描述了增强含有85重量%或更多镁的镁合金片材的延性的方法。具有大致均一晶粒粒度的退火的基本无应变的片材在局部区域中局部变形以形成嵌在基本无应变的基质中的具有预定应变的应变“岛”，然后退火。变形区域发生重结晶和晶粒生长，而片材的其余部分仅发生晶粒粒度的轻微变化，以产生带有具有双峰粒度分布的晶粒的片材。由此加工的合金的延性明显大于未加工的均一晶粒粒度合金的延性，而不损害该合金的拉伸强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及加工热轧和退火的镁基合金片材以获得该材料中的增强的室温延性而不降低其拉伸强度的方法。
技术介绍
仍然有兴趣减轻车辆重量。减轻重量的一种方法是用更高强度/重量比的片材替代车辆构造中现在常用的钢和铝合金。镁和含有例如85重量％或更多镁的合金的低密度和合理强度使它们成为这种材料替代的有吸引力的候选物。但是，镁合金不像钢和铝那样易延展，因此将这样的镁合金片材冲压或成型成通用部件的复杂形状是富有挑战性的。尽管可通过在明显高于室温的温度，例如250°C或更高的温度下变形来增强镁合金的延性，但这样的做法使成形工艺复杂化和减慢。需要增强镁的室温可成形性或延性的方法以扩大和扩展镁合金片材在大体积车辆生产中的应用。专利技术概述 一般而言，本专利技术的实践以已经退火或以其它方式提供基本无应变(例如每平方厘米含有少于大约1O8个位错(dislocations))的微结构的镁基合金片材开始。使镁合金片材轻微变形以引入分布并嵌在原本基本无应变的基质中的小局部应变体积或“岛”。分布着应变和无应变片材区的片材随后例如通过在大约350°C下保持大约30分钟来退火。在这样的加工后，该片材与原始片材相比表现出明显增强的延性，但强度相当。在一个实施方案中，通过在粗糙辊之间辊轧片材，无加热地使基本无应变的镁合金片材变形，所述粗糙棍经调节以使仅棍的高点(high points)与片材的相对表面接触和使其变形。通过适当调节辊上的高点的高度和分布，可以赋予片材变形和基本未变形区域的合适分布和规模以实现应变“岛”在原本基本无应变的片材体积中的分布。在第二实施方案中，不从其环境室温加热，通过在光辊之间辊轧以将其厚度均匀降低最多大约4%，使类似地基本无应变的镁合金片材变形。这一做法由于镁不均匀形变的倾向而同样有效地在原本基本无应变的片材体积中弓I入应变“岛”的所需分布。通过考量下列实施例，可以理解该方法的效力。AZ31镁合金(标称3重量％铝、I重量％锌、余量镁和常见杂质)的样品在使用小尺寸，25.4毫米标距长度拉伸样品在室温，大约25°C下受拉测试时，表现出大约17%的测得总伸长且拉伸强度为大约275 MPa。具有类似初始微结构的AZ31合金的另外样品在包括引入局部变形区接着退火的上述延性增强加工后表现出大约28%的总伸长和大约275MPa的拉伸强度。通过考量该片材的微结构可以最好地理解这样的方法如何有效增强镁片材延性的一定认识。一般而言，由金属和合金制成的结构由各自与其相邻晶粒不同取向的独立晶体或晶粒的空间填充组合体(assemblage)构成。晶粒通常远小于该结构的任何维度，因此该结构在晶粒级下的细节被称作其微结构。可以改变或控制微结构，对微结构的任何改变会影响金属或合金的性质。镁合金片材产品最常由铸锭或连铸板还(continuously cast slab)制备,通过在大约大约315°C的温度下辊轧逐渐降低其厚度以使该片材在冷却时退火。除提供所需厚度变化外，辊轧具有破坏和细化铸态微结构和降低晶粒粒度的有益作用。辊轧和退火片材中的晶粒通常尺寸均一和等轴，即在截面中查看时，它们的大小不以任何系统化方式取决于测量方向。具有由通常小(大约20微米)的基本尺寸均一的等轴晶粒构成的微结构的镁合金可以通过实施本专利技术转化以形成表现出改进的延性的不同微结构。但这两种结构的强度差异无法察觉。这是显著成果，因为用于增强延性的大多数冶金技术也降低强度。这种延性增强的微结构也含有等轴晶粒，但晶粒粒度分布是双峰的，即其含有具有一定平均尺寸的较大晶粒的通常窄分布混合物和具有较小平均尺寸的也通常窄分布的较小晶粒。局部的基本均匀间隔的大晶粒粒度区域与主要小晶粒粒度区域密切混合并被后者包围。大晶粒粒度区域在更大体积的较小晶粒内间隔大约500微米。在合适的比例下，小晶粒的体积可以为大晶粒的体积的大约两倍。在上文概述的本专利技术的示例性应用中，表现出大约17%的总伸长的AZ31镁合金具有大约20微米的大致均一的晶粒粒度。根据本专利技术的实践加工并表现出大约28%的总伸长的AZ31合金的第二样品具有由在更大体积的较小晶粒中的间隔大约500微米的大晶粒粒度区域构成的双峰晶粒分布。大约50%的晶粒具有大约5至25微米的晶粒粒度，大约25%的晶粒为大约70微米至大约100微米，其余大致均匀分布在25至70微米范围内。笼统而言的金属和合金，特别是镁的常规加工方案不产生这种双峰晶粒分布。但可以通过使镁合金片材的仅所选区域轻微变形(优选至大约3%至大约7%应变的临界应变)、同时该片材的其余部分保持基本未变形、然后将该片材退火来获得这种双峰晶粒粒度分布。典型退火时间为大约30分钟，350°C至515°C的退火温度产生双峰晶粒粒度分布并产生改进的延性。使用350°C的退火温度得出最大延性改进，这在拉伸强度的无显著(大致小于2%)损失的情况下实现。450°C至515°C的较高退火温度产生较低但相当的延性改进，但这些延性改进伴随着大约10%的拉伸强度损失。通过连续两步法实现双峰晶粒的这种优选分布。首先，使片材体积的一些区域局部变形，但另一些不变形，然后将该片材退火。在退火过程早期，局部变形区域中的微结构首先转化成小的无应变晶粒或核。随着继续退火，这些核中的一些随后通过吸收其它核生长成大晶粒。在该片材的未变形区域中，退火的作用是适当提高晶粒粒度，但晶粒保持等轴和大致均一尺寸。最终微结构由此由分布在细晶粒微结构内的局部大晶粒区构成。由于应变区是大晶粒区的来源，一般而言，大晶粒区的规模和分布基本体现局部变形的规模和分布。合适地，大晶粒区通常均匀分散在细晶粒微结构中并间隔大约500微米。可以通过任何方便的途径施加局部或不均匀变形，只要其产生嵌在基本无变形区中并相隔大约500微米的分散的变形区。变形还应在通常低于大约160°C的低温下进行以抑制重结晶。合适的变形法的实例包括已描述的光辊或粗糙辊辊轧程序。引发不均匀变形的另一些方法包括喷砂或喷丸(peening)和柔性辊轧或反向弯曲，以及这些方法的组合。本专利技术的实践可用于单相镁基合金和含有第二相的合金。如果第二相作为离散颗粒存在，这些颗粒可能本身促进在合金中产生应变的所需不均匀分布。变形后的退火可以以间歇或连续方式、 在还原气氛中或在真空下进行。本专利技术还包括以下方面: 1.通过在片材中形成包含主要两种不同尺寸范围的晶粒的微结构来改进镁基合金片材的室温拉伸伸长的方法，所述镁基合金片材具有包含基本均一尺寸的无应变晶粒的初始微结构，所述方法包括: 在不高于大约160°C的温度下使片材变形，以使应变至预定应变并嵌在基本未变形的片材部分中的所述片材的密间隔部分基本均勻分布；和 以一定温度和时间将所述片材退火以形成微结构，所述温度和时间适于在所述应变的密间隔的嵌入部分中产生比基本未变形的片材部分中的晶粒更大的晶粒，在该微结构中晶粒粒度包含主要双峰分布，其中大部分晶粒的尺寸落在两个尺寸范围之一内。2.方面I的方法，其中通过在低于大约160°C的温度下在粗糙辊之间辊轧以将该片材厚度降低大约1%，使所述镁片材变形。3.方面I的方法，其中通过在不加热片材的情况下在基本光辊之间辊轧以大致均匀地将其厚度降低大约2%至5%，使所述镁片材变形。4.方面I的方法，其中退火温度为本文档来自技高网...
【技术保护点】
通过在片材中形成包含主要两种不同尺寸范围的晶粒的微结构来改进镁基合金片材的室温拉伸伸长的方法，所述镁基合金片材具有包含基本均一尺寸的无应变晶粒的初始微结构，所述方法包括：在不高于大约160℃的温度下使片材变形，以使应变至预定应变并嵌在基本未变形的片材部分中的所述片材的密间隔部分基本均匀分布；和以一定温度和时间将所述片材退火以形成微结构，所述温度和时间适于在所述应变的密间隔的嵌入部分中产生比基本未变形的片材部分中的晶粒更大的晶粒，在该微结构中晶粒粒度包含主要双峰分布，其中大部分晶粒的尺寸落在两个非重叠尺寸范围之一内。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SK米什拉，S蒂瓦里，A特瓦里，JT卡特，D萨奇德瓦，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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