專利名稱：鎂基合金螺釘及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由鎂基合金構(gòu)成的螺釘及其制造方法。
背景技術(shù)：
鎂基合金比鋁輕，且比強度和比剛性優(yōu)于鋼和鋁，除了飛機零件、汽車零件等之外，在各種電器產(chǎn)品的機身等上也被廣泛利用。
但Mg及其合金，由于是最密六方晶格(hcp)結(jié)構(gòu)，所以其缺乏延展性，在常溫下的塑性加工性非常不好。例如，在使用一般金屬材料的情況下，螺釘加工就在常溫下進行，而在使用鎂基合金的情況下，就不能在常溫下進行螺釘加工那樣的鍛造加工。
所述鎂基合金的加工性，其隨溫度不同而有大的變化，通過提高坯料溫度就能進行螺釘加工那樣的大的塑性加工。于是，現(xiàn)有在使用鎂基合金制造螺釘時，在進行螺釘加工時就把坯料加熱到能進行塑性加工的程度。例如，在專利文獻1～3中就記載了把鎂基合金坯料加熱到出現(xiàn)超塑性現(xiàn)象的溫度或加熱到塑性加工性大的溫度，而進行螺釘加工的技術(shù)。
專利文獻1特開2000-283134號公報專利文獻2特開2000-343178號公報專利文獻3特開2001-269746號公報但所述產(chǎn)生超塑性現(xiàn)象的溫度和塑性加工性大的溫度是大于或等于250℃的高溫。因此，現(xiàn)有的方法中，在進行螺釘加工時所使用的保持沖模和沖頭等模具(加工部件)就暴露在高溫中，所以壽命明顯降低，存在制造螺釘生產(chǎn)性不好的問題。
現(xiàn)有，為了得到由鎂基合金構(gòu)成的螺釘，在進行螺釘加工那樣的強加工時，就如所述專利文獻1～3中記載的那樣，大體需要把被加工材料，即鎂基合金的擠壓材料加熱到大于或等于250℃。因此，不僅需要加熱到大于或等于250℃高溫用的設(shè)備，而且也由于螺釘加工時所使用的加工部件也暴露在高溫中，而壽命變短，成本提高。因此，加熱到大于或等于250℃，在工業(yè)生產(chǎn)中決不是理想的。
近年來，要求螺釘強度進一步提高，而把擠壓材料加熱到大于或等于250℃來進行螺釘加工得到的螺釘，其強度的提高有限。因此，對于由鎂基合金構(gòu)成的螺釘來說就要求得為了提高強度的合適的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其能生產(chǎn)性好地制造由鎂基合金構(gòu)成的螺釘。且本發(fā)明的其他目的在于一種拉伸強度優(yōu)良的由鎂基合金構(gòu)成的螺釘。
本發(fā)明者們，對于一般在不到250℃的溫度下進行螺釘加工的強加工困難的鎂基合金，進行了各種討論，其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了使用通過預(yù)先特定拉制加工得到的金屬線，在不到250℃的溫度下就也能進行螺釘加工，以至于完成本發(fā)明。且根據(jù)得到的鎂基合金螺釘具有優(yōu)良拉伸特性的認識，規(guī)定了本發(fā)明。
即，本發(fā)明鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒ň邆漕^鍛造工序，其把在通過拉制加工得到的由鎂基合金構(gòu)成的金屬線上成型螺釘頭部的頭加工，在溫?zé)嵯逻M行，來制造螺釘坯件；滾壓工序，其把在所述螺釘坯件上成型螺紋牙型的滾壓加工在溫?zé)嵯逻M行，來制造螺釘。在所述頭鍛造工序中的頭加工，是使用固定所述金屬線的保持沖模和成型螺釘頭部的沖頭來進行的，在加熱所述保持沖模和沖頭的同時，至少把保持沖模加熱到大于或等于140℃且小于或等于250℃，這樣來把所述金屬線加熱到大于或等于140℃且不到250℃。
現(xiàn)有的使用鎂基合金得到螺釘時，其被加工材料是使用擠壓材料，不加熱到大于或等于250℃就不能進行加工。相反，本發(fā)明為了在不到250℃的加熱下進行螺釘加工，是規(guī)定為使用通過后述特定拉制加工而得到的金屬線。
通過拉制加工得到的拉制材料，與合金的平均晶體粒徑大于或等于20μm且偏差大的擠壓材料相反，其合金的平均晶體粒徑是小于或等于10μm，且具有最大晶體粒徑是小于或等于15μm的均勻的微細組織。與擠壓材料相比，由于拉制材料的尺寸精度好且徑偏差小，所以在通過進行螺釘加工的保持沖模等加工部件對金屬線進行加熱時，能進行穩(wěn)定可靠的加熱。與擠壓材料相比，由于拉制材料能制成長的線材，所以能連續(xù)地供給線材，因此例如能連續(xù)地進行從線材的切斷到螺釘頭部的成形。本發(fā)明通過使用具有上述特性的拉制材料，來實現(xiàn)降低加熱溫度，即不到250℃下的螺釘加工。
以下更詳細地說明本發(fā)明。
本發(fā)明中，由鎂基合金構(gòu)成的金屬線只要是把斷面圓形的線材切斷而得到就可以。為了得到所述線材的拉制加工，例如能舉出到加工溫度的升溫速度1℃/sec～100℃/sec，加工溫度大于或等于50℃而小于或等于200℃(最好是小于或等于150℃)，加工度對于一次拉制加工(通過一次)是大于或等于10％，線速大于或等于1m/sec，在這樣的條件下把擠壓材料進行拉制后，把得到的線材加熱到大于或等于100℃且小于或等于400℃，更理想的是大于或等于150℃且小于或等于400℃的溫度。該加熱退火對于由拉制引起的變形的恢復(fù)和促進再結(jié)晶的晶粒更加微細化是有效的。該加熱溫度的保持時間最好是5～20分鐘左右。通過進行這種特定的拉制加工，能如上述那樣使合金組織微細化，具體說就是能使平均晶體粒徑小于或等于10μm，最大晶體粒徑小于或等于15μm。通過所述合金組織的微細化，即使金屬線的加熱溫度不到250℃，也能提高塑性加工性，能得到希望的螺釘。
使用通過所述拉制加工得到的由鎂基合金構(gòu)成的金屬線，首先由鍛造制造螺釘坯件(成型了頭部而軸部上還沒有螺紋牙型狀態(tài)的中間制品)。這時的鍛造，具體說就是頭加工是在溫?zé)嵯逻M行的。作為具體的溫度，是把由鎂基合金構(gòu)成的金屬線加熱到大于或等于140℃且不到250℃。若由鎂基合金構(gòu)成的金屬線的加熱溫度不到140℃，則有可能在鍛造中途出現(xiàn)裂紋等而不能進行頭加工。特別是在制作M6這樣粗徑螺釘時，加熱溫度最好是大于或等于180℃。加熱溫度越高則塑性加工性就越提高，而反之沖模等加工部件的壽命就降低，因此，考慮到生產(chǎn)性，把上限設(shè)定為是250℃。根據(jù)加工的頭部的形狀(一字螺釘、十字螺釘、六角螺釘、鉚釘?shù)?、加工速度、螺釘尺寸等，在更低的溫度下，具體說就是小于或等于180℃也能進行加工。
在所述頭鍛造工序中的頭加工，只要是使用固定由鎂基合金構(gòu)成的金屬線的保持沖模和成型螺釘頭部的沖頭進行就可以，也可以使用在通常的頭加工中使用的加工部件。本發(fā)明頭鍛造工序中的金屬線加熱，是通過加熱所述保持沖模和沖頭的雙方來進行的。這時，至少把保持沖模加熱到大于或等于140℃且小于或等于250℃。當把保持沖模和沖頭的雙方加熱到所述溫度時，則能把金屬線整體均勻地加熱，所以是理想的。若加熱溫度不到140℃，則金屬線不能被加熱到大于或等于140℃，其在鍛造中途出現(xiàn)裂紋等而不能進行頭加工，如果超過250℃，則使保持沖模和沖頭的壽命縮短。
所述保持沖模和沖頭，分別被固定在沖模保持座和沖頭保持座上，這些保持座上具備加熱裝置，也可以通過該加熱裝置來進行所述保持沖模和沖頭的加熱。作為加熱裝置，能舉出電熱式筒式加熱器等。加熱裝置的安裝，是在保持座上設(shè)置孔，并且插入孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)，這在維修保養(yǎng)方面是理想的。也可以在保持座上具備能調(diào)節(jié)溫度的溫度傳感器，其安裝與所述加熱裝置同樣地設(shè)置孔，并且把溫度傳感器插入孔內(nèi)。
在保持座上具備加熱裝置的情況下，考慮到為了維持加熱狀態(tài)而提高熱效率和對安裝有保持座的鍛造裝置本體的熱影響，最好在保持座外周的至少一部分上，特別是在保持座中與鍛造裝置本體接觸的部分上，配置隔熱材料。也可以把保持座外周包圍住地來配置隔熱材料。
在具備多個沖頭，以多步驟成型螺釘頭部時，最好在任一步驟中都把由鎂基合金構(gòu)成的金屬線加熱到所述溫度來進行頭加工。這時，若把多個沖頭固定在同一個沖頭保持座上，則能把沖頭的加熱裝置通用。
為了更有效地進行頭加工，最好是把下列工序連續(xù)進行，即供給工序，其把由所述拉制加工得到的由鎂基合金構(gòu)成的線材向切斷裝置供給；切斷工序，其通過切斷裝置把供給的線材切斷成一定長度尺寸而得到被加工材料即金屬線；運送工序，其把被切斷的金屬線向鍛造裝置運送；頭鍛造工序，其在通過所述工序運在送來的金屬線上成型頭部。這種加工，通過能連續(xù)加工的鍛造裝置就能進行，也可以使用公知的鍛造裝置。
所述切斷裝置上具備保持金屬線的切斷沖模，該切斷沖模被固定在具備所述加熱裝置的沖模保持座上，所述切斷工序，最好通過該切斷沖模來保持金屬線，通過沖模保持座的加熱裝置來加熱切斷沖模并加熱金屬線。通過在切斷工序中加熱金屬線，使金屬線在向進行頭加工的保持沖模和沖頭等加工部件運送時就已經(jīng)被加熱到一定程度的溫度，使頭鍛造工序中的加熱容易且進行的時間短，能提高加工速度。即，能更加提高生產(chǎn)性。特別是通過把保持沖模和切斷沖模保持在同一個沖模保持座中的結(jié)構(gòu)，能使保持沖模的加熱裝置和切斷沖模的加熱裝置通用，所以在保持沖模加熱的同時，切斷沖模的加熱也能進行，能更有效地進行。由于零件通用，所以還能減少鍛造裝置的零件個數(shù)。
如上述那樣在切斷工序中，通過由切斷沖模的加熱而使金屬線被加熱，使在頭鍛造工序中的加熱容易性和加工速度提高，在該效果上還能改善切斷性。在切斷時若金屬線的溫度不充分，則切斷面變粗糙，有可能出現(xiàn)切斷加工時產(chǎn)生切屑的不良情況。由于切斷面會影響到頭加工后的形狀，所以希望其是光滑的。且若有切屑，則在含有切屑的狀態(tài)下實施頭加工時，與上述同樣地會影響到頭加工后的形狀，所以希望不出現(xiàn)切屑。而且，若在金屬線的溫度不充分的狀態(tài)下進行切斷，則被切斷的金屬線的精度不好，就可能使向鍛造裝置(保持沖模)的插入性惡化。因此，為了更加提高切斷性，就希望把金屬線充分加熱。于是，為了能更高速、更穩(wěn)定地充分加熱金屬線，最好是具備直接加熱金屬線的金屬線加熱裝置，通過切斷沖模的加熱和金屬線加熱裝置的加熱的雙方來加熱金屬線。通過切斷沖模的間接加熱和金屬線加熱裝置的直接加熱，能謀求提高金屬線的切斷性，提高頭部形狀的穩(wěn)定化和向向保持沖模的插入性。在制作溫度上升需要時間的粗徑螺釘時，由于能更迅速地加熱，所以非常有效果。作為金屬線加熱裝置，能舉出進行吹出熱風(fēng)的電吹風(fēng)等。
本發(fā)明如上述那樣通過使用塑性加工性優(yōu)良的拉制材料，還能提高頭加工的加工速度，能確保螺釘?shù)纳a(chǎn)性。具體說就是，能把頭加工的加工速度設(shè)定在大于或等于100mm/sec。一般來說，鎂基合金的加工度受加工速度的影響大，隨著加工速度變大而能加工的加工度變小。相反，本發(fā)明如上述那樣通過使用具有優(yōu)良塑性加工性的拉制材料，能在不到250℃的加熱溫度下且以大于或等于100mm/sec的工業(yè)生產(chǎn)水平的加工速度進行螺釘加工。
對在上述鍛造工序中得到的螺釘坯件實施成型螺紋牙型的滾壓加工，來制造螺釘。這時的滾壓是在溫?zé)嵯逻M行。具體說就是，最好把經(jīng)過上述頭鍛造工序得到的由鎂基合金構(gòu)成的螺釘坯件加熱到大于或等于100℃而不到250℃來進行。若不到100℃，則有可能其在滾壓中途出現(xiàn)裂紋等而不能進行螺紋牙型的成形，而超過250℃，則使加工部件的壽命降低。
所述滾壓加工，使用搓螺紋板進行便可，也可以使用在通常滾壓加工中使用加工材料。滾壓工序中螺釘坯件的加熱，能舉出通過把所述搓螺紋板加熱到大于或等于100℃而不到250℃來進行。若不到100℃，則不能把螺釘坯件加熱到大于或等于100℃，如果超過250℃，則使搓螺紋板的壽命縮短。特別是如M6這樣粗徑螺釘時，最好是加熱到大于或等于150℃。
所述搓螺紋板的加熱，能舉出在搓螺紋板具備直接加熱裝置，通過該加熱裝置來進行。作為加熱裝置，能舉出電熱式筒式加熱器等。加熱裝置的安裝，是在搓螺紋板上設(shè)置孔，并且插入在孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其維修保養(yǎng)性好，所以是理想的。也可以在搓螺紋板上安裝能容易調(diào)節(jié)溫度的溫度傳感器。該安裝也可以與所述加熱裝置同樣地設(shè)置孔，并且把溫度傳感器插入孔內(nèi)。
在搓螺紋板上具備加熱裝置的情況下，考慮到為了維持加熱狀態(tài)而提高熱效率和對安裝有搓螺紋板的滾壓裝置本體的熱影響，最好把搓螺紋板的外周包圍住的方式，特別是在搓螺紋板中與滾壓裝置本體接觸的部分上，配置隔熱材料。
如上述那樣，在頭鍛造工序和滾壓工序中通過把鎂基合金坯料加熱到特定的范圍而能生產(chǎn)性良好地進行螺釘加工，為了更加提高生產(chǎn)效率，最好在從頭鍛造工序向滾壓工序轉(zhuǎn)移時也對坯料進行加熱。具體地能舉出，通過把由頭鍛造工序得到的螺釘坯件向搓螺紋板轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移裝置加熱到大于或等于100℃而不到250℃來對螺釘坯件進行加熱。作為轉(zhuǎn)移裝置能舉出滑軌等。其也可以使用在通常螺釘加工中使用的結(jié)構(gòu)。只要在該轉(zhuǎn)移裝置上安裝電熱式筒式加熱器等的加熱裝置就可以。這樣，在從頭鍛造工序向滾壓工序轉(zhuǎn)移期間也對鎂基合金坯料進行加熱。即通過把螺釘坯件進行預(yù)熱而能縮短進行滾壓加工時的加熱時間，因此，能使?jié)L壓加工高速化，能提高生產(chǎn)效率。
通過上述工序得到的鎂基合金螺釘，具有拉伸強度大于或等于220Mpa的優(yōu)良強度。為了更加提高拉伸強度，在實施了成型螺釘頭部的頭加工和成型螺紋牙型的滾壓加工之后，最好對得到的螺釘實施大于或等于100℃而不到350℃的熱處理。通過該熱處理，能把螺釘?shù)暮辖鸾M織變成具有更微細晶粒的組織，能得到大于或等于230Mpa的具有高拉伸強度的螺釘。
本發(fā)明不問合金組成，而對在常溫程度(例如20℃)下缺乏加工性的具有hcp結(jié)構(gòu)的鎂基合金是有效的。例如能利用鑄造用鎂基合金和延展用鎂基合金。具體能舉出含有Al大于或等于0.1％質(zhì)量而小于或等于12％質(zhì)量的、含有Zn大于或等于0.1％質(zhì)量而小于或等于10％質(zhì)量和含有Zr大于或等于0.1％質(zhì)量而等于2.0％質(zhì)量的，另外能舉出含有耐熱性優(yōu)良的稀土元素小于或等于5.0％質(zhì)量的。在含有Al的情況下還能舉出含有從Mn大于或等于0.1％質(zhì)量而小于或等于2.0％質(zhì)量、Zn大于或等于0.1％質(zhì)量而小于或等于5.0％質(zhì)量、Si大于或等于0.1％質(zhì)量而小于或等于5.0％質(zhì)量中選擇一種或一種以上的。作為所述合金組成，能利用具有代表性的ASTM記號中的AZ系、AS系、AM系、ZK系、EZ系等。作為Al的含有量，也可以以％質(zhì)量區(qū)分為0.1～不到2.0％的和大于或等于2.0～12.0％的。在所述化學(xué)成分之外，一般地是作為含有Mg和雜質(zhì)的合金來利用。雜質(zhì)能舉出Fe、Si、Cu、Ni、Ca等。
AZ系中作為Al的含有量是2.0～12.0％質(zhì)量的，例如能舉出AZ31、AZ61、AZ91等。AZ31例如是以％質(zhì)量而含有Al2.5～3.5％、Zn0.5～1.5％、Mn0.15～0.5％、Cu小于或等于0.05％、Si小于或等于0.1％、Ca小于或等于0.04％的鎂基合金。AZ61例如是以％質(zhì)量而含有Al5.5～7.2％、Zn0.4～1.5％、Mn0.15～0.35％、Ni小于或等于0.05％、Si小于或等于0.1％的鎂基合金。AZ91例如是以％質(zhì)量而含有Al8.1～9.7％、Zn0.35～1.0％、Mn大于或等于0.13％、Cu小于或等于0.1％、Ni小于或等于0.03％、Si小于或等于0.5％的鎂基合金。AZ系中作為Al的含有量是0.1～不到2.0％的，例如能舉出AZ10、AZ21等。AZ10例如是以％質(zhì)量而含有Al1.0～1.5％、Zn0.2～0.6％、Mn大于或等于0.2％、Cu小于或等于0.1％、Si小于或等于0.1％、Ca小于或等于0.4％的鎂基合金。AZ21例如是以％質(zhì)量而含有Al1.4～2.6％、Zn0.5～1.5％、Mn0.15～0.35％、Ni小于或等于0.03％、Si小于或等于0.1％的鎂基合金。
AS系中作為Al的含有量是2.0～12.0％質(zhì)量的，例如能舉出AS41等。AS41例如是以％質(zhì)量而含有Al3.7～4.8％、Zn小于或等于0.1％、Cu小于或等于0.15％、Mn0.35～0.60％、Ni小于或等于0.001％、Si0.6～1.4％的鎂基合金。AS系中作為Al的含有量是0.1～不到2.0％的，例如能舉出AS21等。AS21例如是以％質(zhì)量而含有Al1.4～2.6％、Zn小于或等于0.1％、Cu小于或等于0.15％、Mn0.35～0.60％、Ni0.001％、Si0.6～1.4％的鎂基合金。
AM系，例如能舉出AM60、AM100等。AM60例如是以％質(zhì)量而含有Al5.5～6.5％、Zn小于或等于0.22％、Cu小于或等于0.35％、Mn大于或等于0.13％、Ni小于或等于0.03％、Si小于或等于0.5％的鎂基合金。AM100例如是以％質(zhì)量而含有Al9.3～10.7％、Zn小于或等于0.3％、Cu小于或等于0.1％、Mn0.1～0.35％、Ni小于或等于0.01％、Si小于或等于0.3％的鎂基合金。
ZK系，例如能舉出ZK40、ZK60等，ZK40例如是以％質(zhì)量而含有Zn3.5～4.5％、Zr大于或等于0.45％的鎂基合金。ZK60例如是以％質(zhì)量而含有Zn4.8～6.2％、Zr大于或等于0.45％的鎂基合金。
作為EZ系的稀土元素(RE)，通常多是利用Pr和Nd的混合物。EZ系，例如能舉出EZ33等。EZ33例如是以％質(zhì)量而含有Zn2.0～3.1％、Cu小于或等于0.1％、Ni小于或等于0.01％、RE2.5～4.0％、Zr0.5～1％的鎂基合金。
鎂單體難于得到足夠的強度，而含有了上述的化學(xué)成分就能得到理想的強度。
本發(fā)明如上述那樣通過使用由鎂基合金構(gòu)成的拉制材料，就能在進行螺釘加工時使加熱溫度不到250℃。因此，本發(fā)明在進行螺釘加工時不需要如對擠壓材料原封不動進行螺釘加工的現(xiàn)有那樣加熱到大于或等于250℃的高溫，所以能延長保持沖模等加工部件的壽命，而且不需要現(xiàn)有那樣高溫用加熱裝置。因此，若利用本發(fā)明的制造方法，則能得到生產(chǎn)性好的鎂基合金螺釘。
通過所述本發(fā)明制造方法得到的鎂基合金螺釘，其具有優(yōu)良的強度，特別是螺釘加工后通過進行特定的熱處理，能制造出具有更優(yōu)良強度的螺釘。


圖1是模式表示試驗例1使用的鍛造裝置中保持沖模和切斷沖模部分的概略結(jié)構(gòu)圖；圖2是模式表示試驗例1使用的鍛造裝置中沖頭部分的概略結(jié)構(gòu)圖；圖3是模式表示試驗例2使用的滾壓裝置中搓螺紋板部分的概略結(jié)構(gòu)圖；
圖4是模式表示試驗例2使用的滾壓裝置中滑軌和搓螺紋板部分的概略結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下說明本發(fā)明的實施例。(試驗例1-1)準備以％質(zhì)量而含有Al3.0％、Zn1.0％、Mn0.15％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AZ31材料)的擠壓材料(φ8.0mm、φ5.25mm)。把φ8.0mm的擠壓材料以約160℃的溫度和每通過一次的斷面減少率是小于或等于20％的加工度，拉制到φ5.25mm(到160℃的升溫速度約10℃/sec，線速16m/sec)后，實施350℃×15min的熱處理，除去拉制時的變形，進行再結(jié)晶的組織均勻微細化。調(diào)查得到的φ5.25mm拉制材料的組織，結(jié)果是平均晶體粒徑是7.5μm，最大晶體粒徑是10.2μm。在同樣的條件下又制作了φ1.66mm的拉制材料(平均晶體粒徑是6.8μm，最大晶體粒徑是9.8μm)。
把由上述得到的φ5.25mm和φ1.66mm的拉制材料，以及沒進行拉制加工的φ5.25mm的擠壓材料(平均晶體粒徑是28μm，最大晶體粒徑是75μm)，以長尺寸線材保持不變地向鍛造裝置供給，進行螺釘頭部的加工。
本例中的頭加工，是使用在進行頭加工時具有固定金屬線的保持沖模和成型螺釘頭部的多個沖頭的鍛造裝置來進行的。該鍛造裝置還具有把供給的長尺寸線材能切斷成定尺寸長度的切斷裝置和把被切斷的金屬線向保持沖模運送的運送裝置，其能從線材的切斷到頭部的成型連續(xù)實施。
本例中分別具有能加熱保持沖模和沖頭的加熱裝置，由該加熱裝置通過保持沖模和沖頭而能加熱被切斷的金屬線。圖1是模式表示本例使用的鍛造裝置中保持沖模和切斷沖模部分的概略結(jié)構(gòu)圖。保持沖模10被固定在沖模保持座11上，該沖模保持座11上設(shè)置有加熱器孔11a，電熱式筒式加熱器12則插入在該加熱器孔11a內(nèi)，同時，為了能調(diào)整沖模保持座11的溫度，溫度傳感器13也同樣地插入在另外設(shè)置的孔內(nèi)。該沖模保持座11被固定在未圖示的鍛造裝置本體上。因此，在沖模保持座11的與鍛造裝置本體接觸的面(圖1中的左右面和紙面后的這三面)上配置有隔熱材料14，以謀求保持沖模保持座11的加熱溫度而提高熱效率和保護裝置本體。且本例中，沖模保持座11上除了保持沖模10之外，還具有在切斷工序中保持金屬線的切斷沖模15。因此，加熱器12能把保持沖模10和切斷沖模15這雙方進行加熱，在切斷工序中通過加熱切斷沖模15，能在把線材切斷成定尺寸長度的金屬線時由切斷沖模15的加熱而加熱金屬線。與此同時，還能進行保持沖模10的加熱。
圖2是模式表示本例使用的鍛造裝置中沖頭部分的概略結(jié)構(gòu)圖。本例結(jié)構(gòu)是，具有兩個沖頭20A、20B，通過沖頭20A進行螺釘坯件的預(yù)備成型，通過沖頭20B得到完成頭部的螺釘坯件，作為沖頭20B是使用十字頭。這些沖頭20A、20B，被保持在沖頭保持座21上，該沖頭保持座21上設(shè)置有加熱器孔21a，電熱式筒式加熱器22則插入在該加熱器孔21a內(nèi)，同時，為了能調(diào)整沖頭保持座21的溫度，溫度傳感器23也同樣地插入在另外設(shè)置的孔內(nèi)。該沖頭保持座21也被固定在未圖示的鍛造裝置本體上。因此，為了謀求提高熱效率和防止熱向裝置本體流出，在沖頭保持座21中，與鍛造裝置本體接觸的面(圖2中的紙面后的一個面)上配置有隔熱材料24。
使用上述結(jié)構(gòu)的鍛造裝置，通過以下的順序來連續(xù)進行從線材的切斷到頭部的成型。首先把線材插入到由加熱器12加熱的切斷沖模15的切斷刀具孔15a內(nèi)，然后用刀具(未圖示)切斷，把被切斷的金屬線通過運送裝置(未圖示)運送到由加熱器12加熱的保持沖模10的中心孔10a位置處，通過沖頭20A插入到中心孔10a的同時來進行頭加工。通過該操作進行螺釘坯件的預(yù)備成型，接著由沖頭20B進行頭加工，得到頭部完成了的螺釘坯件。
使用所述鍛造裝置根據(jù)所述順序，通過變化加熱器12、22的輸出來使各加熱器12、22的加熱溫度變化，使金屬線的溫度變化，在各種溫度條件下進行頭加工，調(diào)查頭加工是否可能。本例制作了M6用的螺釘坯件和M2用的螺釘坯件。其結(jié)果表示在表1。表1中，○表示能進行2步驟的頭加工，×表示產(chǎn)生裂紋等不能進行頭加工，▲表示能進行2步驟的頭加工，但加熱溫度高，在保持沖模和沖頭等加工部件壽命的點上有問題。拉制材料和和擠壓材料的鍛造速度都是約120mm/sec。頭加工時金屬線的溫度，通過接觸溫度計進行測溫。


在如表1所示那樣使用拉制材料的情況下，了解到M2用的螺釘坯件在金屬線的溫度是大于或等于140℃時，能進行頭加工。了解到即使是粗徑的M6用的螺釘坯件在金屬線的溫度是大于或等于180℃時，也能進行頭加工。根據(jù)表1了解到，在使用拉制材料的情況下，即使金屬線的溫度不到250℃，也能充分地進行頭鍛造加工。特別是在本例中，把鍛造速度以120mm/sec的工業(yè)生產(chǎn)水平來進行的加工，能沒問題地進行了頭加工。本例中進行了十字頭這樣的加工度大的加工，在這種情況下，即使金屬線的溫度不到250℃，也能充分地進行頭加工。把金屬線的溫度加熱到超過250℃時也能進行頭加工，但考慮到保持沖模和沖頭等加工部件的壽命，則最好是進行加熱不到250℃的加工。
以此相對，如表1所示在使用沒進行拉制加工的擠壓材料時，如果不進行使金屬線的溫度大于或等于250℃的加熱，就不能進行頭加工。且能推測頭加工的加工速度也比使用拉制材料的情況慢，生產(chǎn)性不好。
本例中，使用圖1所示沖模保持座11上具備的加熱器12來加熱切斷沖模15，是利用該加熱把線材間接進行加熱再切斷的結(jié)構(gòu)，但也可以具備把線材直接進行加熱的結(jié)構(gòu)。例如也可以是具備電吹風(fēng)，把熱風(fēng)直接向線材吹去的結(jié)構(gòu)。這時，通過由切斷沖模15的加熱和由熱風(fēng)的加熱而能使線材更迅速、穩(wěn)定地被充分加熱，能更提高切斷性。特別是在制作超過M4這樣粗徑的螺釘時，是有效的。
(試驗例1-2)對組成不同的鎂基合金進行了同樣的試驗。即，使用對擠壓材料實施了上述拉制加工后又進行了熱處理的拉制材料，使用與上述同樣的鍛造裝置，在各種溫度下進行頭加工(制作M2用的螺釘坯件和M6用的螺釘坯件)。下面表示的是試驗中使用的鎂基合金的組成。
以％質(zhì)量而含有Al1.2％、Zn0.4％、Mn0.3％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AZ10材料)以％質(zhì)量而含有Al6.4％、Zn1.0％、Mn0.28％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AZ61材料)以％質(zhì)量而含有Al9.0％、Zn0.7％、Mn0.1％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AZ91材料)以％質(zhì)量而含有Al1.9％、Mn0.45％、Si1.0％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AS21材料)以％質(zhì)量而含有Al4.2％、Mn0.50％、Si1.1％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AS41材料)以％質(zhì)量而含有Al6.1％、Mn0.44％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的AM60材料)以％質(zhì)量而含有Zn5.5％、Zr0.45％，其余部分由Mg和雜質(zhì)構(gòu)成的鎂基合金(相當于ASMT記號的ZK60材料)這樣，所有的試驗材料對于M2用的螺釘坯件都能在把金屬線加熱到大于或等于140℃而不到250℃的條件下進行頭加工。特別是對于M6這樣的粗徑，也能通過加熱到大于或等于180℃而進行頭加工。
(試驗例2-1)
把在試驗例1中制作的具有頭部的M2用螺釘坯件和M6用螺釘坯件分別進行滾壓加工。
本例的滾壓加工，是使用具有搓螺紋板的滾壓裝置來進行的。且本例具有能加熱搓螺紋板的加熱裝置，由該加熱裝置通過搓螺紋板能對螺釘坯件進行加熱。圖3是模式表示本例使用的滾壓裝置中搓螺紋板部分的概略結(jié)構(gòu)圖。本例使用的搓螺紋板，把能滑動的活動搓螺紋板30A和固定搓螺紋板30B分別相對配置，任一搓螺紋板30A、30B上都設(shè)置有加熱器孔31，電熱式筒式加熱器32則插入在該加熱器孔31內(nèi)。為了能調(diào)整溫度而溫度傳感器33同樣地被插入在固定搓螺紋板30B上另外設(shè)置的孔內(nèi)。這些活動搓螺紋板30A和固定搓螺紋板30B被固定在未圖示的滾壓裝置本體上。因此，為了謀求提高熱效率和保護裝置本體，在活動搓螺紋板30A和固定搓螺紋板30B上與滾壓裝置本體接觸的面(圖3中，活動搓螺紋板30A是左面、紙面跟前和后面這三面，固定搓螺紋板30B是右面、紙面跟前和后面這三面)上，分別配置有隔熱材料34。雖然未圖示，但在各搓螺紋板30A、30B的相對面上形成有為了在螺釘坯件的軸部上成型螺紋牙型用的槽，把螺釘坯件的軸部配置在該相對面之間，通過使活動搓螺紋板30A滑動來進行滾壓。
本例為了對螺釘坯件進行預(yù)備加熱，利用的是在把螺釘坯件向搓螺紋板轉(zhuǎn)移的滑軌上也具備加熱裝置的滾壓裝置。圖4是模式表示本例使用的滾壓裝置中滑軌和搓螺紋板部分的概略結(jié)構(gòu)圖?；?0是用于使在頭鍛造工序中得到的螺釘坯件100整齊排列，而順序向搓螺紋板側(cè)轉(zhuǎn)移的部件，并且夾持螺釘坯件100的軸部101。該滑軌40被固定在支承部件41上。在活動搓螺紋板30A和固定搓螺紋板30B之間，具備轉(zhuǎn)移螺釘坯件100的桿42。本例在該滑軌40的外側(cè)配置了電熱式筒式加熱器43的同時，還配置了能調(diào)整溫度的溫度傳感器44。
使用所述滾壓裝置，使加熱器32的輸出變化而變化搓螺紋板的加熱溫度而使螺釘坯件的溫度變化，在各種溫度條件下對在試驗例1中得到的M2用螺釘坯件和M6用螺釘坯件進行滾壓加工，調(diào)查能否進行滾壓加工。把其結(jié)果表示在表2。表2中，○表示能進行滾壓加工，△表示能進行滾壓加工，但產(chǎn)生微細裂紋，×表示產(chǎn)生裂紋等不能進行滾壓加工，▲表示能進行滾壓加工，但加熱溫度高，在搓螺紋板等加工部件壽命的點上有問題。


了解到如表2所示，在使用由拉制材料構(gòu)成的螺釘坯件的情況下，通過把搓螺紋板加熱到大于或等于100℃就使螺釘坯件被加熱，能進行滾壓加工。而且從表2了解到，即使把搓螺紋板的溫度加熱到不到250℃，也能充分地進行滾壓加工。特別是在M6這樣粗徑螺釘?shù)那闆r下，把搓螺紋板的溫度加熱到大于或等于150℃就也充分地能進行滾壓加工。在把搓螺紋板的溫度加熱到超過250℃時也能進行滾壓加工，但考慮到搓螺紋板等加工部件的壽命，則最好是進行加熱不到250℃時的加工。
調(diào)查得到的M6螺釘?shù)膹姸?，其結(jié)果是扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩是3.5～4.5N·m，強度優(yōu)良。
與此相對，如表2所示在使用沒進行拉制加工的由擠壓材料構(gòu)成的螺釘坯件時，是不把搓螺紋板加熱到大于或等于250℃，就不能進行滾壓加工。
(試驗例2-2)
對組成不同的鎂基合金進行同樣的試驗。即對于在試驗例1-2中制作的螺釘坯件(M2用的和M6用的)，使用加熱到各種溫度的搓螺紋板進行滾壓加工。鎂基合金是使用與上述所示成分同樣的相當于AZ10的材料、相當于AZ61的材料、相當于AZ91的材料、相當于AS21的材料、相當于AS41的材料、相當于AM60的材料、相當于ZK60的材料。
試驗的結(jié)果是，所有的試料都與所述試驗例2-1同樣地，在把搓螺紋板加熱到大于或等于100℃而不到250℃的條件下能充分地進行滾壓加工。即使對M6這樣的粗徑，也與所述試驗例2-1同樣地，通過加熱到大于或等于150℃就充分地能進行滾壓加工。
(試驗例3)通過與試驗例1、2同樣的順序?qū)撇牧线M行頭部的頭加工和螺紋牙型的滾壓加工，并對得到的螺釘在各種溫度條件下進行熱處理，評價得到螺釘?shù)睦焯匦院晚g性。本試驗中作為拉伸特性是測定拉伸強度。作為韌性是進行JIS B1051中所述的頭部打擊試驗，調(diào)查有無龜裂。本例所使用的拉制材料，是使用把與試驗例1-1同樣組成之物在同樣條件下所制作的(φ5.25mm，平均晶體粒徑7.5μm，最大晶體粒徑10.2μm)。
對該拉制材料在與試驗例1-1同樣的條件下實施頭加工。對實施了頭加工的螺釘坯件在與試驗例2-1同樣的條件(加熱溫度150℃)下進行滾壓加工。
把試驗結(jié)果表示在表3。表3中“鍛造溫度”是利用接觸溫度計直接測量金屬線的溫度。“滾壓溫度”是通過搓螺紋板上具有的溫度傳感器測量搓螺紋板的溫度。熱處理，對于任何溫度都是進行15分鐘。


了解到如表3所示那樣使用拉制材料進行螺釘加工時，不僅加熱不到250℃也能充分進行螺釘加工，而且能得到拉伸強度大于或等于220Mpa的高強度，且韌性優(yōu)良的螺釘。特別是了解到在螺釘加工后通過進行熱處理，更能謀求提高拉伸強度。且從表3了解到，熱處理的溫度最好是100～350℃。
本發(fā)明鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒ǎ钸m合于得到拉伸特性優(yōu)良的鎂基合金螺釘。特別是本發(fā)明的制造方法，由于在進行螺釘加工時的加工溫度更低，在生產(chǎn)性上優(yōu)良，所以能適用于生產(chǎn)性好地得到強度優(yōu)良的鎂基合金螺釘。得到的鎂基合金螺釘能在要求高強度的領(lǐng)域中利用。
權(quán)利要求
1.一種鎂基合金螺釘，其特征在于，其拉伸強度大于或等于220Mpa。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂基合金螺釘，其特征在于，鎂基合金含有0.1～12％質(zhì)量的Al。
3.如權(quán)利要求2所述的鎂基合金螺釘，其特征在于，其含有以％質(zhì)量是從Mn0.1～2.0％、Zn0.1～5.0％、Si0.1～5.0％中選擇的一種或大于一種。
4.如權(quán)利要求1所述的鎂基合金螺釘，其特征在于，鎂基合金含有以％質(zhì)量的Zn0.1～10％、Zr0.1～2.0％。
5.如權(quán)利要求1所述的鎂基合金螺釘，其特征在于，鎂基合金含有小于或等于5.0％質(zhì)量的稀土元素。
6.一種鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，其具備頭鍛造工序，其在溫?zé)嵯逻M行在通過拉制加工得到的由鎂基合金構(gòu)成的金屬線上成型螺釘頭部的頭加工，以制造螺釘坯件；滾壓工序，其在溫?zé)嵯逻M行在所述螺釘坯件上成型螺紋牙型的滾壓加工，以制造螺釘，在所述頭鍛造工序中的頭加工，是使用固定所述金屬線的保持沖模和成型螺釘頭部的沖頭來進行的，在加熱所述保持沖模和沖頭的同時，至少把保持沖模加熱到大于或等于140℃且小于或等于250℃，這樣來把所述金屬線加熱到大于或等于140℃且不到250℃。
7.如權(quán)利要求6所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒ǎ涮卣髟谟?，保持沖模和沖頭分別被固定在具有能進行加熱的加熱裝置的沖模保持座和沖頭保持座上，并通過所述加熱裝置進行加熱，在所述保持座外周的至少一部分上具有隔熱材料，通過該隔熱材料來維持保持沖模和沖頭的加熱狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求6所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，其把下列工序連續(xù)進行，即供給工序，其把由所述拉制加工得到的由鎂基合金構(gòu)成的線材向切斷裝置供給；切斷工序，其通過切斷裝置把供給的線材切斷成一定長度尺寸而得到被加工材料，即金屬線；運送工序，其把被切斷的金屬線向鍛造裝置運送；頭鍛造工序，其在運送來的金屬線上成型頭部。
9.如權(quán)利要求8所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，切斷裝置上具備保持金屬線的切斷沖模，保持沖模被固定在具有能進行加熱的加熱裝置的沖模保持座上，并通過該加熱裝置進行加熱，所述切斷沖模被固定在保持沖模的沖模保持座上所述切斷工序，其通過所述切斷沖模來保持金屬線，通過沖模保持座的加熱裝置來加熱切斷沖模并加熱金屬線。
10.如權(quán)利要求9所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，其還具備直接加熱金屬線的金屬線加熱裝置，在切斷沖模的加熱的基礎(chǔ)上，再通過所述金屬線加熱裝置來加熱金屬線，并且進行切斷工序。
11.如權(quán)利要求6所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，頭加工的加工速度是大于或等于100mm/sec。
12.如權(quán)利要求6所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，滾壓加工是使用搓螺紋板進行，把所述搓螺紋板加熱到大于或等于100℃而不到250℃來進行滾壓加工。
13.如權(quán)利要求12所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，搓螺紋板具備能加熱搓螺紋板的加熱裝置，通過該加熱裝置來進行加熱，且具備把搓螺紋板外周包圍住的隔熱材料，利用該隔熱材料來維持搓螺紋板的加熱狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求12所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒ǎ涮卣髟谟?，其還把由頭鍛造工序得到的螺釘坯件向搓螺紋板轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移裝置加熱到大于或等于100℃而不到250℃來進行轉(zhuǎn)移。
15.如權(quán)利要求6所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，其還具備熱處理工序，其對進行了滾壓加工的螺釘實施大于或等于100℃而不到350℃的熱處理。
16.如權(quán)利要求6～15任一項所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒ǎ涮卣髟谟?，鎂基合金的平均晶體粒徑小于或等于10μm，且最大晶體粒徑小于或等于15μm。
17.如權(quán)利要求6～16任一項所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，鎂基合金含有0.1～12％質(zhì)量的Al。
18.如權(quán)利要求17所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，其含有以％質(zhì)量是從Mn0.1～2.0％、Zn0.1～5.0％、Si0.1～5.0％中選擇的一種或大于一種。
19.如權(quán)利要求6～16任一項所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，鎂基合金含有以％質(zhì)量的Zn0.1～10％、Zr0.1～2.0％。
20.如權(quán)利要求6～16任一項所述的鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，鎂基合金含有小于或等于5.0％質(zhì)量的稀土元素。
全文摘要
提供一種鎂基合金螺釘?shù)闹圃旆椒ㄒ约版V基合金螺釘，其能生產(chǎn)性好地制造強度優(yōu)良的由鎂基合金構(gòu)成的螺釘。其具備頭鍛造工序，其在溫?zé)嵯逻M行在通過拉制加工得到的由鎂基合金構(gòu)成的金屬線上成型螺釘頭部的頭加工，以制造螺釘坯件；滾壓工序，其在溫?zé)嵯逻M行在所述螺釘坯件上成型螺紋牙型的滾壓加工，以制造螺釘。在所述頭鍛造工序中的頭加工，是使用固定所述金屬線的保持沖模和成型螺釘頭部的沖頭來進行的，在加熱所述保持沖模和沖頭的同時，至少把保持沖模加熱到大于或等于140℃且小于或等于250℃，這樣來把所述金屬線加熱到大于或等于140℃且不到250℃。
文檔編號C22C23/00GK1809701SQ20048001717
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者大石幸廣, 河部望, 橋本謙三郎, 福田憲治 申請人:住友電工鋼鐵電纜株式會社