具有改善的可挤压性和可成形性的镁锻造合金制造技术

一方面，本发明专利技术提供具有相对高的强度和可铸性以及适于锻造合金应用的改善的延展性和可挤压性的镁基铸造合金。镁基锻造合金包含约２．５至约４．０％重量的铝（ＡＩ），低于约０．１％重量的锰（Ｍｎ），和余量的镁（Ｍｇ）。本发明专利技术进一步提供形成锻造合金组件的方法以及由此形成的汽车组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属合金，更具体地涉及镁基金属合金组合物，以及制备和使用这种组合物的方法。
技术介绍
镁基合金一般分为两个不同的类别，即铸造或锻造合金。两种类型的合金都广泛应用于包括汽车工业的许多工业中。可以通过常规的铸造方法制造镁基合金铸件，所述方法包括压铸、砂型铸造、永久和半永久模铸造、石膏模铸造和熔模精密铸造。一般通过将熔融金属浇注至铸模而形成铸件，铸模在熔融材料冷却及固化时使其定形。随后在固化之后将模与部件分离。铸造合金材料显示出许多特别有利的性质，这促进了汽车工业中镁基合金铸件需求的增长。这些性质包括低密度、高强度重量比、易加工性和良好的阻尼特性。然而，许多铸造合金组合物并不是特别良好地适于用作锻造合金，其中合金材料在固化之后通过变形方法进一步加工。此外，许多市售锻造镁基合金在性能能力上不及其它金属锻造合金(例如铝基或不锈钢合金)。因此存在着对适合于锻造合金用途的改善的镁基合金的需求。专利技术概述一方面，本专利技术提供金属合金，所述金属合金包含约2.5至约3.5重量百分数(以下“％重量”)的铝(Al)；约0.2至0.6％重量的锰(Mn)；低于约0.3％重量的锌(Zn)；总量低于约0.1％重量的一种或多种杂质；和余量的镁(Mg)。另一方面，本专利技术提供镁基锻造合金，所述合金组合物包含约2.5至约4.0％重量的铝(Al)；总量低于约1.0％重量的锰(Mn)和锌(Zn)；总量低于约0.1％重量的杂质；和余量的镁(Mg)。还有另一方面，本专利技术提供形成锻造合金元件的方法，所述方法包括在铸造温度下形成熔融合金材料，所述合金材料组合物包含低于约4.0％重量的铝(Al)；总量低于约1.0％重量的锰(Mn)和锌(Zn)；总量低于约0.1％重量的一种或多种杂质；和余量的镁(Mg)。将合金材料冷却至固化。通过变形处理固化的合金材料，从而形成锻造合金元件。本专利技术进一步提供用于车辆的部件，该部件包括镁基锻造合金，所述合金包含低于约4.0％重量的铝(Al)；总量低于约1.0％重量的锰(Mn)和锌(Zn)；总量低于约0.1％重量的一种或多种杂质；和余量的镁(Mg)。本专利技术还提供镁基锻造合金，所述合金组合物包含约2.5至约4.0％重量的铝(Al)；总量低于约1.0％重量的锰(Mn)和锌(Zn)；总量低于约0.1％重量的杂质；和余量的镁(Mg)；其中该锻造合金在室温下具有大于8％的伸长率。在另一个本专利技术优选方面中提供了镁基锻造合金，所述合金组合物包含约2.5至约4.0％重量的铝(Al)；总量低于约1.0％重量的锰(Mn)和锌(Zn)；总量低于约0.1％重量的杂质；和余量的镁(Mg)；其中该锻造合金在360℃下具有大于305mm/分钟的挤压速度。通过下文中提供的详细描述，本专利技术进一步的适用范围将是显而易见的。应该理解的是表示本专利技术优选的实施方案的详细描述和具体实施例打算仅用于举例说明目的，并不打算限制本专利技术的范围。附图简述通过详细描述和附图可以更加充分地理解本专利技术，其中附图说明图1是显示现有技术合金的最大挤压速度的图表；图2是显示比较现有技术合金(AZ31B)与本专利技术合金(AM30)的最大挤压速度的图表；图3为真实应力对真实应变的拉伸曲线图，显示在室温下本专利技术合金(AM30)与现有技术合金(AZ31B)的比较；图4为本专利技术合金(AM30)在升高温度下的拉伸曲线图；图5为现有技术合金(AZ31B)在升高温度下的拉伸曲线图；和图6显示比较本专利技术合金(AM30)与现有技术合金(AZ31B)的温度对伸长率的影响。优选实施方案详述下面对于优选实施方案的描述在本质上仅仅是示例性的，绝不打算限制本专利技术及其应用或用途。一方面，本专利技术提供坚硬、耐腐蚀和轻质的镁基合金。“镁基”的含义表示组合物主要包含镁，通常超过80％重量的镁。此处使用的术语“组合物”泛指含有至少优选的金属元素或化合物的物质，但还可以包含另外的物质或化合物，包括添加剂和杂质。术语“材料”也泛指含有优选的化合物或组合物的物质。本专利技术进一步涉及制备优选实施方案的镁基合金的方法，以及制备具有优选实施方案的本专利技术合金的部件的方法。另一方面，本专利技术提供设计有改善的可挤压性及可成形性同时仍然保持强度及抗腐蚀性的锻造镁基合金。此处使用的术语“锻造”和‘加工”的意思相同，指的是本领域技术人员公知的通常经过两个独立步骤处理的合金。第一步骤包括将熔融金属形成为锭、坯或预成型体。然后通过在第二步骤中加工预成型体而对第一步骤中形成的预成型体进行处理，从而形成锻造产品。预成型体因此在第二步骤中经受物理变形方法，其可包括例如挤压或轧制。然后锻造产品可用于形成部件或部件的一部分。另一方面，通常所知的“铸造”则涉及将熔融金属合金浇注至铸模从而基本上以接近完成态形成固化的铸件。熔融金属合金浇注至模中，金属合金冷却后在其中固化形成铸件。由于物理加工的差异，铸造合金的物理要求不同于锻造合金的要求。因此，本质上锻造合金首先铸造成锭或预成型体，它还必须进一步经受另外的物理变形和相应的加工条件。因此，比起铸造合金所需的性能而言，锻造合金一般需要更多种物理性能的额外最佳化。例如，锻造合金需要有更高的延展性、可挤压性及可成形性，同时还需要有适合初始铸造方法的足够的强度和可铸性。在许多不同的应用中减小部件装配的组件重量对提高效率是很重要的，而在例如汽车的车辆应用中对燃料效率变得非常重要。例如，由于镁合金的高生产率和良好的可铸性，一般通过压铸制造现有的镁部件。但是对任何给定的应用而言，许多金属部件可以由锻造合金制作，这能进一步提高效率。例如，钢和铝合金管状部件越来越多地用于汽车工业中以取代冲压组件，这潜在地转化为重量节省、部件加固和改善的车辆性能。这种管状组件可用于形成支撑结构，如车架、发动机架、车顶纵梁、横梁支架和仪表板梁。目前，已知现有的性能最好的锻造镁合金之一是AZ31B(根据ASTM命名是具有大约3％重量铝(Al)、1％重量锌(Zn)和余量的镁和杂质的组合物的镁基合金，一般表示为式Mg-3％重量Al-1％重量Zn)，在现有的锻造镁合金中其提供了机械性能和可挤压性的最好的结合。然而，例如与现有的铝挤压合金相比，所有目前现有的镁基锻造合金的可挤压性和可成形性均相对较差。本专利技术的镁基合金为相对低成本的轻质合金，它显示改善的延展性和可挤压性，同时在一定温度范围(例如从大约26℃的环境温度至约200℃)保持相对高的强度和可铸性。本专利技术的镁基合金特别良好地适合于锻造合金应用。此外，本专利技术合金还具有抗腐蚀性。由于上述这样的性质，本专利技术合金适合用于包括各种汽车组件的多种应用中，例如包括框架、支撑部件、横梁、仪表板梁、车顶纵梁、发动机架、分动箱和转向组件。本专利技术优选的实施方案包含铝作为合金元素，一般认为铝对镁合金的物理性质产生有利的影响。铝通常改善镁基合金的强度和硬度，但降低总的延展性。一般来说，增加铝含量(即超过约5％重量)可加宽镁基合金的凝固范围，这使其易于铸造。然而这里有权衡考虑的问题，因为增加的铝含量由于增大的硬度而使得合金更难以进行后续加工。因此，本专利技术的一个方面是最优化本专利技术合金中的铝含量以使延展性和可挤压性达到最大程度，同时保持合理的强度和可铸性(加工或挤压之前的坯体铸造)。从而，本专利技术优选的实施方案包含的铝含量低于约4％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属合金，所述合金包含：约２．５至约３．５％重量的铝（Ａｌ）；约０．２至约０．６％重量的锰（Ｍｎ）；低于约０．３％重量的锌（Ｚｎ）；总量低于约０．１％重量的一种或多种杂质；和余量的镁（Ｍｇ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗爱华，AK萨奇德，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]