合金材料，其中所述鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下的伸長率ELhg是在低速拉伸試驗(yàn)中在2mm/s的拉伸速度下的伸長率ELlw的I. 3倍以上。
5.如權(quán)利要求I 4中任ー項(xiàng)所述的鎂合金材料， 其中所述鎂合金含有分散在其中的析出物粒子， 所述析出物粒子的平均粒度為0. 05 ii m I ii m,且 在所述鎂合金材料的橫斷面中所述析出物粒子的總面積占所述橫斷面的1% 20%。
6.如權(quán)利要求5所述的鎂合金材料，其中所述析出物粒子包含由含有Al和Mg中的至少ー種元素的金屬間化合物制成的粒子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異抗沖擊性的鎂合金材料。所述鎂合金材料包含含有超過7.5質(zhì)量%的Al的鎂合金并具有30J/cm2以上的夏氏沖擊值。典型地，所述鎂合金材料在高速拉伸試驗(yàn)中在10m/s的拉伸速度下具有10%以上的伸長率。所述鎂合金具有分散在其中的析出物粒子，所述析出物粒子典型地各自包含由含有Al和Mg中的至少一種元素的金屬間化合物制成的粒子，且所述析出物粒子的平均粒度為0.05μm～1μm。所述粒子的總面積占1面積%～20面積%。含有分散在其中的微細(xì)析出物粒子的鎂合金材料通過分散強(qiáng)化而具有高沖擊吸收能力并具有優(yōu)異的抗沖擊性。
文檔編號C23C22/22GK102652180SQ201080056199
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者井口光治, 奧田伸之, 山川真弘, 杉原崇康, 森宏治, 水野修, 河部望, 西澤正行 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社