CN1272463C - 触变成型用镁合金坯料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触变成型用镁合金坯料的制造方法，对广泛用作压铸用合金的AZ91D镁合金实施挤出和压缩工序，引发烧结变形，经过根据诱发变形的活化液相原理的等温保持工序，以细小的再结晶组织形成初晶固相颗粒，从而可提高成型制品的机械性质。使用本发明工艺条件制造的镁合金触变成型材料，可适用于制造传动系部件、框架部件、内装部件等汽车部件，提高机械性能，同时，可制造由现有成型加工法难以制造的厚壁部件和形状复杂的制品。

Description

触变成型用镁合金坯料的制造方法

技术领域

本发明涉及触变成型(thixoforming，亦称半固态成型)用镁合金坯料的制造方法。它通过对广泛用作压铸用合金的AZ91D镁合金实施挤出和压缩工序，引发烧结变形，经过根据诱发变形的活化液相原理的等温保持工序，以细小的再结晶组织形成初晶固相颗粒，可提高成型制品的机械性质。

背景技术

一般来说，由于镁合金的质量轻，以降低油耗的需求在增大的汽车产业为中心，从部件轻量化方面看，占据着非常重要的位置，由此，当今世界上，汽车部件用镁合金材料的消耗量，正以每年15％以上的趋势增长。

通常，适用于汽车的镁合金部件是利用压铸工艺进行制造的。

这种压铸工艺是一种精密铸造法，将熔融金属注入与所要铸造形状完全一致的经精确机械加工的钢制模具中，得到与模具完全相同形态的铸造物。

然而，在镁合金部件的制造中，就压铸工艺的特征讲，难以控制气孔一类的铸造缺陷，所以铸造后，不可能通过热处理提高强度，且由于不能形成实际需要的形状，所以铸造后，需要昂贵的后处理工序。

作为新型的成型铸造方法，人们正在寻求铸造工序和包括挤出及压缩工序的热加工工序相结合的触变成型工艺。

这种方法，是在经过将合金铸造材料加热到固液共存区域，并保持一定时间的等温保持工序后，均匀分散在液相内形成浆料，制造近似球形的初晶固相颗粒，将其加工成型的制品生产方法。

作为这种使用触变成型工艺制造镁合金的方法，在日本特开平8-74015号中揭示了一种金属触变成型方法，它将供给模具的温度的过热度设定在液相线以上、且不超过30℃的温度区域，从该温度开始，以1.0℃/秒的冷却速度，使熔融金属冷却固化，铸造成坯料，然后，在固相线以上的温度下保持60分钟。在日本特开2001-316753号公报中，揭示了一种为提高刚性，利用固相在50％以下的状态下的触变成型法制造镁合金的方法；而在日本特开2003-183794号公报中揭示了一种板材制造方法，它是将镁坯料加热到400～500℃后，在容器温度为380～440℃、挤出材料出口温度为400～480℃的温度条件下，进行挤出加工后，得到挤出比为130～670的宽幅薄板材。

作为使用镁触变成型工艺的汽车部件实例，可以举出日本特开2000-186616号公报中所揭示的内燃机用活塞。

然而，上述触变成型工艺中使用的铸造材料坯料，在通过铸造工序的后冷却而制造成坯料的工艺中，需要能搅拌熔融液的昂贵的特殊设备，这样制成的触变成型用铸造材料，存在比一般铸造材料价格高的缺点。

而在利用这种触变成型工艺制得的制品中，初晶固相颗粒的大小，会对制品的性质产生很大的影响。

即，在触变成型工艺中，将合金铸造材料坯料加热后，在保持固液共存区域的过程的等温保持工序中，因所产生的初晶固相颗粒聚集，变成粗大的聚集体(结晶颗粒增大现象)，从而对制品的机械性能造成不良影响。

然而，在使镁合金适用于触变成型工艺时，实际的情况是直接将更廉价的普通铸造材料用作坯料的方法、以及能抑制由此导致的初晶固相颗粒粗大化的对工艺参数进行调节的技术似乎还未出现。

发明内容

本发明就是为解决上述问题而进行的，其目的是提供一种触变成型用镁合金坯料的制造方法。为了在以普通铸造材料为对象进行触变成型时，制造具有更细小初晶固相颗粒尺寸的坯料，对广泛用作压铸合金的AZ91D镁合金实施挤出和压缩工序，利用烧结加工引起变形，通过根据变形引发液相活性化原理的等温保持工序，以细小的再结晶组织形成初晶固相颗粒，从而提高成型制品的机械性能。

以下对用于达到上述目的的本发明的特征进行说明。

本发明的特征是包括以完成铸造材料制造工序的AZ91D镁合金铸造材料为对象进行挤出和压缩工序，然后实施等温保持工序的阶段，在制造触变成型用镁合金坯料时，在上述等温保持工序期间，实施升温工序，升温到等温保持温度，以得到具有40～60μm颗粒尺寸的初晶固相颗粒。

本发明的特征在于，在温度350～400℃，挤出比为30～50∶1的条件下实施上述挤出工序。

本发明的特征在于，在温度200～220℃，额定变形率为20～40％的条件下实施上述压缩工序。

本发明的特征在于，在等温保持温度570～580℃下，上述等温保持工序实施30秒～3分钟。

本发明的特征在于，升温到上述等温保持温度的升温速度为1.0～5.0℃/秒。

附图说明

图1是根据本发明的触变成型用镁合金坯料的制造工艺示意图。

图2a是本发明实施例1的微观组织显微镜照片。

图2b是本发明实施例2的微观组织显微镜照片。

图3是比较例的镁合金的普通铸造材料的微观组织显微镜照片。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的构成。

在本发明中，将广泛用于压铸的普通镁合金AZ91D合金用作基本材料，上述AZ91D镁合金，通常由制造公司以具有一定直径和长度的加工用铸造材料的坯料形态进行提供。

上述AZ91D镁合金是以镁(Mg)为主材料，其中含有8.3～9.7重量％的铝(Al)、0.35～1.0重量％的锌(Zn)、0.15～0.5重量％的锰(Mn)、和其它不可避免的微量杂质，广泛用于制造有高强度要求的汽车部件铸造材料的合金。

本发明提供了用于制造触变成型用坯料的工艺条件，它用于以由上述成分形成的AZ91D镁合金为对象，在触变成型工艺中所必须的工序，即等温保持工序期间，制造由具有40～60μm颗粒尺寸的细小初晶固相颗粒形成的触变成型用坯料，下面参照图1对其进行说明。

图1是根据本发明的制造触变成型用镁合金坯料时使组织细微化的工艺示意图。

首先，本发明是对将完成铸造材料制造工序的AZ91D镁合金铸造材料为对象时，在350～400℃的温度区间制造挤出材料的挤出工序的条件进行如下的更具体的说明。

挤出比(材料的截面积/挤出后的截面积)为30～50∶1，挤出模具角为180℃，随机存取存储器速度(以下称RAM速度)为2～3cm/分钟。

这些挤出条件是参照镁合金挤出用的一般工艺条件设定的。

上述挤出温度低于350℃时，不能充分确保材料的流动性，难以挤出，当超过400℃时，与挤出模具产生摩擦热，有可能引起局部熔融着火，所以挤出温度如上所述进行设定。

当上述挤出比小于30∶1时，不能引起充分的烧结变形，而当挤出比大于50∶1时，挤出压力增大，不可能实现挤出。

上述挤出模具角，与实际制造现场所用挤出机的模具角相应，当RAM速度超出上述设定区间时，会产生挤出制品表面发生裂痕等问题，得不到良好的挤出材料。

在上述挤出工序之前，将材料及挤出机容器和挤出模具，在挤出温度区间预热30分～1小时。

因此，在本发明中，制造具有直径25～50mm的棒状挤出材料时，上述挤出条件，可参考一般适用于镁合金的挤出条件通过实验进行设定。

这种挤出工序，在利用下述压缩工序引发烧结变形时，与用于有效表现本发明特征所必需的预处理工序相应，可通过上述挤出工序的热加工，引发材料的一部分产生烧结变形，由此，可提供一种易用于压缩工序的形态的材料。

本发明需要经过作为冷加工的压缩工序，用于以上述挤出材料为对象，赋予该材料对本发明起到重要效果的烧结变形。

这种压缩工序是使用变形引发液相活性化原理，在触变成型工艺中、等温保持工序期间形成球形初晶固相颗粒所必需的工序。

此处所说的变形引发液相活性化原理，是为使颗粒球形化，对固体状态合金进行热加工或冷加工，引发充分烧结变形后，在固液共存的温度下加热，得到由细小的再结晶组织成球的初晶固相颗粒。

即，作为材料具有充分变形的细小颗粒尺寸的结晶粒构造，当再结晶时，由于部分熔融，液相浸入颗粒间，使球形的固相浆料均匀分布在液相基质内，在此条件下，可得到触变成型工艺中所必需的细小再结晶组织。

因此，为得到这种细小的再结晶组织，最重要的是对温度和变形率等压缩工序条件的设定。

可是，就上述AZ91D镁合金的特征而言，产生的问题是，常温下压缩时，在赋予充分的烧结变形之前，产生破坏，在压缩温度很高时，会导致细小的再结晶组织的增长。

因此，在本发明中，通过多种温度下的实验，将压缩温度设定在200～220℃，将由压缩决定的额定变形率(变化的长度/最初的长度)，设定为20～40％，以得到由40～60μm颗粒尺寸形成的有效的细小的再结晶组织。

这时，真应变(true strain)适用于变形量非常小的弹性变形，而在变形量很大的烧结变形时，更优选为反映各变形阶段全长的额定变形率。

以后，本发明中，以如上所述制造的镁合金为对象，在固液共存的温度区间570～580℃内，进行30秒～3分钟的等温保持工序。

上述等温保持工序是在触变成型工艺中，在得到球状化组织后，将材料置于成型工艺中所必经的工序。

这时，等温保持工序的570～580℃的等温保持温度区间，是在考虑实际的触变加工时的作业条件后适当设定的。

即，一般在触变加工时，根据制品的形状，等温保持在使坯料材料的固相率达到50～60％范围的温度下，得到球形的初晶固相颗粒。

在本发明中，当对象为AZ91D镁合金时，液相线温度为598℃，固相线温度为468℃。

因此，该温度区间适于固液共存区域，就热力学状态图而言，适用于杠杆定律(1ever rule)，为使固相率达到上述50～60％，通过计算，等温保持温度设定为570～580℃。

在本发明的优选实施例中，以1.0～5.0℃/秒的升温速度，将经过压缩工序的材料升温到上述保持温度，当上述升温速度过低时，问题在于，需很长时间才能升温到等温保持温度，与此同时，经压缩工序形成的细小再结晶颗粒会发生增长，得不到细小初晶固相颗粒。

考虑到这种问题，在本发明中，通过多种条件下的实验，设定为上述升温速度。

另一方面，通过下述实施例1和实施例2，如表1所示，在升温速度的上下限内，升温速度对初晶固相颗粒的大小和硬度产生影响。

为制造适用于这种经过等温保持工序制造的本发明触变成型用镁合金坯料的传动系部件、框架部件、内装部件等汽车部件，对这种材料实施成型工艺，加工成该部件的最终形状。

因此，如图2a和2b所示，根据本发明的制造方法，通过由40～60μm颗粒尺寸的初晶固相颗粒形成细小的再结晶组织，可制造机械性能得到提高的镁合金，同时，可制造用现有成型加工法难以制造的具有厚壁的部件和形状复杂制品。

即，如上所述，对常用的已知的普通AZ91D镁合金铸造材料实施挤出和压缩工序，并由烧结加工进行引发变形后，再实施等温保持工序，不仅能明显减小初晶固相颗粒的大小，而且也能制造机械性能中的硬度得到了提高的新型镁合金。

以下通过实施例更详细地说明本发明，但本发明并不受这些实施例所限定。

实施例

实施例1～2

以经过铸造工序的AZ91D镁合金铸造材料为对象，在温度350℃及挤出比35∶1的条件下实施挤出工序，在温度220℃和额定变形率30％的条件下实施压缩工序，然后，分别以1.0℃/秒和5.0℃/秒的升温速度，升温到等温保持温度，并保持该温度，制造具有细小再结晶组织的镁合金坯料。

比较例

将AZ91D镁合金铸造材料作为对象，在温度350℃及挤出比35∶1的条件下实施挤出工序，在温度220℃及额定变形率30％的条件下实施压缩工序后，在580℃的等温保持温度下，保持1小时，制造镁合金坯料。

表1

区分	工艺条件	初晶固相颗粒尺寸(μm)	硬度(Hv)
				实施例1	升温速度5.0℃/秒	46	88
实施例2	升温速度1.0℃/秒	57	84
				比较例	在580℃下等温保持1小时	220	52

在上述表1中，表示出了根据实施例1、2和比较例的微观组织测定的初晶固相颗粒尺寸，并以它为机械性能的评价尺度实施硬度试验的结果。

在此，根据实施例1～2和比较例的微观组织测定的初晶固相颗粒尺寸大小，如图2a～图3的显微镜照片所示，实施例1为46μm，实施例2为57μm，比较例为220μm，由此可知，随着升温速度的增加，细微化程度也得到增加。机械性能的硬度(Hv)同样，实施例1为88Hv、实施例2为84Hv、比较例为52Hv，由此可知，随着升温速度的增加，硬度也得到提高。

由此可知，利用本发明的制造方法制造的触变成型用镁合金坯料，与现有的一般AZ91D镁合金相比，通过利用挤出及压缩工序引发烧结变形以及等温保持工序，可使球状化的初晶固相颗粒大小更细微。

发明效果

如上所述，根据本发明的触变成型用镁合金坯料的制造方法，对广泛用作压铸用合金的AZ91D镁合金，实施挤出和压缩工序，引发烧结变形，根据变形引发液相活性化原理，利用等温保持工序，可形成细小的再结晶组织，得到如下效果。

1)在熔融成型工艺中所必须实施的等温保持工序后，形成球形的初晶固相颗粒大小明显减小，由此提高机械性能。

2)根据本发明制造的镁合金材料用于传动系部件、框架部件、内装部件等汽车部件制造时，可制造现有成型加工法难以制造的厚壁部件及形状复杂制品。

Claims (2)

1.一种触变成型用镁合金坯料的制造方法，其特征在于，包括

以完成铸造材料制造工序的AZ91D镁合金铸造材料为对象进行挤出和压缩工序，然后实施等温保持工序的阶段，其中所述压缩工序在温度200～220℃、额定变形率20～40％的条件下进行，所述等温保持工序在570～580℃的等温保持温度下实施30秒～3分钟；

在制造触变成型用镁合金坯料时，实施升温工序，以1.0～5.0℃/秒的升温速度升温到所述等温保持温度，在所述等温保持工序期间，得到具有40～60μm颗粒尺寸的初晶固相颗粒。

2.如权利要求1所述的触变成型用镁合金坯料的制造方法，其特征在于，所述挤出工序在温度350～400℃、挤出比30～50∶1条件下进行。

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