镁合金锻造材料和锻造构件以及制造锻造构件的方法技术

本发明专利技术提供了镁合金锻造材料和锻造构件，以及制造锻造构件的方法，这些锻造构件在常温和高温下的机械特性和可锻性俱佳，并且价格低廉，镁合金锻造材料至少含有铝和钙，其３００℃时的临界镦锻率不小于７０％。它含有不小于２％（重量）和不大于６％（重量）的铝，不小于０．５％（重量）和不大于４％（重量）的钙，其平均粒径不大于３００微米。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及镁合金锻造材料和至少含有铝和钙的锻造构件，以及制造锻造构件的方法。众所周知，镁(下面用其元素符号Mg表示)合金是目前实际应用的金属材料中密度最小的(最轻的)金属。例如，在要求进一步提高燃料效率的机动车领域，从进一步减小重量考虑，镁合金正在越来越多地用作各种部件的材料，代替通常用作轻质材料的铝(下面用其元素符号Al表示)。Mg合金可用包括锻造的压力加工法，或包括铸造或压射成型的成形法来进行加工。例如，本申请人在日本专利2676466(后面称作现有技术1)中提出的Mg合金构件，可通过下面步骤来制造，即锻造由含6-12％(重量)Al的Mg合金制成的压射成型构件，锻造后，进行所谓的T6热处理(在溶液热处理后进行人工老化处理的热处理)。本申请人还在日本专利公开公报平9-272945(后面称作现有技术2)中揭示一种耐热Mg合金构件，这种构件可通过压射成型半熔融状态的Mg合金来获得，Mg合金含有2-6％(重量)的Al和0.5-4％(重量)钙(下面用其元素符号Ca表示)，Ca/Al比值为0.8或更低，以获得优良的模压加工性能和伸长百分数，同时保证抗蠕变特性。日本专利公开公报平9-263871(后面称作现有技术3)公开了由高强度Mg合金制成的热锻造产品，通过热锻造稀土-Ca或Y基底的Mg合金(Ca or Y base Mgalloy)来制得，以获得室温强度和高温强度皆优良的Mg合金部件，这种产品可用作要求在高温和室温都具有可靠强度的机动车发动机部件。这类Mg合金已经投入实际应用，作为用于例如机动车车轮等的材料。然而，为了将这种Mg合金应用在如与内燃发动机有关的机械部件(如发动机的空气进气/排气阀的升降部件)，它们需要满足较严格的温度或强度方面的使用条件，要求Mg合金不仅当然要具有常温时的强度特性，还要求即使在高温(如150℃左右)时也具备高的拉伸强度(如不小于220MPa)和抗蠕变性能。上述阀升降部件的情况，其上盘部分与气缸盖和凸轮的孔部分的壁面滑动接触(或与校正垫片接触，校正垫片与凸轮滑动接触)，因此要求上盘部分具有高的耐磨性。在要求保证机械特性，如高于规定量(如不小于220MPa)的拉伸强度，或高温(如150℃左右)时优良的抗蠕变特性情况下，诸如铸造和压射成型之类的成型方法通常难以稳定地获得要求的特性，最好采用压力加工，压力加工能够在加工过程中获得致密材料，尤其是在高于规定的锻造速度锻造时。因此，对Mg合金，必须保证成功的可锻性，以获得上述机械特性。然而，在现有技术1的情况，尽管可以保证可锻性，Mg合金的Al含量仍较高，因此抗蠕变特性较低，不适合高温使用。正如人们了解的，这是因为Al和Mg易于产生对诸如抗蠕变特性的高温特性有不利影响的化合物，因此，Al含量大于规定量会使这些有害化合物大量沉积，就不能保证抗蠕变特性。在现有技术2中，也由于Mg合金构件主要是压射成型的产品，很难保证象锻造产品那样的高机械特性，特别是高温时的稳定强度。因此，Mg合金构件与锻造产品相比，其应用范围不可避免地受到限制。在现有技术3的情况中，由于Mg合金还含有贵重的稀土元素，其缺点在于成本非常高，缺乏实用可能性。本专利技术针对上述问题，其一个目的在于，提供镁合金锻造材料和锻造构件，以及制造锻造构件的方法，这类锻造材料和构件在室温和高温时都具有优良的机械特性，可锻性好，且成本相对低廉。本专利技术人针对上述问题进行了深入研究，已发现在由至少含Al和Ca的Mg合金制成的锻造材料中，在Ca含量不大于规定值(不大于4％(重量))条件下，抗蠕变特性随Ca含量的增加而提高；在Al含量在不大于规定值(不大于6％(重量))范围内，可保持良好的抗蠕变特性；在Al含量在不大于规定值(不大于2％(重量))范围内，可保证高温(150℃)时高的拉伸强度；在Ca/Al比值(Ca含量(重量)与Al含量(重量)的比值)不大于规定值(不大于0.8)条件下，可以将高速锻造时裂纹的发生率抑制到很低，同时又可以保证要求的锻造速度，而且还发现锻造材料的平均粒径越小，锻造过程中可以保证越高的临界镦锻率。因此，本专利技术第一方面提供了Mg合金锻造材料，其特点是至少含有Al和Ca，在300℃时的临界镦锻率不小于70％。设定临界镦锻率不小于上述70％是因为当由锻造Mg合金锻造材料所获得的锻造构件是用于要求大于规定值的高强度的构件、部件等，如发动机的气门挺杆时，最好能确保临界镦锻率不小于70％。这种情况下，锻造温度如果设定在300℃，该温度低于提高改善可锻性的效果趋于饱和时的温度，但应比低400℃低得多，因为400℃会引起高温氧化问题，这样可以避免高温时氧化的不利影响。本专利技术的第二方面，提供的Mg合金锻造材料的特点是含有不小于2％(重量)但不大于6％(重量)的Al和不小于0.5％(重量)但不大于4％(重量)的Ca，其平均粒径不低于300微米。这种情况下Al含量的下限设定为2％(重量)的原因是因为Al含量低于此值就很难保证高温(150℃)时有足够的拉伸强度(不小于220MPa)，上限设为6％(重量)是因为Al含量大于此值会使抗蠕变特性降低。同时，Ca含量下限设为0.5％(重量)是因为Ca含量小于此值会引起抗蠕变特性降低，上限设为4％(重量)是因为Ca含量超此值会使改善抗蠕变特性的效果趋于极限。此外，锻造材料的平均粒径设为不大于300微米是因为平均粒径大于此值会难以保证要求的临界镦锻率(不小于50％)。本专利技术第三方面，根据第一或第二方面的Mg合金锻造材料的特点是Ca含量与Al含量的比值不大于0.8。Ca/Al比值设为不大于0.8是因为Ca/Al在此范围可以确保所要求的锻造率(50％)，另外，即使以高速锻造也能将裂纹发生率抑制到极低。本专利技术第四方面，根据第一至第三的任一方面的Mg合金锻造材料的特点是可以在锻造前用压射成型使锻造材料预成形为特定的形状。本专利技术第五方面，提供了制造Mg合金锻造构件的方法，其特点是将本专利技术第一至第四方面的任一方面的Mg合金锻造材料进行热锻造，这些锻造材料含有不小于2％(重量)但不大于6％(重量)的Al和不小于0.5％(重量)但不大于4％(重量)的Ca。Al含量的下限设定为2％(重量)是因为Al含量小于此值就很难保证高温(150℃)时有足够的拉伸强度(不小于220MPa)，上限设为6％(重量)是因为Al含量大于此值会使抗蠕变特性降低。同时，Ca含量下限设为0.5％(重量)是因为Ca含量小于此值会引起抗蠕变特性降低，上限设为4％(重量)是因为Ca含量超此值会使改善抗蠕变特性的效果趋于饱和。本专利技术第六方面，根据第五方面的制造Mg合金锻造构件方法的特点是以不小于400的速度热锻造Ca含量与Al含量比值(Ca/Al比)不大于0.8的Mg合金锻造材料。Ca/Al比值设为不大于0.8是因为Ca/Al在此范围可以确保所要求的锻造率(50％)，另外，即使以高速锻造也能将裂纹发生率抑制到极低。锻造速度设为不小于400是因为制造诸如发动机的气门挺杆的机械部件要求确保大约这样的锻造速度来提高生产率。本专利技术第七方面，根据第五或第六方面的制造Mg合金锻造构件方法的特点是热锻造的温度在250℃-400℃范围内。锻造温度的下限设为250℃是因为高于此值的锻造温度能够确保满意的临界镦锻率(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金锻造材料，其特征在于，所述材料至少含有铝和钙，其３００℃时的临界镦锻率不小于７０％。

【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：坂本和夫，山本幸男，石田恭聪，
申请(专利权)人：玛志达株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]