專利名稱：：由含鎂的鋁基合金制成的結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鑄造和軋制工程。用于汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)有生產(chǎn)方法一般基于由含鎂、鋰、鋅等的鋁基合金生產(chǎn)鑄錠并對其進行軋制的傳統(tǒng)方法。
背景技術(shù)：
：用于汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料的首要需求是需要保持其極限應(yīng)力在300400Mpa內(nèi)，相對伸長在30%~40%，密度不超過2.65g/cm3，良好的可焊性以及耐腐蝕性。目前不存在滿足這些要求的合金。所需密度的現(xiàn)有鋰合金不適于以上目的，因為強度和可塑性不夠，以及其較差的可焊性，所有其它合金也因為類似原因而不適合。含鎂合金能軋制成十分堅固的產(chǎn)品，但只有該合金含有超過9%的鎂，才能滿足其密度要求。迄今為止，還沒有開發(fā)出由含有超過5%或6%的鎂的合金制造軋制材的方法?，F(xiàn)有技術(shù)已知鋁基合金AMG5(GOST標準478961)和它的生產(chǎn)方法。該現(xiàn)有技術(shù)合金具有以下化學(xué)組成(重量百分比)鎂4.85.5錳0.3~0.6鈦0.卜0.2鐵0.50.6硅0.1~0.2鋁-余量。3由AMG5合金制造的軋制材廣泛用于飛機和造船工業(yè)，其通過S.NCherniak，V.I.Karasevich和P.A.Kovalenko的"FoilManufacturing",MetallurgiaPublishers,Moscow,1968中詳細描述的傳統(tǒng)方法制得。由AMG5合金通過半連續(xù)方法生產(chǎn)鑄錠。因此，鑄錠基體內(nèi)對鎂溶解度有天然限制。過多的鎂在顆粒周圍形成阻滯它的易碎的共晶物，其決定了鑄錠和合金的最終可塑性。另外，多晶結(jié)構(gòu)的拋物線狀的凝固界面是沒有均勻晶體取向的原因，即在宏觀和微觀水平上整個鑄錠內(nèi)的可塑性不同。通常，因為這個原因可塑性減少至少一半。合金的可塑性的特征在于相對伸長最高為4%6%，這是一個明顯不滿足汽車工業(yè)需要的數(shù)字。生產(chǎn)與本發(fā)明化學(xué)組成非常相關(guān)的AL8和AL27合金(GOST標準2695-75)的方法適于生產(chǎn)耐腐蝕鑄件，該鑄件可進4于熱處理來改善它們的強度。然而，這些方法僅可用于由以上合金來制造鑄錠。另外，原則上，它們不能用于由包含約10%鎂的合金來制造可塑鑄4t,為此它們;波歸類為鑄造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是開發(fā)一種由包含9%~11%的鎂的鋁基合金生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料的方法，其包括鑄造鑄錠，對該鑄錠進行熱處理，并軋制該鑄錠，從而改善軋制材的強度和可塑性以及用于生產(chǎn)片材的方法的質(zhì)量。該目的通過開發(fā)一種由包含9%11%的鎂的鋁基合金生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料的方法達成，所述方法包括生產(chǎn)鑄錠，對其進行熱處理，并軋制含鎂、錳和鈦的該鑄錠，其中通過以以下成分比例(重量百分比)向其中再加入鋯、鈷、鈹和硼來改善合金的機械性能纟美9.0~11.0鋯0.15~0.2鈷O.O卜O.OOl鈹0.00卜0.02鋁-余量。在等于1215秒/kg的熔體存在時間內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)220-250的引力因子下進行凝固。根據(jù)以下算法進行熱處理和軋制(a)依據(jù)其尺寸，在340。C380。C的溫度下加熱鑄錠2~4小時用于熱軋制；(b)在其34(TC380。C的初始溫度下熱軋鑄4走至4~8mm厚度，每個周期變形最多30%。半成品軋制材的最終軋制溫度必須在310°C~330°C內(nèi)；(c)下一階段，半成品軋制材以最多50%的變形冷軋，軋制與31(TC39CTC溫度下0.5-2.0小時的中間退火交替進行，直至達到0.5~2.0mm的所需厚度；以及(d)最后在400°C~450°C的溫度下使軋制材退火5~40分鐘。要求保護的方法是基于在強引力場內(nèi)熔體的凝固的新的物理現(xiàn)象的應(yīng)用。通常，這類場的效果如下(a)在任意的多組分熔體內(nèi)加強擴散過程，得到侵入-置換型固溶體，由該固溶體只能恢復(fù)最小量的共晶體。另外，已經(jīng)形成的共晶體的體積最小化，并凝固成不阻礙基體顆粒的單獨結(jié)合體；并且(b)即使具有多晶結(jié)構(gòu)，鑄件或鑄錠也有占所有可能取向80%85%的預(yù)設(shè)方向的主要晶體取向。因此，要求保護的方法有助于開發(fā)含有9%~11%的鎂的鋁基結(jié)構(gòu)材料，以及由其制造軋制材。本發(fā)明由包含9%~11%的鎂的鋁基合金生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料的方法是在鑄錠生產(chǎn)階段在旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)實現(xiàn)的，該模具的設(shè)計取決于所需鑄錠的形狀和重量。這種情況下，凝固的熱條件取決于模具襯套的特定設(shè)計。本發(fā)明是基于從晶格軸線取向的角度看引力場對凝固熔體理論計算出的和實驗證實的效果。以下更詳細分析該物理現(xiàn)象。對于凝固熔體在待分析的任意貫穿型力場(引力、超聲波等)內(nèi)新形成的晶體取向，必要的是動力學(xué)上研究在不均勻分布力f(xk,n)的外部場影響下加在核上的力，以及接著加在熔體內(nèi)微晶(顆粒)上的力。下文研究了支撐點(凝固界面或基體)附近的微晶，其在這個力F(xK,n)的影響下變形。假定微晶在一端有剛性支撐。這種情況下平衡方程如下++《■+■++zz《其中q是應(yīng)力張量；x、y和z是坐標；P是密度；似^是核子質(zhì)量。為得出結(jié)論，已經(jīng)接受了以下限制條件-除ct^以外，側(cè)面的應(yīng)力張量等于零。以及-長度x=L的微晶的自由端具有6自由能可描述如下F=j_CTS=丄5j2Di^，賜o-1)其中^是變形張量，其等于S,^xct^S^是彈性常數(shù)；是克羅內(nèi)克符號。因此，整個微晶的表面能等于五==fF0)&血為繼續(xù)得出結(jié)論，假定五"亜因為對應(yīng)于方向X(沿著微晶的縱軸)的楊氏模量等于1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>如果晶面hkL垂直于軸OX,那么五，其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>由于對于除鉬以外的所有金屬假定S-S12-S44/2<0-那么比率1/Ex對平面(III)具有最小值。方向(III)倘若與力F(xK,n)的矢量相符，相對于其它所有方向，其將是優(yōu)選的。這個結(jié)論明白地表明無論熔體類型及軸(III)的初始生長條件，熔體內(nèi)延遲的微晶都在力F(xK,n)的方向上取向。延遲的微晶是由球形扭曲成接近橢圓體的完全生長的核，其連接在細胞狀的凝固界面上。原則上，晶軸在生長核內(nèi)的取向(除力F(xK,n)外)發(fā)生遠早于其連接在凝固界面上同時在力F(xK,n)的方向上在可變粘度的熔體內(nèi)分離。晶格的完全彈性能量最小值的方向為在例如通過軋鋼機施覆的最小外力下的固體連續(xù)變形最大合適位置。該情況下對于鎂在鋁中的過飽和溶液這是特別重要的，因為該合金具有改善的強度。該方法已經(jīng)實驗了多次，使用以實驗為基礎(chǔ)作出的建議得到幾百千克2mm、lmm、0.5mm和0.lmm厚的軋制體。專L制體在實驗室條件下測試。測試結(jié)果示于表1。由表l明顯可知，強度和可塑性的最佳組合是通過所要求保護的方法的參數(shù)并使用鎂含量約10%的合金得到的。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明適于以工業(yè)規(guī)才莫應(yīng)用，因為它可以在本領(lǐng)域已知的旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)進行，而且通過改變合金生產(chǎn)條件來得到結(jié)果。本發(fā)明可用于由AMG10合金生產(chǎn)幾乎任意厚度的結(jié)構(gòu)材料。該發(fā)明可最有效地用于生產(chǎn)用在摩托車車體和摩托車動力部分的軋制材料。權(quán)利要求1.一種由含鎂的鋁基合金制成的結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)方法，包括凝固熔體而獲得鑄錠，對該鑄錠進行熱處理，并軋制該鑄錠，其中以由含有以下重量百分比比例的成分的合金生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料為目的鎂9～11鋯0.15～0.2鈷0.01～0.001鈹0.001～0.02硼0.005～0.007鋁-余量，在旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)220～250的引力因子下以及在12～15秒/kg的熔體存在時間內(nèi)凝固熔體。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在熱處理和軋制前，鑄錠在340。C380。C的溫度下加熱24小時，于是鑄錠在以上溫度下以每個周期最多30%的變形度熱軋至厚度4~8mm,而且在范圍310°C~330°C內(nèi)的半成品軋制材的最終軋制溫度下，接著以每個周期最多50%的變形度進行半成品軋制材的冷軋，與310。C390。C溫度下0.5~2.0小時的中間退火交替進行，直至得到0.52.0mm的所需厚度，最后在40(TC45(TC的溫度下使軋制材退火5~40分鐘。全文摘要本發(fā)明涉及由含鎂的鋁基合金制成的結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)方法，并涉及鑄造和軋制工程。該發(fā)明的方法用于生產(chǎn)由具有以下成分重量比率(％)的鋁基合金制成的結(jié)構(gòu)材料9.0～11.0的鎂，0.15～0.2的鋯，0.01～0.001的鈷，0.001～0.02的鈹，余量為鋁，該方法包括生產(chǎn)鑄錠，對其進行熱處理并軋制所述鑄錠，其中用于生產(chǎn)鑄錠的熔體在12～15秒/kg的熔體存在時間內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)結(jié)晶器內(nèi)220～250范圍內(nèi)的引力因子下結(jié)晶。文檔編號C22C1/02GK101583730SQ200780050147公開日2009年11月18日申請日期2007年1月24日優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日發(fā)明者奧列格·弗拉基米羅維奇·阿尼西莫夫,尼古拉·尼古拉耶維奇·斯卡爾金,謝爾蓋·謝苗諾維奇·特卡喬夫,阿納托利·弗拉基米羅維奇·波波夫申請人:先進合金有限公司