制造高强度超塑性材料的方法技术

提出了制造高强度超塑性材料的方法，该方法能够容易地获得具有细晶粒构成的金属组织的高强度超塑性材料。向金属材料施加超声波之后，在以绝对温度表示的该材料熔点乘以０．３５至０．６得到的温度下对该金属材料进行热处理。最合适的金属材料是比衰减率不小于１０％的高减震金属材料，特别是Ｍｇ或Ｍｇ合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于利用超声波的金属材料晶粒细化和制造具有高强度以及超塑性特性的金属材料的方法。
技术介绍
人们知道，金属材料的晶粒越小，金属材料的强度、韧性和耐腐蚀性越高。当金属材料的晶粒尺寸不超过几个微米时，虽然在室温下表现出极高的强度，但是在特定的加热条件下产生超塑性现象并且可加工性显著提高。根据超塑性的一般定义，认为超塑性是多晶材料伸展变形中的一种现象，变形应力显示出高的应变依赖性并且在不发生局部收缩的情况下可表现出不小于百分之数百的巨大延伸率。具体地，据认为具有等轴晶粒且晶粒不大于10μm的材料，在不小于以绝对温度表示的熔点的1/2的温度下并以大约10-4/s的应变速率变形时，在不超过10MPa的变形应力下表现出巨大的延伸率。作为铁质材料和非铁金属材料的晶粒细化方法，已知的方法包括，涉及添加抑制晶粒生长的元素的方法，涉及通过热-机械处理利用相变，析出和再结晶的方法，涉及施加大的剪切加工的方法等等(参见例如JP2003-041331A，JP2002-194472A，JP2002-105568A，和JP2000-271693A)。对于铁质材料，涉及通过热-机械利用相变，析出和再结晶的方法是有效的而且在实验室规模下得到了小于1μm的细晶粒组织。然而，工艺可以简化到何种程度以便适应大规模生产是一个问题。另一方面，对于非铁金属材料特别是铝，迄今为止难以得到不大于10μm的均匀细晶粒组织。在日本，制造不大于3μm的细晶粒组织是New Energy Development Organization(NEDO)的一个项目，自1997年以来已经进行了一个五年计划。该项目的基本技术是涉及向材料施加大的剪切加工的方法。近年来，在笔记本个人电脑和移动电话中使用了轻质且坚韧的镁合金，该合金具有高的吸振特性。然而，镁的晶体结构是密排六方结构，在室温下该结构具有低的延伸性而且难于进行例如压制等二次加工。因此，镁的缺点是如果不通过模铸和触变铸造进行成型则不能获得良好品质的零件和壳体。制造方法的这些限制使镁合金的应用有限。此外，镁合金强度的不足是镁合金不能进一步用于交通工具如汽车和飞机的部分原因。为了解决这个问题，对获得不大于1μm的细晶粒的技术开发进行了研究。这些技术中的一种是涉及如同对铝那样施加大的剪切加工的方法。尽管在金属材料中，通过轧辊进行挤压和轧制是施加大的剪切加工的一般方法，但是近年来已经对ECAP工艺(equal-channel-angularpressing process)等进行了研究。在挤压加工中，从具有特定形状开口的模具挤压出坯料或板坯，并且通常采用通过模具开孔挤压坯料或板坯的直接方法。例如，在纯镁的情形中，挤压加热到350℃至400℃的坯料或板坯。然而，与铝相比，坯料温度与挤压速度之间的平衡是困难的，而且纯镁具有这样的缺点既使当温度稍低也不能对该材料进行挤压，且当温度升高时发生氧化。在Mg-Al-Zn合金(AZ合金)等情形中，进一步的精确控制是必需的。通过轧辊进行轧制的方法是在一个方向上释放金属材料同时通过上轧辊和下轧辊对其进行压制，并且研究了反复轧制结合(accumulative roll bonding)，低温轧制，使用不同圆周速率的轧制，熔融金属轧制、温热轧制等等。在反复轧制结合中，将轧制板沿长度方向一分为二并对其进行如脱脂的表面处理，随后，将该两块板相互叠置然后再次进行轧制。虽然这种方法的特征是可以在不改变板厚的情况下进行大的剪切加工，但是它的缺点是生产成本高昂。低温轧制是在液氮温度下进行轧制的方法，在这个温度下，轧制中引入的应变尽可能地不恢复，随后，通过快速加热以形成细的再结晶晶粒。然而，没有得到充分的效果。使用不同圆周速率的轧制是通过改变上轧辊和下轧辊的圆周速率向材料施加大的剪切加工的方法。由于在无润滑的情况下进行轧制，因此材料易于受到不均匀剪切力的作用，而且这种方法的缺点是材料的表面粗糙化。熔融金属轧制是通过将熔融金属注入水冷轧辊或通过其它方式使其快速冷却的方法，其中添加的元素以过饱和方式以固溶态溶解在熔融金属中。虽然添加的元素可以有效促进结晶核的形成同时抑制晶粒生长，但是易氧化的金属材料需要彻底的气氛调节。因此，这种方法不适合于大量生产。温热轧制是在不低于再结晶温度的热轧温度和冷轧的室温之间的中间温度下进行轧制的方法。例如，在向Al-Zn-Mg-Cu合金中添加适量Zr得到的合金中，获得了细晶粒结构。因此，在一些合金中已确定了这种轧制方法的效果。然而，中间温度的控制非常困难并且对于是否可以在其它金属材料中得到效果仍存在许多不明之处。ECAP方法是将坯料或板坯放入具有特定角度的孔的模具中，进行压制和挤压由此向该坯料或板坯施加大的剪切力。这种方法引起了人们的注意，因为它是一种非常有效的获得细晶粒组织的方法。然而，由于接受大剪切力的坯料或板坯非常坚硬，难于进行如轧制的二次加工。如果为了提高可加工性进行热轧，会发生晶粒生长，且实际水平下足够的强度和韧性以及高的延展性将不再令人满意。这就是目前的状况。顺便提及，作为弥补ECAP工艺缺点的方法，提出了连续剪切变形工艺(Conshearing工艺)，其中使ECAP工艺连续进行(Saitou和其它二人，“Proposal of Novel continuous High Straining Process-Development of Conshearing Process，”Advanced Technology ofPlasticity，第III卷，Proceedings of the 6thInternationalCoference of Technology of Plasticity，1999年，9月19日-24日，第2459-2464页)。所有方法都涉及对制成的坯料等进行大的剪切加工，并且剪切加工需要极大的应力或者不能维持金属材料的初始形状。
技术实现思路
提出本专利技术以解决现有技术中的上述问题，并且本专利技术的目的是提供，该方法使得容易地获得具有细晶粒构成的金属组织的高强度超塑性材料成为可能。在本专利技术的高强度超塑性材料的制造方法中，通过向金属材料施加超声波然后在以绝对温度表示的金属材料熔点乘以0.35至0.6得到的温度下对该金属材料进行热处理解决了上述问题。在许多情形中，当向金属材料施加振动时，振动会随时间减弱并且会最终停止。振动的减弱存在两种机制。一种被称为外部摩擦，并且这种机制是振动能量通过空气等从振动金属释放到外部。另一种机制是内部摩擦，并且这种机制是在金属材料内部振动能量转变成热、应变等。内部摩擦也被称为减震能力。根据振动能量的转变机制，将减震能力分为下列4种(1)母相和第二相界面处产生的粘性流体或塑性流体引起的减震能力。(2)磁畴壁的不可逆移动引起的减震能力。(3)位错由于杂质原子从固着点脱离引起的减震能力(4)母相和马氏体相边界处转变孪晶界的移动引起的减震能力。在减震能力特别大的金属材料中，部分振动能量以热量形式或通过任意上述分类的(1)至(4)转变机制积累成应变而消耗。在积累应变的金属材料中，引入了大的应变，该应变相当于或大于机械方式施加剪切的情形中的应变。因此，可以认为如果在以绝对温度表示的金属材料熔点乘以0.35至0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造高强度超塑性材料的方法，其中向金属材料施加超声波之后，在以绝对温度表示的该金属材料熔点乘以０．３５至０．６得到的温度下对该金属材料进行热处理。

【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：山本一富，
申请(专利权)人：古河机械金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]