[发明专利]金属合金薄板的热成型工艺

说明书

技术领域

本发明涉及使用预定热成型温度的镁合金薄板其他金属合金薄板材料的热成型。更具体地，本发明涉及以选定的相对于其再结晶温度更低的温度引发加热的金属薄板工件的变形以及在预定的高成型温度结束该变形步骤的实践。

背景技术

将相对轻质铝合金和镁合金薄板材料成型到例如汽车车体板中是令人感兴趣的。这种板可由具有例如大约1000mm x 1500mm x 1-3mm标称尺寸的最初平的金属薄板坯料成型。迄今为止，汽车制造工程师对于由铝板合金成型车体板已经很有经验，尽管镁合金在与铝合金大约相同的温度范围是可热成型的并且进一步减轻了重量。

成型大的薄的板的困难很大程度上取决于板形状的复杂性、需要引入到金属薄板坯料的变形的程度。一些板形状(像发动机部件罩)经常能够通过在互补的面对的成型模具之间冲压铝合金薄板坯料成型而不用预加热工件。模具的一个或两个具有凸(撞锤式)表面，其将金属薄板伸展到对面工具的凹表面中并靠着该凹表面。该冲压在制造点的环境温度下进行。其他更复杂的板形状需要工件被预加热以热冲压或热吹成型。铝制车辆升降门和门板经常需要高成型温度来使薄板材料变形成装饰或功能性板形状。

镁或铝金属薄板的热吹成型典型地包含在预加热炉中将薄板加热到约500℃，机器人地将该薄板转移到面对模具之间的位置，该模具也被加热到大约相同的温度，在两半模具之间夹薄板以产生气密密封，然后将气压施加到薄板的一侧以将其吹到对面的模具腔中以成型希望的形状。随后，气压被释放，模具被打开，成型的板被移走并允许被冷却。替代地，在一些情况中，代替使用预加热炉，薄板可通过热模具被加热。在任一情况中，薄板典型地被加热到约500℃，然后在施加成型压力之前在该温度下保持一段较短的时间以确保温度均匀。工件典型地(如果不是已经完全退火)在变形之前经历静态再结晶，然后再结晶的晶粒结构经历变形。这种实践以适合成分和热机械历史的铝合金成功地使用。

在通过热冲压的成型中，镁或镁合金薄板材料经常被预加热到低于约350℃的温度并在相对压板上进行的加热互补成型模具之间冲压并维持在特定成型温度。而且，如果工件没有已经完全退火且预处理温度高于静态再结晶温度，工件将在任何变形之前经历静态再结晶。基于压力闭合，加热薄板由至少一个模具表面接触，其靠对面的表面撞击且伸展薄板。当在热吹成型时，薄板工件和热冲压工具在工件开始变形之前处于特定热冲压温度。

这些热成型实践对于铝薄板合金已经得到了很好的发展，并且完全预加热工件容易成形为复杂形状的车体板。但是镁薄板合金的这种热成型总体来说发展较为缓慢，并且更容易应用到以低形状复杂度的板成型中。

发明内容

本发明已经设计为镁金属薄板合金的高温成型，但是金属薄板成型方法还可应用到铝合金。金属薄板合金典型地约为1-3毫米厚。

在金属薄板成型广泛可用的镁合金是指定合金AZ31B。该合金的标称重量组成为约3％铝，1％锌，有限量杂质，以及平衡的镁。商售的是相对软的完全退火的O状态和相对硬的部分退火的H24状态。本发明的热成型方法的实践将示出为以O状态和H24状态应用到AZ31B合金，但是本发明的实用性不限于AZ31B材料或甚至不限于镁合金。

在镁合金薄板材料(或其他金属薄板材料)的热成型车间中，金属薄板坯料从处于环境温度(例如，约18℃到约30℃，取决于地理位置和原因)的仓库取出并准备用于指定热成型操作。这种准备可包括坯料的清洁和润滑涂层。希望的成型温度对于金属合金的组成和状态是预指定或预定的。成型温度对于热吹成型可例如为约500℃或对于热冲压可为约350℃。一个或多个准备的金属薄板坯料然后在准备中被加热用于热成型。在一个实施例中，这种加热可在将坯料机器人放置在加热的成型工具上之前在预加热炉中完成。在另一实施例中，坯料可由热成型工具(一个或多个)加热。但是，根据本发明，镁合金坯料在坯料的变形开始之前不被允许达到其特定热成型温度。坯料的变形在工件达到其静态再结晶温度之前开始。这种初始变形用于促进开始工件的动态再结晶。加热和连续变形继续在一起(平行)且热成型在特定热变形温度完成。

根据本发明，发现通过在静态再结晶开始之前，开始在镁合金薄板材料上的变形，成型工艺可更快速地进行且可在工件中获得更大的变形和产品成形。通过在工件中以预定温度区域开始变形，动态再结晶(而不是静态再结晶)在低温下起始。动态诱发再结晶继续为加热且变形在板或其他制造品的热成型期间被继续。其益处在于在更短的变形时段内在工件中可成型更复杂的形状。