[發明專利]制造延性增強的鎂合金片材

有效

• 申請號: 201210449734.9
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN103103463A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: S.K.米什拉;S.蒂瓦里;A.特瓦里;J.T.卡特;D.薩奇德瓦
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;萬雪松

技術領域

本發明涉及加工熱軋和退火的鎂基合金片材以獲得該材料中的增強的室溫延性而不降低其拉伸強度的方法。

發明背景

仍然有興趣減輕車輛重量。減輕重量的一種方法是用更高強度/重量比的片材替代車輛構造中現在常用的鋼和鋁合金。

鎂和含有例如85重量%或更多鎂的合金的低密度和合理強度使它們成為這種材料替代的有吸引力的候選物。但是，鎂合金不像鋼和鋁那樣易延展，因此將這樣的鎂合金片材沖壓或成型成通用部件的復雜形狀是富有挑戰性的。盡管可通過在明顯高于室溫的溫度，例如250℃或更高的溫度下變形來增強鎂合金的延性，但這樣的做法使成形工藝復雜化和減慢。

需要增強鎂的室溫可成形性或延性的方法以擴大和擴展鎂合金片材在大體積車輛生產中的應用。

發明概述

一般而言，本發明的實踐以已經退火或以其它方式提供基本無應變（例如每平方厘米含有少于大約10⁸個位錯（dislocations））的微結構的鎂基合金片材開始。使鎂合金片材輕微變形以引入分布并嵌在原本基本無應變的基質中的小局部應變體積或“島”。分布著應變和無應變片材區的片材隨后例如通過在大約350℃下保持大約30分鐘來退火。在這樣的加工后，該片材與原始片材相比表現出明顯增強的延性，但強度相當。

在一個實施方案中，通過在粗糙輥之間輥軋片材，無加熱地使基本無應變的鎂合金片材變形，所述粗糙輥經調節以使僅輥的高點（high?points）與片材的相對表面接觸和使其變形。通過適當調節輥上的高點的高度和分布，可以賦予片材變形和基本未變形區域的合適分布和規模以實現應變“島”在原本基本無應變的片材體積中的分布。在第二實施方案中，不從其環境室溫加熱，通過在光輥之間輥軋以將其厚度均勻降低最多大約4%，使類似地基本無應變的鎂合金片材變形。這一做法由于鎂不均勻形變的傾向而同樣有效地在原本基本無應變的片材體積中引入應變“島”的所需分布。

通過考量下列實施例，可以理解該方法的效力。AZ31鎂合金（標稱3重量%鋁、1重量%鋅、余量鎂和常見雜質）的樣品在使用小尺寸，25.4毫米標距長度拉伸樣品在室溫，大約25℃下受拉測試時，表現出大約17%的測得總伸長且拉伸強度為大約275?MPa。具有類似初始微結構的AZ31合金的另外樣品在包括引入局部變形區接著退火的上述延性增強加工后表現出大約28%的總伸長和大約275MPa的拉伸強度。

通過考量該片材的微結構可以最好地理解這樣的方法如何有效增強鎂片材延性的一定認識。

一般而言，由金屬和合金制成的結構由各自與其相鄰晶粒不同取向的獨立晶體或晶粒的空間填充組合體（assemblage）構成。晶粒通常遠小于該結構的任何維度，因此該結構在晶粒級下的細節被稱作其微結構。可以改變或控制微結構，對微結構的任何改變會影響金屬或合金的性質。

鎂合金片材產品最常由鑄錠或連鑄板坯（continuously?cast?slab）制備，通過在大約大約315℃的溫度下輥軋逐漸降低其厚度以使該片材在冷卻時退火。除提供所需厚度變化外，輥軋具有破壞和細化鑄態微結構和降低晶粒粒度的有益作用。輥軋和退火片材中的晶粒通常尺寸均一和等軸，即在截面中查看時，它們的大小不以任何系統化方式取決于測量方向。具有由通常小（大約20微米）的基本尺寸均一的等軸晶粒構成的微結構的鎂合金可以通過實施本發明轉化以形成表現出改進的延性的不同微結構。但這兩種結構的強度差異無法察覺。這是顯著成果，因為用于增強延性的大多數冶金技術也降低強度。

這種延性增強的微結構也含有等軸晶粒，但晶粒粒度分布是雙峰的，即其含有具有一定平均尺寸的較大晶粒的通常窄分布混合物和具有較小平均尺寸的也通常窄分布的較小晶粒。局部的基本均勻間隔的大晶粒粒度區域與主要小晶粒粒度區域密切混合并被后者包圍。大晶粒粒度區域在更大體積的較小晶粒內間隔大約500微米。在合適的比例下，小晶粒的體積可以為大晶粒的體積的大約兩倍。

在上文概述的本發明的示例性應用中，表現出大約17%的總伸長的AZ31鎂合金具有大約20微米的大致均一的晶粒粒度。根據本發明的實踐加工并表現出大約28%的總伸長的AZ31合金的第二樣品具有由在更大體積的較小晶粒中的間隔大約500微米的大晶粒粒度區域構成的雙峰晶粒分布。大約50%的晶粒具有大約5至25微米的晶粒粒度，大約25%的晶粒為大約70微米至大約100微米，其余大致均勻分布在25至70微米范圍內。