專利名稱：為了改進鎂合金的可成型性的恢復熱處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將鎂合金片材坯體從初始材料熱成型，所述
初始材料已經(jīng)碾軋成期望片材厚度，盤繞并退火至完全回火狀況。更具體地，本發(fā)明涉及對于從盤繞和退火的原料制備的片材金屬坯體的熱處理，以改進在熱沖壓或熱吹成型工藝中的鎂合金坯體的可成型性，從而制成片材金屬部件，如汽車車身面板。
背景技術(shù)：
令人關(guān)注的是將相對輕質(zhì)的鎂合金片材成型為例如汽車車身面板。這種面板可以從最初平坦的片材金屬坯體成型，所述片材金屬坯體具有例如約1000 mmx 1500 mmx l-3mm的標稱尺寸。迄今為止，雖然汽車制造商在從鋁片材合金成型車身面板方面有了更多的經(jīng)驗，但是鎂合金在與鋁合金大約相同的溫度范圍是可熱成型的且提供重量的進一步降低。目前，鎂合金片材金屬車身面板的成型需要在升高的成型溫度成型片材金屬。所使用的具體熱成型實踐很大程度上取決于面板產(chǎn)品的形狀的復雜性；即，需要引入鎂合金片材金屬坯體的變形的嚴重性。 一些面板形狀，如發(fā)動機搶罩，可以通過在面對面的互補熱成型模之間熱沖壓鎂合金片材坯體成型，而不用預加熱工件。其它更復雜的面板形狀可能需要工件被預加熱以進行熱吹成型。鎂合金車輛提升門和門面板通常需要熱吹成型溫度和實踐，以使得片材變形為功能和流線面板形狀。鎂片材金屬的熱吹成型通常包括在預加熱爐中加熱片材金屬坯體至約450°C;自動地將該片材傳遞至面對面的模之間的位置，所述模也被加熱至大約相同的溫度；將片材坯體形狀的周邊夾持在半模之間，以形成不透氣密封件；和然后將氣體壓力施加到加熱后的片材的 一 側(cè)，以將片材吹到面對的模腔中并抵靠成型表面以形成期望形狀。然后釋放氣體壓力，打開模，移開已成型面板并允許冷卻?？蛇x地，在一些情況下，取代使用預加熱爐，片材可以在成型之前或者成型期間由熱模加熱。在任一情況下，片材通常被加熱至約450°C，
且然后保持在該溫度短時間，以^5無保在施加成型壓力之前適當均勻的溫度。 在熱沖壓成型中，鎂合金片材通常預加熱至低于約350。C 的溫度且在加熱的互補成型模之間被沖壓并保持在特定成型溫度，所 述模支承在相對的壓板上。在合模時，已加熱的片材由至少一個模表 面接觸，所述至少一個模表面沖擊并抵靠面對的表面拉伸片材。如熱 吹成型那樣，片材工件和熱沖壓工具在工件開始變形之前處于特定熱 沖壓溫度。 這些熱成型實踐對于鋁片材合金發(fā)展良好且完全預加熱 的工件易于形成具有復雜形狀的車身面板。但是這種熱成型實踐應用
于鎂片材合金通常較慢且更易于應用于成型具有較低形狀復雜性的物品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)用于鎂片材金屬合金的升高溫度成型。片材 金屬合金的厚度通常約為1-3或4毫米。例如，在汽車車身面板中， 片材金屬坯體形成內(nèi)部或外部(或兩者)車身面板，如門面板、提升 門面板、后背箱面板等。這種面板具有相對復雜的形狀，且至少外部 面板必須保持商業(yè)上可接受的外表面以用于涂漆。通常，片材金屬初始材料從期望鎂基合金的合適鑄錠或 板坯制備。在片材金屬成型中可廣泛獲得的鎂合金是指定合金 AZ31B。該合金的標稱組成(按重量計算)是約3%的鋁、1%的鋅、 有限量的雜質(zhì)和結(jié)余的鎂。均質(zhì)錠或板坯逐漸遭受一種或更多熱或溫 碾軋操作，以使得鑄造金屬縮減為帶，且然后成為具有合適寬度、厚 度和表面質(zhì)量的片材。熱或溫碾軋材料可以在碾軋階段之間退火。在 多個碾軋階段之后，獲得相對長的鎂合金片材且由制造商碾軋成盤 巻。盤繞材料被退火，以在盤繞片材中形成金屬冶金學微觀結(jié)構(gòu)，這 對于片材的預期用途是期望的。為了獲得片材的合適可成型性，認為 謹慎的是以已經(jīng)完全退火至完全回火狀況的鎂合金片材盤巻開始。應 當理解，這種完全回火鎂片材的盤繞碾軋將展現(xiàn)良好的可成型性和成 型產(chǎn)品中的良好表面質(zhì)量。
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現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種盤繞完全回火鎂合金片材從片材工藝 (如，拉彎矯直、盤繞/展開、和片材的偶然沖擊或撞擊)易受小量的 冷加工。該小量冷加工，在加熱至暖成型或熱拉伸成型溫度時，通常 在片材表面附近引起大的再結(jié)晶顆粒。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些大的顆粒導致較 低的片材金屬可延展性、較低的可成型性和在成型部件中的桔皮表面 效果。雖然冷加工的量可能較小，但是這已經(jīng)引入軟的完全回火材料。 局部冷加工在一些鎂片材成型實踐中是可以忍受的。但是當汽車車身 面板和具有復雜形狀的類似物品在升高溫度下成型時，可成型性的先 前未預期的變化引起了制造問題。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供用于對從完全回火鎂合金的
盤巻移開的片材金屬坯體或工件的恢復熱處理，旨在用于熱成型，如 熱沖壓或快速塑性成型，快速塑性成型是一種熱吹成型的形式，其中， 在成型期間，空氣壓力根據(jù)壓力排定表增加。例如，恢復熱處理可應
用于從同一鎂合金(如AZ31B)的完全回火盤巻展開并切割的坯體或
坯體組。 坯體被加熱至預定溫度，所述預定溫度通常在約200°C -約350°C的范圍內(nèi)。具體合金和坯體材料工件的熱處理溫度根據(jù)經(jīng) 驗或根據(jù)本說明書中下文描述的試驗確定。熱處理持續(xù)時間也預先確 定且通常是高達約60分鐘的周期?；謴蜔崽幚淼哪康氖切迯驮阪V合 金片材中的偶然和通常不可避免的冷加工的效果，而不過度增加其顆 粒尺寸。目標是著手于將已經(jīng)返回到坯體的拉伸成型的均勻可延展和 可成型狀態(tài)的鎂合金片材熱沖壓或熱吹成型為具有商業(yè)上可接受的 表面質(zhì)量的良好成型的片材金屬產(chǎn)品。 本發(fā)明的其它目的和益處將從具體說明性示例的說明顯 而易見。


附圖是圖示關(guān)于在代表性坯體上進行試驗恢復熱處理獲 得的極限圓頂高度(單位毫米)的柱形圖，所述坯體從退火至完全 回火狀況的AZ31B鎂合金的冷碾軋盤巻獲得。鎂合金坯體在指示的 恢復熱處理溫度和時間之后由打壓試驗形成半球形圓頂形狀。通常， 較大的極限圓頂高度值表示在鎂合金片材中提供更好的可成型性的恢復熱處理(熱處理溫度和時間)。
具體實施例方式
通常，用于鎂合金的熱金屬成型工藝包括獲得處于完全 回火狀況的選定鎂合金的一個或更多盤巻。片材金屬的平坯體從所述 盤巻獲得，以制造成型片材金屬部件，如汽車車身面板。具有合適厚 度和所獲得的完全回火片材金屬工件的平面圖形狀的坯體被加熱至 某升高的溫度，保持在該溫度短時間，且然后在該溫度變形以形成有 用的形狀。該工藝在制造如車輛門、車箱蓋、后背箱門、發(fā)動機罩等 的面板的制造物品時重復多次。
本發(fā)明已經(jīng)被證明有益于AZ31B鎂合金片材的熱吹成
材料可在完全回火狀^獲得?？谕耆换鼗鹌木哂型耆嘶鸬奈⒂^結(jié) 構(gòu)，由不同顆粒尺寸表征，帶有一定的顆粒尺寸雙峰分布。通常，顆 粒尺寸在約5-20微米的范圍內(nèi)。本發(fā)明也有益于其它熱成型工藝，其 它初始形狀和其它鎂合金。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，完全回火鎂合金片材的盤繞和處理引入小量 的冷加工到退火材料的微觀結(jié)構(gòu)中。冷加工通常來自于將退火盤繞的 片材轉(zhuǎn)換成平坦片材，預備制備用于放置在熱成型壓機中的金屬坯 體。與盤巻的外徑相比，在盤巻的內(nèi)徑上需要更多的加工來使得材料 變平。因而，在盤巻展開時，可以有引入到片材中的加工量的不同。 這種冷加工通常在展開材料的表面中發(fā)現(xiàn)，片材金屬坯體從該展開材 料切割以用于熱成型工藝。該小量冷加工，在盤巻中是不均勻和不一 致的，導致微觀結(jié)構(gòu)的變化，從而比標稱回火將展現(xiàn)較低的可成型性。 本發(fā)明的實踐部分地取決于用于生產(chǎn)線或工廠的特定規(guī) 定完全回火鎂合金的盤巻數(shù)量。例如，在大容量制造情況下，可以期 望按照盤巻且可能按照供應商來消除冷加工的不一致水平。可以期望 發(fā)展用于每個盤巻或每個供應商的恢復熱處理，或可以選擇發(fā)展可應
一情況下，這種方法^i估材料的多個盤巻并選擇代表s能存在冷:
工預應力的極端的片材金屬樣本。材料將從盤巻的端部和中間取樣。 在該示例中，以下試驗程序?qū)⒈粚嵤┮源_定消除所有這種樣本中的應
7力需要的恢復熱處理的時間-溫度參數(shù)，而對預期隨后的熱成型操作沒 有再結(jié)晶的有害效果。然后，這種恢復熱處理將可能應用于準備潤滑 和成型的一堆變平的和剪切的坯體。作為可選方案，坯體可以作為潤 滑坯體的工藝的 一 部分被熱處理。 根據(jù)本發(fā)明，用于成型的候選鎂合金完全回火材料的代 表性樣本被試驗以確定它們在熱成型之前是否需要恢復熱處理。 例如，這種試驗可以包括將AZ31B-0片材樣本在預期熱 成型溫度約350°C-約500°C下無限制熱吹成型為半球形圓頂?？蓱?用較低溫度以評估用于熱沖壓的鎂合金坯體，可應用較高溫度以評估 用于熱吹成型的坯體。 在該試驗的一個實施例中，在室溫下方形鎂合金坯體(一 邊175 mm)放置到模中，模保持在成型溫度，如450°C。片材的一面 放置成疊置模板中的100 mm直徑的圓形開口 ，且片材由熱模加熱。 當片材達到可成型性評估的選定溫度時，氣體壓力施加給片材的另一 側(cè)，以使得片材通過孔膨脹成無限制的圓頂形狀(大致半球形)。氣 體壓力可以根據(jù)階段增加或者以預定壓力水平施加。在片材達到最終 圓頂高度或已經(jīng)撕裂之后，打壓試驗停止且評估成型的樣本。最終圓 頂高度或極限圓頂高度(單位毫米)是在成型試驗溫度下鎂合金坯 體的可成型性的測量。 在以下系列試驗中，從盤繞材料獲得的一些完全回火鎂 合金坯體經(jīng)歷圓頂試驗，且一些坯體在樣本再次加熱和經(jīng)歷圓頂成型 打壓試驗之前首先經(jīng)歷一定范圍的恢復熱處理。換句話說，坯體經(jīng)歷 不同的熱處理，以確定對于由小坯體代表的具體鎂合金材料的最佳恢 復熱處理。 在第一示例中，圓頂打壓試驗在AZ31B-0坯體上進行， 其首先在200°C熱處理15分鐘并冷卻至室溫。圓頂?shù)某尚腿缓笤?450。C下用75 psi的空氣壓力進行。圓頂高度達到約55 mm的最大值， 歸類為附圖中的標記(200C 15min)柱形圖。在該系列試驗中，使用 已經(jīng)經(jīng)歷其它恢復熱處理排定表的AZ31B-0片材的其它坯體成型5 個其它圓頂。相應打壓試驗的圓頂高度(單位毫米)在附圖中提供 為柱形圖?？梢钥闯?，接收的(沒有熱處理)樣本形成僅約50mm的 圓頂高度。在該說明性系列試驗中，恢復熱處理溫度在從150°C-350°C的范圍內(nèi)且熱處理時間在從15分鐘-1小時的范圍內(nèi)。在這些完全回
火AZ31B材料的這些試驗中，幾乎58 mm的最大圓頂高度在完全回火材料在200°C下加熱30分鐘之后獲得。因而，在本發(fā)明的實踐中，在材料坯體提交給熱沖壓或熱吹成型操作以制造具有復雜形狀的片材金屬部件(如汽車的車身面板)之前評估完全回火鎂合金片材的盤巻。上述圓頂打壓試驗或其它合適的可成型性試驗可以用于評估完全回火鎂合金的新盤巻?；谠O計的溫度和加熱時間模式的 一 系列候選恢復熱處理可以在片材的小坯體上進行試驗且評估試驗坯體的可成型性。溫度和加熱時間的模式可以基于盤繞鎂合金的先前經(jīng)驗，或者可以基于不同的選定初始處理，直到實現(xiàn)可成型性的改進。在確定特定盤巻的優(yōu)選熱處理之后，可以在熱處理中評估用于生產(chǎn)部件的全尺寸坯體。當然，本發(fā)明實踐的經(jīng)驗將改進在試驗坯體上進行的恢復熱處理與全尺寸部件的可成型性的相關(guān)性。在最初盤繞的完全回火鎂合金片材上識別和使用恢復熱處理的該實踐改進了片材的可延展性和可成型性，且獲得在部件的成型表面中具有更好的表面質(zhì)量的熱成型部件。 本發(fā)明的實踐已經(jīng)通過示例示出，所述示例表示為說明而不限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種改進在從最初完全回火鎂合金片材的一個或更多盤卷獲得的片材的預定熱成型工藝中的可成型性的方法，所述鎂合金片材在從盤繞材料獲得成型坯體時已經(jīng)經(jīng)歷冷加工，所述方法包括使得來自于盤繞片材的試驗片材樣本經(jīng)歷候選熱處理，所述熱處理包括在約200℃-350℃范圍內(nèi)的候選溫度下加熱樣本約1分鐘-60分鐘的周期；在相應熱處理樣本上進行成型試驗；和評估相應熱處理樣本的可成型性以確定可應用于從盤卷移開的片材金屬坯體的熱處理時間和溫度排定表，以通過預期熱成型工藝形成片材金屬產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方頂并評估形成的圓頂?shù)母叨群捅砻尜|(zhì)量來評估。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方圓頂并評估'開;成的圓頂?shù)?度和表面質(zhì)量'i評估。'、、'.'
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方樣本熱吹成型半球形圓頂并評估形成的圓頂?shù)母叨群捅砻尜|(zhì)量來評估。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方法，其中，在生產(chǎn)尺寸工件的熱處理中至少最初地使用所確定的熱處理排定表，以通過預定熱成型工藝形成生產(chǎn)尺寸部件。
6. —種改進在從最初完全回火鎂合金片材的一個或更多盤巻獲得的片材的熱沖壓或熱吹成型中的可成型性的方法，所述鎂合金片材由于盤繞材料的盤繞、展開、變平或處理已經(jīng)經(jīng)歷冷加工，所述方法包括使得來自于盤繞片材的試驗片材樣本經(jīng)歷候選熱處理，所述熱處理包括在約200°C-350°C范圍內(nèi)的候選溫度下加熱樣本約1分鐘-60分鐘的周期；在相應熱處理樣本上進行成型試驗；和評估相應熱處理樣本的可成型性以確定可應用于從盤巻移開的片材金屬坯體的熱處理時間和溫度排定表，以通過熱沖壓或熱吹成型來形成片材金屬產(chǎn)品。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方頂并評估形成的圓頂?shù)母叨群捅砻尜|(zhì)量來評估。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方圓頂并評估開;成的圓頂?shù)?度和表面質(zhì)量';評估。'''、、、''''
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方法，其中，熱處理樣本的可成型性通過在預期熱沖壓或熱吹成型溫度下從熱處理樣本熱吹成型半球形圓頂并評估形成的圓頂?shù)母叨群捅砻尜|(zhì)量來評估。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進盤繞鎂合金片材的可成型性的方法，其中，在生產(chǎn)尺寸工件的熱處理中至少最初地使用所確定的熱處理排定表，以通過預定熱成型工藝形成生產(chǎn)尺寸部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及為了改進鎂合金的可成型性的恢復熱處理。在高溫成型操作中盤繞和退火(完全回火)鎂合金片材的可成型性有時受到在處理盤卷和展開盤卷以獲得用于熱沖壓、熱吹成型等的坯體工件期間引入到精細顆粒材料中的小量冷加工的不利影響。在必要時，具有硬加工微觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域的片材的可成型性可以通過在可成型性試驗中使用小部分材料預先確定恢復熱處理來改進。然后，對于特定盤繞原料確定的恢復熱處理在盤卷材料用于制造車輛車身面板等時可以應用于盤卷材料。
文檔編號C22F1/06GK101638762SQ200910164679
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者J·D·拉塞斯基, J·T·卡特, P·E·克拉耶夫斯基, R·費爾馬 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司