包覆超塑性合金制造技术

本发明专利技术提供一种制造具有超塑性质的包覆板制品的方法以及所得包覆板制品。所述方法包括：优选通过共铸造在由具有超塑性质的金属制成的芯锭的至少一个轧制面上制造包覆层，以形成包覆锭，然后轧制所述包覆锭制造板制品。芯锭包括在超塑性成形温度下从锭的内部扩散至表面的元素由此劣化锭的表面性质。包覆层具有与芯的元素反应的元素（掺杂剂）以降低元素扩散穿过包覆层的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超塑性合金，尤其涉及主要由铝制成的超塑性合金。更具 体地，本专利技术涉a塑性合金的包覆以改变和改善它们的表面特性。
技术介绍
超塑性合金是在升高的温度下在拉伸变形期间可良好变形超过它们通常小于100%的断裂点、可拉伸至少200%并且经常超过1000%的结晶金 属。有时，指的是具有"增强塑性"的金属。这样的金属通常具有在"超塑" 金属范围内低端的变形性质，但是仍能够比类似的常规金属具有更大^ 性。应该理解当前论述包括具有超塑性和增强塑性的金属。为了方便，以 下将仅仅使用术语"超塑性"来指代两种金属。在张力之下拉伸时超塑性金属以非常均匀的方式伸长和变薄而不是形 成导致断裂的"颈"(即局部变窄)。材料最终通过小的内部空隙的緩慢融 合直至形成连续的裂缝而损坏，而不是形成颈部。这样的金属通常具有细 晶粒的晶体结构(例如，小于10微米)，其具有在高温下用于限定(pin) 晶界并且保持细晶粒结构的热稳定颗粒的细^:。细晶粒尺寸是允许称为 "晶界滑移"的特性变形模式发生所必需的。表现出该性质的铝合金通常具 有高含量的合金元素例如镁、铜或者锌。典型例子是诸如由S叩erform USA of Riverside, California制造的Supra惚合金(通常为Al， 6wt.。/。的 Cu， 0.4wt,。/。的Zr) 、 AA7075合金和AA5083合金的合金。AA5000系列 的含Mg合金是用于制造机动车构件最常用的^lr。 AA7000系列的超塑 性合金(包含较少的Mg例如低至1.9wt。/。^L是Zn含量高)目前更常用 于航空航天应用。超塑性合金可用于通过利用气体或者用成形工具应用压力来形成复杂 形状的物体，并且经常借助于冲模(例如，利用快速塑性成形(QPF)工 艺)。经常超塑性地形成铝和钬部件用于航空航天应用和日益增加的机动 车应用。超塑性状态在高温下实现，通常高于所涉及合金的绝对熔点的一半，在铝-基^r中通常为约500'C (通常高于400。C)。令AJt憾地，商业的 相关含Mg合金(尤其是)由于它们高的Mg含量，所以在这样的加工期 间和也在使用期间变得容易受到氧化和/或表面劣化。这些合金在高温成形 操作之后也可变得难以连接在一起以构造成用于机动车等的部件。因此，需要改变或者改善超塑性合金以避免这样的问题。1983年10月25日授予Robert M. Johnson的美国专利4,411,962公开 了金属层压制品的形成，所述金属层压制品包括一个或更多个超塑性材料 层，所^￡塑性材料层冶金地^至非超塑性材料的一个或更多个层，以 在保留超塑性质的同时实现高强度。通过扩散掩^ (加热到低于金属的熔 点的温度)或轧制掩^ (将板轧制在一起以降低它们的厚度并且促进掩^) 进行层的齢。1965年9月21日授予Grover C. Robinson的美国专利3，206，808涉及铝和铝合金的锭的连续或半连续的铸造。然而，其没有涉;s^塑性合金的 处理。
技术实现思路
本专利技术的一个示例性实施方案提供制造包覆板制品的方法。所述方法包括优选通过共铸造在由具有超塑性质的M制成的锭芯的至少一个面 上提供包覆物以形成包覆锭，并且轧制包覆锭以制造具有芯层和至少一个 包覆层的板制品。用于芯锭的^r包括在超塑性成形制品所需的温度下从 芯层内部扩散至其表面并且存在于制品的外表面时会导致表面劣化的元 素。选择包覆层，以包括与芯的元素相互作用以降低芯的元素扩散穿过包 覆层的元素。本专利技术另外的示例性实施方案提供具有超塑性质的包覆板制品，包括 具有超塑性质的金属的芯层和优选通过共铸造在所述芯层的至少一个面 上提供的金属包覆层，其中芯层包括在超塑性成形温度下从芯层内部扩散 至表面由此劣化制品的表面性质的元素。包覆层包括与芯的元素反应以降 低元素扩散穿过包覆层的能力的元素。根据本专利技术的还另一个示例性实施方案，提供制造包覆锭的方法，所述方法包括通过共铸造在由具有超塑性质的合金制成的芯锭的至少一个 面上提供包覆以形成包覆锭；其中所述芯锭的合金包括在通过轧制由包覆 锭制造的制品的超塑性成形所需要的温度下从芯层内部扩散至其表面并 且当存在于制品的外表面时导致表面劣化的元素，和选择包覆层以包括与 芯的元素相互作用以降低芯的元素扩散穿过包覆的元素。根据本专利技术的还另一个示例性实施方案，提供具有超塑性质的包覆板 锭，包括具有超塑性质的金属的芯、和在所述芯的至少一个面上的金属 包覆，其中所述芯包括在超塑性成形温度下从芯内部扩散至表面由此劣化 通过轧制由包覆锭制造的板制品的表面性质的元素，并且包覆包括与芯的 元素反应以降低元素扩散穿过包覆的能力的元素。附图说明图l是用于本专利技术的共铸iti殳备的一个例子的局部剖面正视图2是显示共铸造金属之间的接触的图1的设备的局部放大图3是表示根据本专利技术的一个可能的实施方案的轧制板制品的简图4是显示相对于温度的拉伸试验的平均伸长量的图5 (a)和5 (b)是在实验中制造的金属制品的纵向横截面的光学显 微照片(图5 (a)是在450。C下测试的1.245mm厚的样品中的一个-该显 微照片为从断面lcm处拍摄的-注意包覆保留完好；图5 (b )是在525'C 下测试的样品中的一个-靠近包覆界面的芯中的空隙似乎引起包覆破裂)；图6是显示"铍褶"紋理的包覆表面的SEM显微照片；图7是轧制包覆之前的试验性包覆组M的简图8是温度对时间以及温度对。/oMg的图9是对于不同退火时间的固溶体中Mg含量的图10是Mg含量相对于距离的图11 (a)和ll (b)是Mg含量或Mg2Si含量相对于距离的图；图12是固溶体中Mg含量相对于距离的图13 (a)和13 (b)是Mg含量或Mg2Si含量相对于距离的图14 (a) 、 14 (b)和14 (c)是含Si的包覆包封的显微照片(a) 轧制原样的，(b)在350。C下30分钟之后的，和(c)在500'C下2小时 之后的；图15是Mg含量相对于距包覆表面的距离的图16 (a)和16 (b)是Mg浓度和金属间化合物浓度相对于距离的图17 (a) 、 17 (b)和17 (c)是含Cu的包覆包封物的显微照片 (a)轧制原样的；(b)在35(TC下30分钟之后的，和(c)在500。C下2 小时之后的；图18是不同处理之后的Mg含量分布；图19 (a)和19 (b)是对于U)纯铝包覆层；和(b) AM).6wt%Si 包覆层的溶液中Mg浓度相对于距表面的距离的图(所述图显示对于研究 的每个包覆厚度的模拟结果，如图所标记的)；和图20是在表面处的溶液中的Mg浓度相对于包覆层的厚度的图，显示 了对于纯Al和Al-0.6wt%Si合金二者的结果(对于相同的最大可容许Mg 含量，含Si包覆层可以是薄的)。最优实施方式本专利技术使得能够制it^L金属制品，其具有在升高的温度下显示出超塑 性质的芯层，和具有在至少一个表面上的不同金属的包覆层，该包覆层减 轻或消除由一种或更多种元素从芯层扩散至包覆制品的表面所导致的表 面问题或所得金属制品的劣化。已经发现表面问题或超塑性金属的劣化通常由至少 一种反应性合金元 素从金属内部扩散至其中元素可进行氧化或其它反应的表面导致，或导致 与其它金属的粘合困难。用于铝合金的某些^ir元素仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包覆板制品的方法，所述方法包括：通过共铸造在由具有超塑性质的合金制成的芯锭的至少一个面上提供包覆物以形成包覆锭；和轧制所述包覆锭以制造具有芯层和至少一个包覆层的板制品；其中所述芯锭的所述合金包含在所述制品的超塑性成形所需的温度下从所述芯层的内部扩散至其表面的元素，并且当该元素存在于所述制品的外部表面时引起表面劣化，其特征在于：选择所述包覆层以包含与所述芯的所述元素相互作用的元素，以减少所述芯的所述元素扩散穿过所述包覆层。

【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：迈克尔J布尔，大卫J劳埃德，菲尔莫里斯，保罗A维克利夫，罗伯特布鲁斯瓦格斯塔夫，阿洛科K古普塔，海斯贝特斯朗格兰，
申请(专利权)人：诺韦利斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]