铝和镁合金中的氢致延展性制造技术

本发明专利技术涉及铝和镁合金中的氢致延展性。具体地，高镁或高铝含量工件的延展性在该工件的塑性变形期间得到增加。当该工件在包括高浓度干燥氢气的密封室中被塑性变形时，与在空气中被类似变形的相同成分的工件的延展性相比，该工件呈现增加的延展性。对包括铝和镁合金具有诸如挤出板、拉伸条、轧制板和活塞铸造的各种形式的几个工件，量化所增强的延展性。增强的延展性在广泛范围的工艺温度下是显而易见的，而强度特征没有显著下降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在氢气气氛中通过处理增加铝和镁合金的延展性的方法，以及用于形成包括铝和镁合金的工件的方法。
技术介绍
延展性是一种机械性能，用于描述材料在应力下可以塑性变形而不断裂到何种程度。当施加较低水平的应力时，变形可能是弹性的，由此通过消除应力，工件返回到被施加应力前它所具有的形状。在外加应力水平增加时，变形变成塑性的。当外加应力超出一定水平时，工件断裂。因此，工件的延展性与断裂时施加的应力和变形首次变成塑性时施加的应力之间的差有关。合金的延展性是选择在需要形成和加工合金的过程中要使用的材料的重要考虑。 例如在汽车制造中，车身板必须被形成为具有非常精确规格的复杂形状，经常通过在合金材料上广泛施加拉伸应力进行。高延展性的合金可用于这种应用，因为它有助于合金的整体可加工性以及成形工艺的多用性。适量增加合金的延展性，通过允许更大范围的将不导致工件不良断裂的工艺参数，可以显著节约成本。因为在众多其他所需的结构特征中，它们呈现相对高的强度重量比，铝和镁合金在包括汽车工程的很多领域中得到突出关注。由于相对低的延展性和缺陷的高传播性，铝和镁合金会难以形成复杂的几何形状。出于该原因，合金通常必须在高温下或通过使用诸如压铸或注模的技术予以处理。一种解决方案可能是寻求天性具备高延展性的不同合金成分。然而，寻找和生成新合金成分本身花费的努力会比尝试改善现有合金的有用性花费更高成本。热处理在本领域中常被用来增加铝和镁合金的强度及延展性。热处理可能涉及诸如固溶退火(solution annealing)的工艺，其涉及加热合金至刚好低于固相线温度 (solidus temperature)并且随后在水或另一介质中淬灭合金。热处理可能涉及包括非常精确的温度升温计划(temperature ramping schedule)的更复杂的工艺，温度升温计划可以与合金的物理加工一起组合来增加该合金的延伸。热处理一般来说会昂贵而又费时。氢致延展性是对于很多钛基合金存在的已知现象。然而，铝和镁基合金在金属成形领域一般被视为与氢气不相容。部分由于几个复杂的物理和电化学现象，氢气可以使铝和镁合金极易脆化和应力腐蚀开裂。这在潮湿条件下尤其如此。因此，本领域仍然存在对增加铝和镁合金的延展性的经济方法的需要。
技术实现思路
该需要通过本专利技术的几个实施例来满足，由此，当在包括干燥氢气的气氛中对合金进行塑性变形时，铝和镁合金的延展性被增加。令人惊讶的是，本专利技术人发现，在包括干燥氢气的气氛中塑性变形铝或镁合金引起该合金的延展性增加但没有严重的脆化效应。该延展性的增加已在包括共同合金的板材、条、板上，在室温和低如-50°C的温度下得以证实。该效应可应用于本专利技术的用于塑性变形包括铝或镁合金的工件的方法。这种方法提供了加工具有更高延展性的工件所固有的工艺优势，包括避免了本领域普遍的对劳动力和成本密集型热或物理处理的需要。根据本专利技术实施例，提供了一种方法，通过该方法，在包括干燥氢气的气氛中加工基本由金属合金组成的工件。特别地，在可以包括惰性气体的受控氢气气氛中塑性变形该金属合金。在本专利技术实施例陈述的条件下，工件可被变形为延展性增加的临时状态。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于在塑性变形期间增加工件的延展性的方法，该方法包括提供工件，该工件特征在于初始延展性并且包括由至少75重量百分比的铝或镁以及少于0.2重量百分比的钛组成的合金。工件被置于处理室中。建立包括至少50 vol. % (体积百分比)的氢气和一个或多个惰性气体余量的室气氛(chamber atmosphere)0 可以以超过该合金的屈服强度的水平向施加工件拉伸应力，从而引起塑性变形。当实现所需的变形水平时，工件可被去除拉伸应力并且可从处理室中取走。由于室条件，塑性变形在工件呈现大于初始延展性的处理延展性时发生。工件可基本具有挤出金属板材、拉伸条、轧制板或铸造合金的形式。室的温度可被设定在-70°c至+50°C的范围内。处理室可被加压至0. 1-30 MPa (兆帕)的压力。可以进一步通过在基本充满氢气的气氛中进行塑性变形来增加工件的延展性。例如，可以建立包括至少90 vol.%,99 vol. %、或99. 99 vol. %氢气的室气氛。优选地，室气氛可以包括至少 99.9999 vol. % 氢气。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于增加铝合金的挤出板的延展性的方法， 该方法包括提供包括至少75重量百分比的铝和少于0. 2重量百分比的钛的合金的挤出板。 该合金的成分可以基本符合诸如Al 2024、Al 4032、Al 6010A、A1 6060、Al 6061、Al 6082 或Al 7075的标准规格。室的温度可被设定在_70°C至+50°C的范围内。处理室可被加压至0. l-30Mpa的压力。挤出板可以具有诸如车身板材的汽车部件的形式。按照本专利技术的再一方面，提供了一种用于在变形期间增加工件的延展性的方法， 该方法包括提供由包括至少75重量百分比的镁的合金组成的工件。室的温度可被设定在-70°C至+50°C的范围内。处理室可被加压至0. IMpa至30Mpa的压力。该合金的成分可以基本符合标准规格AZ 31。本专利技术还提供了以下方案1. 一种用于在变形期间增加工件的延展性的方法，所述方法包括 提供包括合金的工件，所述合金限定了初始延展性并且包括至少75重量百分比的从由铝和镁组成的组中选择的金属； 将所述工件置于处理室中； 建立室气氛，所述室气氛包括 至少50 vol. %氢气； 少于2000 ppm体积的氧气； 基本没有水汽；以及余量惰性气体； 使所述工件塑性变形；以及从所述处理室取走所述工件，使得至少在向所述工件施加拉伸应力期间，所述合金限5定了大于所述初始延展性的处理延展性。2.根据方案1所述的方法，其中，所述使所述工件塑性变形还包括向所述工件施加拉伸应力，将所述工件变形到所需形状，并消除所述拉伸应力。3.根据方案1所述的方法，其还包括设定介于_70°C与+50°C之间的室温度。4.根据方案3所述的方法，其还包括将所述处理室加压至介于0. 1 MI^a与30 MPa 之间的压力。5.根据方案4所述的方法，其中，所述室气氛包括至少90 vol. %氢气。6.根据方案5所述的方法，其中，所述室气氛包括至少99 vol. %氢气。7.根据方案6所述的方法，其中，所述室气氛包括至少99. 99 vol. %氢气。8. 一种用于在变形期间增加铝合金挤出板的延展性的方法，所述方法包括 提供包括合金的挤出板，所述合金限定了初始延展性并且包括少于0. 2重量百分比的钛以及至少75重量百分比的铝； 将所述挤出板置于处理室中； 建立室气氛，所述室气氛包括 至少50 vol. %氢气； 少于2000 ppm体积的氧气； 基本没有水汽；以及余量惰性气体； 使所述挤出板塑性变形；以及从所述处理室取走所述挤出板，使得至少在向所述挤出板施加拉伸应力期间，所述合金限定了大于所述初始延展性的处理延展性。9.根据方案8所述的方法，其中，所述使所述工件塑性变形还包括向所述工件施加拉伸应力，将所述工件变形到所需形状，并消除所述拉伸应力。10.根据方案8所述的方法，其还包括设定介于_70°C与+50°C之间的室温度。11本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于在变形期间增加工件的延展性的方法，所述方法包括：提供包括合金的工件，所述合金限定了初始延展性并且包括至少７５重量百分比的从由铝和镁组成的组中选择的金属；将所述工件置于处理室中；建立室气氛，所述室气氛包括：至少５０　ｖｏｌ．％氢气；少于２０００　ｐｐｍ体积的氧气；基本没有水汽；以及余量惰性气体；使所述工件塑性变形；以及从所述处理室取走所述工件，使得至少在向所述工件施加拉伸应力期间，所述合金限定了大于所述初始延展性的处理延展性。

【技术特征摘要】
2010.02.26 US 12/7134931.一种用于在变形期间增加工件的延展性的方法，所述方法包括提供包括合金的工件，所述合金限定了初始延展性并且包括至少75重量百分比的从由铝和镁组成的组中选择的金属； 将所述工件置于处理室中； 建立室气氛，所述室气氛包括 至少50 vol. %氢气； 少于2000 ppm体积的氧气； 基本没有水汽；以及余量惰性气体； 使所述工件塑性变形；以及从所述处理室取走所述工件，使得至少在向所述工件施加拉伸应力期间，所述合金限定了大于所述初始延展性的处理延展性。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述使所述工件塑性变形还包括向所述工件施加拉伸应力，将所述工件变形到所需形状，并消除所述拉伸应力。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括设定介于_70°C与+50°C之间的室温度。4.根据权利要求3所述的方法，其还包括将所述处理室加压至介于0.1 MI^a与30 MPa 之间的压力。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述室气氛包括至少90vol.%氢气。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述室气氛包括至少99vol.%氢气。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述室气...

【专利技术属性】
技术研发人员：T米希勒，
申请(专利权)人：T米希勒，
类型：发明
国别省市：US