[发明专利]形成具有改善的延展性的镁合金

说明书

技术领域

本发明一般涉及在室温显示改善的延展性的、经加工的镁合金组合物。更具体地说，使镁与铈的合金受到高温变形以改善该合金在室温的成形性(formability)。

背景技术

镁是最轻的结构金属。在工程应用中它与一种或多种元素，例如铝、锰、稀土金属、锂、锌和银，形成合金。以重量计，镁通常占这些合金的百分之八十五或更多。

近年来镁的成本已经显著降低，并且部分因为其理想的物理性质比如轻重量、高比强度和刚性、可加工性以及易于再循环的能力，镁及其合金已成为广泛应用范围中有吸引力的结构材料。然而，由于镁铸件的不良加工性和镁在初级加工阶段的较低成形性与延展性，使得镁在锻造产品如片材和挤出物中的用途受到限制。在室温下，纯镁一般特征在于有限的延展性，这是源于它的六方密堆晶体结构以及所导致的有限数目的主动滑移系统。这种固有限制常常阻碍镁在由片材和挤出物制成的锻造产品中的广泛应用，这是因为将该加工性差的金属加工成可用的最终形状是困难和昂贵的。

本领域技术人员通常理解，促进晶粒细化的金属制造工艺可能有助于改善金属镁中的某些拉伸性能，比如加工硬化和延展性。一种被称为等通道角挤压(equal channel angular extrusion，ECAE)的非常规的金属加工工艺，通过在两个等同大小的通道(即，在剖面上没有明显减少)的交叉处对金属材料施加简单剪切来操作，其中所述两个等同大小的通道共同形成含有锐弯(通常90°)的加工路线，其中所述合金材料可以多次通过该加工路线。ECAE工艺已经在某些镁合金中表明将伸长率改善至大于25％。然而，高昂的ECAE相关操作费用常常使得该工艺在经济上不具吸引力，并且使得从业人员采用其它更适合廉价加工技术的合金，比如钢和铝合金。

本领域技术人员一般也认识到通过将镁与特别的金属添加剂合金化可以改善镁金属的可机械加工性。所述金属添加剂被相信在多种滑移系统中降低临界分切应力(critical resolved shear stress，CRSS)，由此导致镁材料的显微结构在热成形中发生变化。该现象可以通过下述来提高金属的成形性，即、增加可用于通常变形的独立滑移模式的数目，同时将孪晶效应最小化以延迟断裂的发生。不幸的是，由于人们对于确认能够有利地操控锻造镁材料在室温的成形性的合金添加剂方面投入有限，所以该方面的知识缺乏。

因此，通常需要提供如下的镁合金：所述镁合金在初级加工阶段具有改善的延展性从而用于制备成锻造镁金属产品。

发明内容

在本发明的实施方案中，将含有0.2wt％铈和余量镁的熔体浇铸成圆形圆柱坯料，用于直线式挤出(in-line extrusion)。将所述坯料预热到400℃两小时，沿着直轴(非ECAE)以挤出比25∶1推动通过圆型模具(circular die)以制造直径大约十五毫米的实心棒。制造了由镁与0.5wt％铈构成的类似的挤出坯料。为了比较所得到的性质，以同样方式浇注了纯镁的坯料并挤出。

观察到挤出的含铈的镁坯料的晶粒尺寸小于挤出的纯镁坯料的晶粒尺寸。该含铈的坯料材料的室温拉伸强度降低，而伸长百分比显著增大。拉伸试验中的极限载荷的伸长是延展性的量度。如该说明书中下述数据中可知，经热变形的含铈的镁合金的延展性与镁及其它已知镁合金相比令人惊讶地增大。

发现以至多约1wt％的量添加铈，改善了镁合金在适当的热变形处理后的室温延展性和加工性。在具体实施方案中，所述热变形是通过挤出来进行的，所述挤出在约350℃至约475℃的坯料温度下以约10∶1至约60∶1范围内的挤出比在合适挤压速度下进行。在所述热变形期间，尽管并不是必须的，但用基于石墨的润滑剂或氮化硼将所述坯料适当地润滑。

少量铈的存在有利于形成如下再结晶的晶粒，所述晶粒的基面相对于挤出轴成40-50度的取向。镁-铈合金使得后续沿着挤出轴的应变过程中基础滑移(basal slippage)更加容易，所述基础滑移在纯镁的挤出棒中是被有效避免了的。但是无论何种应变机制，约0.2wt％至约0.5wt％的铈在经热加工过的镁基质中的存在都显著增强了室温下进一步使挤出的条材料成形的能力。并且该改善无论所述经热加工的材料在截面处是实心还是空心都实现。因此，热挤出的镁合金条或管例如然后可以在例如环境温度下经弯曲或液压成形工序，以更容易地形成用于汽车结构或部件等的更复杂形状。