ЛИСТ ИЗ МАГНИЕВОГО СПЛАВА Российский патент 2012 года по МПК C22C23/02 C22C23/04 C22F1/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к листу из магниевого сплава, формованному изделию, полученному пластическим формованием такого листа, и способу получения такого листа. В частности, настоящее изобретение относится к листу из магниевого сплава, обладающего высокой формуемостью при пластическом формовании в горячем состоянии (температура заготовки во время формования: от 200°С до 300°С).

Уровень техники

Разработчики использовали магниевые сплавы, полученные в результате добавления различных элементов к магнию, для получения материалов, таких как корпуса для мобильных устройств, включая сотовые телефоны, персональные компьютеры-ноутбуки, а также детали автомобилей. Однако магниевый сплав, имеющий гексагональную кристаллическую структуру (гексагональную плотноупакованную структуру), имеет плохую пластическую формуемость при обычной температуре. Следовательно, изделие из магниевого сплава, используемое для вышеупомянутых видов корпусов и подобного, в основном, получают, используя литой материал, сформованный посредством процесса литья под давлением или процесса тиксотропического формования.

С другой стороны, ковкий магниевый сплав, такой как AZ31, который относительно легко поддается пластическому формованию, подвергали пластическому формованию, такому как штамповка или ковка. Например, изобретатели разрабатывали штампованное изделие, формуемое штамповкой прокатанного листа, получаемого в результате прокатки слитка при температуре, составляющей 200°С или более (в теплых условиях или горячих условиях), при которой призматическая плоскость и пирамидальная плоскость гексагонального кристалла подвергаются деформации скольжения. С целью улучшения пластической формуемости разработчики изучали превращение структуры магниевого сплава в тонкую рекристаллизованную текстуру, например, посредством отжига прокатанного листа до пластического формования (см. патентную ссылку 1). Кроме того, в патентной ссылке 2 описана техника наклона плоскости (0002) по направлению к прокатанной поверхности, включающая многократную обработку прокатанного листа, объединяющую обработку с использованием рычага ролика и термическую обработку рекристаллизацией. В патентной ссылке 2 утверждается, что благодаря данному способу может быть улучшена пластическая формуемость при температуре 100°С или менее.

Патентная ссылка 1: опубликованная заявка на Японский патент Tokukai 2007-98470.

Патентная ссылка 2: опубликованная заявка на Японский патент Tokukai 2005-298885.

Раскрытие изобретения

Техническая задача

Несмотря на вышеприведенное описание, даже в том случае, если лист, имеющий рекристаллизованную структуру, получают в результате термической обработки, направленной на рекристаллизацию, такой лист подвергается деформационному упрочнению из-за накопления в нем напряжения и повышения плотности дислокаций во время пластического формирования в теплых условиях, т.е. при температуре 200°С или более, в частности, 200°С или более и 300°С или менее. В результате, лист не может деформироваться с большим удлинением, поэтому такой лист иногда ломается. Следовательно, лист, имеющий рекристаллизованную текстуру, полученную в результате вышеупомянутой термической обработки, может не выдержать обработки пластическим формованием для получения желаемой формы.

Кроме того, на формованном изделии, полученном штамповкой листа, имеющем текстуру, при которой плоскость (0002) наклонена по направлению к прокатанной поверхности, т.е. ось «с» не параллельна направлению толщины листа, а пересекает ее, в результате удара, такого как падение объекта, может образоваться вмятина. Текстура вышеописанного листа (текстура, при которой ось «с» пересекает направление толщины) сохраняется даже после штамповки. Следовательно, формованное изделие находится в состоянии, при котором плоскость (0002) пересекает направление толщины листа. Скользящая плоскость магниевого сплава при обычной температуре практически представляет собой всего лишь плоскость (0002). Следовательно, даже при использовании такого формованного изделия при обычной температуре, при его ударе, например, при падении объекта, скольжение плоскости (0002) легко обеспечивает пластическую деформацию в направлении толщины листа, образуя глубокую вмятину.

Настоящее изобретение было осуществлено ввиду вышеизложенных обстоятельств. Целью настоящего изобретения является разработка листа из магниевого сплава, имеющего высокую пластическую формуемость в теплом состоянии, и способа его получения.

Другой целью настоящего изобретения является разработка сформованного из магниевого сплава изделия, имеющего высокую стойкость к ударным воздействиям.

Решение поставленной задачи

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что формуемость в теплом состоянии листа из магниевого сплава (катанного листа) может быть повышена в результате намеренного придания определенного напряжения листу до пластического формования, а не путем ускорения рекристаллизации благодаря осуществлению термической обработки, направленной на рекристаллизацию листа до пластического формования. При придании определенного напряжения листу из магниевого сплава до пластического формования в теплом состоянии, энергия напряжения, вырабатываемая упомянутым определенным напряжением, приданным заранее, прибавляется к термической энергии, приданной нагреванием во время пластического формования в теплом состоянии, и энергии напряжения, выработанной напряжением, накапливающимся во время пластического формования. Три вида энергии становятся движущей силой развития непрерывной рекристаллизации в вышеописанном листе во время пластического формования в теплом состоянии при температуре, составляющей 200°С или более. Поэтому авторы настоящего изобретения считают, что описываемый лист, напряжение в котором формируется заранее, не повышает плотность дислокаций, проявляет меньшую тенденцию к развитию деформационного упрочнения даже без особого регулирования условий для пластического формования, такого как штамповка, и способен обеспечить высокую пластическую формируемость, при которой удлинение повышается до 100% или более при температуре, составляющей 200°С или более. На основании упомянутых открытий авторы настоящего изобретения предлагают лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению, имеющий высокую пластическую формуемость в теплом состоянии.

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что он состоит из сплава на основе магния, а полуширина его пика составляет 0,20 градусов или более и 0,59 градусов или менее для дифракционного пика (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции. Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению может быть получен благодаря описанному ниже способу получения согласно настоящему изобретению.

Согласно настоящему изобретению способ получения листа из магниевого сплава представляет собой способ получения листа из сплава на основе магния. Данный способ включает стадию прокатки материала, состоящего из описываемого сплава на основе магния, и стадию придания напряжения прокатанному листу, полученному в результате операции прокатки, при этом прокатанный лист находится в нагретом состоянии. Придание напряжения осуществляют таким образом, что полуширина его дифракционного пика (0004) достигает 0,20 градуса или более и 0,59 градуса или менее при монохроматической рентгеновской дифракции, которой подвергается лист после придания ему напряжения. Термическую обработку, направленную на перекристаллизацию, не осуществляют до стадии сообщения напряжения и после нее. Далее настоящее изобретение поясняется более подробно.

Лист из магниевого сплава

Полуширина пика

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению получают, намеренно придавая напряжение прокатанному листу. Следовательно, такой лист имеет распределение размеров зерен, отличное от распределения размеров зерен прокатанного листа, подвергнутого термической обработке, направленной на рекристаллизацию. Полуширина пика при рентгеновской дифракции отражает распределение размеров зерен (кристаллитов). Следовательно, в качестве индикатора размера зерен листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению используют полуширину пика на диаграмме специфической дифракции (дифракционный пик (0004)) при монохроматической рентгеновской дифракции. В вышеприведенной части описания термин “полуширина пика” означает ширину пика при 50% интенсивности дифракционного пика (0004). В том случае, если полуширина дифракционного пика (0004) находится за пределами диапазона, составляющего 0,20 градуса или более и 0,59 градуса или менее, удлинение листа не может быть увеличено до 100% или более в теплых условиях (при температуре, составляющей от 200°С до 300°С). В результате, изделия различной формы не могут быть подвергнуты достаточной пластической деформации. Более желательно, чтобы полуширина пика составляла 0,20 градуса или более и 0,54 градуса или менее.

Внутренняя текстура

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет остаточное напряжение (полоса сдвига). Следовательно, при рассматривании внутренней части листа под микроскопом граница зерна прозрачного кристалла менее заметна. Иными словами, лист имеет текстуру, в которой кристаллическое зерно является нечетким. В результате, определение размера кристаллических зерен и ориентации отдельных кристаллических зерен листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению практически невозможна или затруднена. Тем не менее, поскольку лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению позволяет определить пик монохроматической- рентгеновской дифракции, такой лист не является аморфным. Текстуру такой кристаллической структуры определяют количественно, используя коэффициент достоверности (CI) во время измерения при помощи метода дифракции отраженных электронов (EBSD).

Наличие участка с низким CI

Термин "CI" представляет собой индекс, показывающий уверенность при определении ориентации кристаллов, описанном в инструкции к использованию микроскопа для определения ориентации (OIM), выпускаемом NSL Solutions К.К. Величина CI может быть определена в отдельных точках измерения. Предполагается, что ориентация может быть правильно определена в 95% или более точках измерения, в которых величина CI составляет 0,1 или более. Лист из магниевого сплава, подвергнутый термической обработке, направленной на рекристаллизацию, практически состоит из участков, величина CI которых составляет 0,1 или более. С другой стороны, лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению включает большое количество участков, величина CI которых составляет менее 0,1 (участки с низким CI), что является одним из характерных признаков такого листа. Более конкретно, в таком листе площадь, занимаемая участками с низким CI, составляет 50% или более и менее 90%. Иными словами, при исследовании листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению участок, на котором невозможно определить ориентацию зерен кристаллов, точно составляет 50% или более от общей площади листа. Причина, по которой в такой полосе сдвига ориентация не может быть точно определена, вероятно, заключается в том, что помимо неправильного приготовления образца и несоответствующих условий измерения, свое влияние оказывают дефекты кристаллов, такие как дислокации и двойниковые кристаллы, а также напряжение. Неправильное приготовление образца включает усиление напряжения, вызванное механической шлифовкой, и загрязнение поверхности образца. Несоответствующие условия измерения включают некорректные системные данные о кристалле, используемые для получения изображения, что имеет большое значение. Меры по предотвращению вышеупомянутой неправильности и несоответствия описаны ниже.

Форма

Виды листов из магниевого сплава согласно настоящему изобретению включают длинный лист, свернутый в виде рулона, и короткий лист, отрезанный от длинного листа. В длинном листе направление длины обычно параллельно направлению прокатки. Короткий лист обычно имеет форму прямоугольника (включая квадрат), получаемого в результате разрезания длинного листа в направлении, перпендикулярном направлению прокатки. Отрезанный прямоугольный лист иногда подвергают дальнейшему разрезанию в направлении, параллельном направлению прокатки. В результате такого разрезания получают прямоугольный лист, одна сторона которого имеет направление, параллельное направлению прокатки, а другая сторона, перпендикулярная первой стороне, имеет направление, перпендикулярное направлению прокатки. Направление одной стороны или направление другой стороны совпадает с направлением ширины листа.

Толщину листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению можно варьировать, соответствующим образом регулируя рабочее соотношение во время прокатки (обжатие при прокатке). Например, при использовании листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению в качестве, как описано ниже, материала для корпуса электронного устройства, желательно, чтобы лист имел толщину, составляющую 2 мм или менее, более желательно - 0,03 мм или более и 1,5 мм или менее.

Остаточное напряжение

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет сжимающее остаточное напряжение, поскольку напряжение сообщается прокатанному листу, что также является одним из характерных признаков листа. Более конкретно, на поверхности листа сжимающее остаточное напряжение имеется в направлении ширины листа или в направлении под углом в 90° относительно направления ширины листа. В том случае, если лист представляет собой упомянутый выше длинный лист, направление ширины листа определяют как направление, перпендикулярное направлению длины (т.е. направлению прокатки). В том случае, если лист представляет собой короткий лист, имеющий форму прямоугольника, направление ширины листа определяют как направление любой одной стороны. При использовании короткого листа, в тех случаях, когда может быть установлено направление прокатки, направление, перпендикулярное направлению прокатки, определяют как направление ширины листа.

В том случае, если направление прокатки совпадает с направлением под углом 90° относительно направления к ширине листа (при использовании длинного листа - направление длины), удельная величина описанного выше сжимающего остаточного напряжения составляет 0 МПа или более и 100 МПа или менее в направлении прокатки (0 МПа включено в сжимающее остаточное напряжение), и 0 МПа или более и 100 МПа или менее в направлении под углом 90° относительно направления прокатки. В том случае, если сжимающее остаточное напряжение выходит за пределы вышеуказанного диапазона или имеется растягивающее остаточное напряжение, удлинение листа не может быть повышено до 100% или более в теплых условиях (при температурном интервале, составляющем от 200°С до 300°С). В результате, осуществление достаточного действия по пластической деформации различных форм является затруднительным. Величина такого остаточного напряжения может быть использована в качестве индикатора, показывающего наличие напряжения.

Ориентация по оси с

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению интенсивно сохраняет ориентацию по оси с прокатанного листа, что также является одним из характерных признаков данного листа. Плоскость (0002) прокатанного листа в основном выровнена параллельно направлению прокатки. Следовательно, ось с прокатанного листа ориентирована таким образом, чтобы быть перпендикулярной направлению прокатки. Иными словами, она ориентирована так, чтобы быть перпендикулярной поверхности прокатанного листа. Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению практически сохраняет вышеописанное состояние ориентации прокатанного листа. В результате, величина индикатора ориентации по оси с достигает 4,00 или более. Кроме того, средний угол наклона оси с составляет всего лишь 5° или менее. Формованное изделие согласно настоящему изобретению, полученное в результате осуществления пластического формования вышеописанного листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению, вероятно, сохраняет состояние ориентации листа и имеет текстуру, в которой ось с ориентирована почти перпендикулярно поверхности формованного изделия. Следовательно, вероятность возникновения пластической деформации в направлении толщины меньше. В результате, даже если формованное изделие согласно настоящему изобретению подвергается воздействию удара, в частности при падении, развитие большой вмятины является менее вероятным.

Свойства в теплых условиях

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет высокую степень удлинения в теплых условиях (в температурном интервале, составляющем 200°С или более и 300°С или менее). Более конкретно, он имеет очень высокую степень удлинения: 100% или более при температуре, составляющей 200°С или выше, предпочтительно, 200% или более при температуре, составляющей 250°С или выше, и, более предпочтительно, 300% или более при температуре, составляющей 275°С или выше. Имея, как описано выше, достаточную степень удлинения в теплых условиях, лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению менее подвержен развитию трещин и подобного и имеет высокую пластическую формуемость при осуществлении теплого пластического формования, такого как штамповка в теплом состоянии.

Кроме того, лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет небольшую анизотропию при вышеописанном удлинении в теплых условиях, что также является одним из характерных признаков данного листа. Более конкретно, если принять любое направление листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению за ноль градусов, разница в удлинении между следующими четырьмя направлениями является небольшой:

- первое направление представляет собой упомянутое направление, составляющее ноль градусов;

- второе направление представляет собой направление, составляющее 45°, наклоненное на 45° относительно направления в ноль градусов;

- третье направление представляет собой направление, составляющее 90°, наклоненное на 90° относительно направления в ноль градусов (т.е. направления, перпендикулярного направлению в ноль градусов); и

- четвертое направление представляет собой направление, составляющее 135°, наклоненное на 135° относительно направления в ноль градусов (т.е. направления, перпендикулярного направлению в 45°).

Иными словами, лист имеет удлинение, составляющее 100% или более при 200°С или выше во всех упомянутых четырех направлениях, при этом отдельные случаи удлинения сравнимы один с другим. Это же касается случаев, когда температура составляет 250°С или выше и 275°С или выше. Имея, как описано выше, небольшую анизотропию, лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению менее подвержен развитию трещин и подобного и имеет высокую пластическую формуемость при осуществлении теплого пластического формования в любом направлении.

Свойства при обычной температуре

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет очень хорошие механические свойства (удлинение, прочность на растяжение и 0,2% условный предел текучести) при обычной температуре (20°С), что также является одним из характерных признаков данного листа. Более конкретно, при 20°С лист имеет удлинение, составляющее 2,0% или более и 14,9% или менее, прочность на растяжение, составляющую 350 МПа или более и 400 МПа или менее, и 0,2% условный предел текучести, составляющий 250 МПа или более и 350 МПа или менее. Поскольку лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет очень хорошие механические свойства при обычной температуре, он менее подвержен развитию деформации и разломов и может быть соответствующим образом использован в качестве конструкционного материала.

Твердость

Поскольку лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет сжимающее остаточное напряжение, он имеет более высокую твердость, чем твердость термически обработанного материала, подвергнутого термической обработке, направленной на рекристаллизацию после операции прокатки. Более конкретно, такой лист имеет твердость по Виккерсу (Hv), составляющую 85 или более и 105 или менее. Поскольку лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет относительно высокую твердость, он меньше подвержен повреждению и может быть соответствующим образом использован в качестве конструкционного материала.

Состав

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению состоит из сплава на основе магния, содержащего более 50% вес. Mg в качестве основного металла. Виды элементов, добавляемых к основному металлу, Mg, включают алюминий (Al), цинк (Zn), марганец (Mn), иттрий (Y), цирконий (Zr), медь (Cu), серебро (Ag), кремний (Si), кальций (Са), бериллий (Ве), никель (Ni), золото (Au), платину (Pt), стронций (Sr), титан (Ti), бор (В), висмут (Bi), германий (Ge), индий (In), тербий (Tb), неодим (Nd), ниобий (Nb), лантан (La), и редкоземельный элемент (за исключением Y, Nd, Tb и La). Конкретные составы приведены ниже (единица: % вес.).

(1) Сплав, содержащий 1,0% или более и 10,0% или менее Al, 0,1% или более и 1,5% или менее Zn, остальное - Mg и неизбежные примеси.

(2) Сплав, содержащий как, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей Al, Zn, Mn, Y, Zr, Cu, Ag и Si, общее содержание которых составляет 0,01% или более и 20% или менее, так и остальную часть, состоящую из Mg и неизбежных примесей.

(3) Сплав, содержащий как, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей Са и Ве, общее содержание которых составляет 0,00001% или более и 16% или менее, так и остальную часть, состоящую из Mg и неизбежных примесей.

(4) Сплав, содержащий как, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей Ni, Au, Pt, Sr, Ti, В, Bi, Ge, In, Tb, Nd, Nb, La и редкоземельный элемент (за исключением Tb, Nd и La), общее содержание которых составляет 0,001% или более и 5% или менее, так и остальную часть, состоящую из Mg и неизбежных примесей.

(5) Сплав, содержащий как сплав, описанный выше в п.(1), так и добавленный элемент, представляющий собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из элементов, перечисленных выше в пп.(2), (3) и (4), имеющий указанное выше содержание.

Магниевый сплав, содержащий Al, имеет высокую коррозионную стойкость. В частности, сплав, содержащий 8,3% вес. или более и 9,5% вес. или менее Al, является желательным с точки зрения коррозионной стойкости и механических свойств. AZ10, AZ31, AZ61, AZ63, AZ80, AZ81, AZ91 и подобные, указанные в Стандартах Американского общества по испытанию материалов (ASTM), могут быть использованы в качестве Al-содержащего сплава. Помимо Al, сплавы семейства AS и сплавы семейства АМ, указанные в Стандартах ASTM, могут быть использованы в качестве сплава, содержащего Mn или Si, упомянутые выше в п.(2). Элементы, упомянутые выше в п.(2), являются желательными с точки зрения коррозионной стойкости, теплостойкости и механических свойств. Са и Ве, упомянутые выше в п.(3), способны усилить огнестойкость сплава. Элементы, упомянутые выше в п.(4), являются желательными с точки зрения коррозионной стойкости и теплостойкости.

Способ получения листа из магниевого сплава

Описанный выше лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению может быть получен в результате придания необходимого напряжения прокатанному листу, полученному прокаткой материала, имеющего описанный выше состав.

Материал

Материал для прокатки может представлять собой, например, литой материал в виде слитка, экструдированный материал, полученный экструдированием слитка, и непрерывно литой материал, полученный, например, с использованием двухвалкового способа. В частности, двухвалковый способ способен обеспечить быстрое отверждение со скоростью отверждения, составляющей 50 К/сек или более. Быстрое отверждение способствует получению литого материала с низким уровнем внутренних дефектов, таких как оксиды и сегрегированные элементы. Использование такого отлитого двухвалковым способом материала способно снизить уровень развития трещин и подобных, возникающих из внутренних дефектов во время пластического формования. В частности, магниевый сплав, имеющий высокое содержание Al, проявляет тенденцию к образованию нежелательных примесей в кристаллических и осажденных примесях и сегрегации во время литья. Более того, после стадий прокатки и подобного, следующих за литьем, нежелательные примеси в кристаллических и осажденных примесях и сегрегирующие элементы, вероятнее всего, остаются в сплаве. Следовательно, в качестве материала желательно использовать материал, отлитый двухвалковым способом. Желательно использовать скорость отверждения, составляющую 200 К/сек или более, предпочтительно, желательно 300 К/сек или более, особенно предпочтительно, желательно 400 К/сек или более. Повышение скорости отверждения способно снизить размер нежелательных примесей в кристаллических и осажденных примесях до 20 мкм, тем самым снижая вероятность их превращения в исходные точки для трещин. Толщина материала может быть выбрана соответствующим образом. При использовании в качестве материала отлитого двухвалковым способом материала желательно, чтобы такой материал имел толщину, равную 0,1 мм или более и 10,0 мм или менее.

Вышеописанный материал может быть подвергнут термической обработке на твердый раствор, как и положено перед прокаткой. Условия термической обработки на твердый раствор включают, например, использование температуры, оставляющей, например, 380°С или более и 420°С или менее в течение 60 минут или более и 600 минут или менее, желательно, 390°С или более и 410°С или менее в течение 360 минут или более и 600 минут или менее. Осуществление термической обработки на твердый раствор способно уменьшить размер сегрегированных компонентов. При использовании магниевого сплава, имеющего высокое содержание Al, желательно немного увеличить продолжительность термической обработки на твердый раствор.

Стадия прокатки

Операцию прокатки, которой подвергают вышеописанный материал, обычно разделяют на черновую прокатку и чистовую прокатку. При осуществлении черновой прокатки в условиях, при которых материал (заготовка) непосредственно перед подачей на валки имеет температуру поверхности (температура предварительного нагревания), составляющую 180°С или более, даже при повышении степени прокатного обжатия за проход уровень развития краевых трещин снижается, что приводит к повышению эффективности. Желательно устанавливать поверхностную температуру заготовки на уровне, составляющем 300°С или более и 360°С или менее, а поверхностную температуру валка - на уровне, составляющем 180°С или более и 210°С или менее. Во время черновой прокатки желательно устанавливать степень прокатного обжатия за проход на уровне, составляющем 10% или более и 40% или менее, а общую степень прокатного обжатия - на уровне, составляющем 75% или более и 85% или менее.

После описанной черновой прокатки осуществляют чистовую прокатку. Желательно осуществлять чистовую прокатку в условиях, при которых заготовка непосредственно перед подачей на валки имеет температуру поверхности (температура предварительного нагревания), составляющую 140°С или более и 250°С или менее, а валок имеет температуру поверхности на уровне, составляющем 150°С или более и 180°С или менее. В частности, при использовании магниевого сплава, имеющего высокое содержание Al, желательно немного повысить температуру поверхности заготовки. Во время чистовой прокатки желательно устанавливать степень прокатного обжатия за проход на уровне, составляющем 5% или более и 20% или менее, а общую степень прокатного обжатия - на уровне, составляющем 10% или более и 75% или менее, особенно желательно - 20% или более и 50% или менее.

Как черновую прокатку, так и чистовую прокатку осуществляют за один проход или более, желательно, за два прохода или более. В том случае, если операцию прокатки осуществляют за несколько проходов, при осуществлении промежуточного отжига, направленного на устранение напряжения, после каждого заданного прохода или проходов, последующая прокатка может протекать более гладко. Условия промежуточного отжига включают, например, использование температуры, оставляющей, 250°С или более и 350°С или менее в течение 20 минут или более и 60 минут или менее. Кроме того, при осуществлении многократных прокатных проходов, в том случае, если, по меньшей мере, один проход осуществляют, изменяя направление прокатки на обратное направление другого прохода или проходов, рабочее напряжение, придаваемое заготовке, скорее всего, становится равномерным.

Стадия формирования напряжения

Заданное напряжение придают прокатанному листу, подвергнутому вышеописанной стадии прокатки. После придачи напряжения после конечной операции прокатки прокатанный лист не подвергают термической обработке, направленной на рекристаллизацию. Кроме того, термическую обработку заготовки, направленную на рекристаллизацию, не осуществляют до пластического формования в теплом состоянии после придания напряжения. При осуществлении термической обработки, направленной на рекристаллизацию, действие по улучшению пластической формуемости, обеспечиваемое развитием непрерывной рекристаллизации во время пластического формования, не может быть достигнуто в достаточной степени.

Напряжение придают во время нагревания прокатанного листа. Более конкретно, желательно осуществлять нагревание при температуре, составляющей 100°С или более и 250°С или менее. При осуществлении нагревания при температуре менее 100°С, включая обычную температуру, уровень придаваемого напряжения становится слишком высоким, повышая плотность дислокаций во время пластического формования в теплом состоянии. В результате создается деформационное упрочнение, поэтому лист легко ломается. Кроме того, во время придания листу напряжения в прокатанном листе могут развиться трещины и подобное. При осуществлении нагревания при температуре, составляющей более 250°С, уровень приданного напряжения невелик, поэтому развитие непрерывной перекристаллизации менее вероятно во время пластического формования в теплом состоянии. Более желательно осуществлять нагревание при температуре, составляющей 150°С или более и 200°С или менее. Нагревание прокатанного листа осуществляют, например, вдуванием горячего воздуха.

Помимо нагревания прокатанного листа, желательно нагревать устройство для придания напряжения. Более конкретно, желательно осуществлять нагревание при температуре, составляющей 150°С или более и 300°С или менее. При осуществлении нагревания при температуре менее 150°С, включая обычную температуру, поддержание желаемой температуры прокатанного листа становится затруднительным. В результате температура прокатанного листа понижается и, следовательно, как описано выше, уровень придаваемого напряжения становится избыточным. При осуществлении нагревания при температуре, составляющей более 300°С, температура прокатанного листа повышается и, следовательно, как описано выше, уровень придаваемого напряжения становится небольшим. Более желательно осуществлять нагревание при температуре, составляющей 200°С или более и 250°С или менее.

Напряжение придают прокатанному листу, нагретому согласно вышеприведенному описанию, используя устройство для придания напряжения таким образом, что полуширина пика у листа после придания ему напряжения составляет 0,20° или более и 0,59° или менее для дифракционного пика (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции. В частности, желательно придание такого напряжения, чтобы площадь участка с низким содержанием CI составляла 50% или более и менее 90%. Конкретное устройство для придания напряжения, например, представляет собой устройство, оборудованное, по меньшей мере, одним роликом и осуществляющее сгибание прокатанного листа с его помощью. В частности, желательно использовать устройство, способное повторно сгибать прокатанный лист, пропуская его между двумя рядами расположенных в шахматном порядке роликов. В том случае, если такой ролик снабжен нагревательным устройством, таким как подогреватель, нагревание придающего напряжение устройства может быть легко осуществлено. Уровень напряжения может быть отрегулирован посредством изменения размера ролика и количества роликов, а также посредством регулирования расстояния между роликами и подобного.

Формованное изделие

Формованное изделие из магниевого сплава согласно настоящему изобретению может быть получено пластическим формованием листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению в теплых условиях, при температуре, составляющей 200°С или более. При осуществлении теплого пластического формования в листе из магниевого сплава согласно настоящему изобретению происходит непрерывная рекристаллизация, обеспечивающая в дальнейшем тонкую рекристаллизацию. В результате формованное изделие согласно настоящему изобретению имеет тонкую рекристаллизованную текстуру. Иными словами, несмотря на то, что измерение размера зерен кристаллов листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению является затруднительным, после превращения листа в формованное изделие согласно настоящему изобретению измерение размера зерен кристаллов становится возможным. Более конкретно, формованное изделие согласно настоящему изобретению имеет средний размер зерен кристаллов, составляющий 0,5 мкм или более и 5 мкм или менее. Обладая такой тонкой рекристаллизованной текстурой, формованное изделие согласно настоящему изобретению имеет высокую механическую прочность.

Пластическое формование

Как упомянуто выше, для получения формованного изделия из магниевого сплава согласно настоящему изобретению лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению подвергают пластическому формованию. Пластическое формование осуществляют, применяя, по меньшей мере, один из следующих способов: штамповку, глубокую вытяжку, ковку, формование раздувом и сгибание. Благодаря использованию таких видов пластического формования, могут быть получены формованные изделия согласно настоящему изобретению, имеющие различные формы.

После пластического формования может быть осуществлена термическая обработка с целью устранения напряжения, возникшего в результате пластического формования, устранения остаточного напряжения, приданного во время пластического формования, улучшения механических свойств, осуществления обработки на твердый раствор и подобного. Термическую обработку осуществляют, например, при температуре, составляющей 100°С или более и 450°С или менее в течение периода времени, составляющего 5 минут или более и 40 часов или менее. Рекомендуется правильно выбирать температуру и продолжительность термической обработки согласно назначению.

После пластического формования, антикоррозийной обработки (химическая конверсия или анодное окисление) и нанесения покрытия на формованное изделие, оно приобретает повышенную коррозионную стойкость и высокую коммерческую стоимость.

Примеры применения формованного изделия

В частности, формованное изделие согласно настоящему изобретению, подвергнутое штамповке, подходит для использования в качестве корпуса для электронного прибора. Более конкретно, примеры упаковок включают корпус мобильного электронного устройства, такого как сотовый телефон, малогабаритные пульты, персональный компьютер-ноутбук, персональное цифровое устройство, фотокамера и портативный музыкальный плейер, а также жидкокристаллический ТВ дисплей и плазменный ТВ дисплей. Более того, формованное изделие из магниевого сплава согласно настоящему изобретению может быть также использовано для наружных панелей транспортных средств, таких как автомобиль, летательный аппарат и железнодорожный вагон; внутренних отделочных материалов, таких как листовые панели; деталей двигателя; деталей вокруг шасси; оправ очков и конструкционных деталей, включая металлические патрубки и трубы для изготовления глушителей для мотоциклов и подобного.

Предпочтительные результаты, обеспечиваемые изобретением

Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению имеет очень хорошую пластическую формуемость в теплом состоянии. Формованное изделие из магниевого сплава согласно настоящему изобретению, полученное пластическим формованием листа в теплом состоянии, имеет высокую прочность и поэтому является ударостойким. Способ согласно настоящему изобретению получения листа из магниевого сплава способен обеспечить получение описываемого листа из магниевого сплава с высокой производительностью.

Краткое описание чертежей

Часть (I) фиг.1 представляет собой схематическую структурную диаграмму, схематически показывающую образец придающего напряжение устройства, используемого для получения листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению, а часть (II) фиг.1 представляет собой увеличенную иллюстрацию роликового участка.

Часть (I) фиг.2 представляет собой сделанную под микроскопом фотографию текстуры образца № 4, часть (II) фиг.2 - текстуры образца № 101 и часть (III) фиг.2 - текстуры образца № 4 после испытания на растяжение при высокой температуре, составляющей 275°С.

Условные обозначения

10: нагревательная печь; 11: участок для перемещения; 12: устройство для выработки горячего воздуха циркуляционного типа; 12i: входное отверстие; 12о: выпускное отверстие: 20: роликовый участок; 21: ролик; 21u: верхний ролик: 21d: нижний ролик; 22: нагревательное устройство и RS: прокатанный лист.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Пример испытаний 1

Лист из магниевого сплава

Были получены прокатанные листы из магниевого сплава, имеющие состав, указанный в таблице I. Образцы получают в результате термической обработки некоторых из прокатанных листов, либо придавая напряжение некоторым из прокатанных листов. Затем были исследованы их различные свойства.

Прокатанный лист получают следующим образом. Получают магниевый сплав, имеющий состав, указанный в таблице I (остальное: Mg и неизбежные примеси). Используя двухвалковую машину непрерывного литья (скорость затвердевания: 50 К/сек или более), получают литой лист, имеющий толщину 4,0 мм. Литой лист подвергают черновой прокатке, получая лист толщиной 1,0 мм (общая величина вытяжки при черновой прокатке: 75%). Черновую прокатку осуществляют, прежде всего предварительно нагревая заготовку, представляющую собой литой лист, при 360°С, а затем осуществляя несколько проходов (в данном случае: шесть проходов) с использованием прокатного стана, имеющего температуру поверхности 200°С. Затем прошедший черновую прокатку лист подвергают чистовой прокатке, получая готовый лист толщиной 0,6 мм (общая величина вытяжки при черновой прокатке: 40%). Чистовую прокатку осуществляют, прежде всего предварительно нагревая заготовку, представляющую собой подвергнутый черновой прокатке лист, при 240°С, а затем осуществляя несколько проходов (в данном случае: четыре прохода) с использованием прокатного стана, имеющего температуру поверхности 180°С.

Образцы №№ 1-11

Прокатанному листу толщиной 0,6 мм, полученному в результате осуществления описанной выше стадии прокатки, придают напряжение. Напряжение сообщают при помощи устройства для придания напряжения, показанного на фиг.1 в качестве примера. Устройство для придания напряжения снабжено нагревательной печью 10 для нагревания прокатанного листа RS и роликовым участком 20, снабженным роликами 21 для непрерывного сгибания нагретого прокатанного листа RS. Вначале размещают нагревательную печь 10, а затем роликовый участок 20. Нагревательная печь 10 представляет собой полый цилиндрический корпус, имеющий отверстия на обоих концах. Участок для перемещения (в данном случае, ленточный конвейер) 11 находится внутри нагревательной печи 10 и служит для дальнейшего перемещения прокатанного листа RS на роликовый участок 20. Участок для перемещения 11 перемещает прокатанный листа RS от отверстия на одном конце (выше по ходу) по направлению к отверстию на другом конце (ниже по ходу). Нагревательная печь 10 соединена с устройством 12 циркуляционного типа для выработки горячего воздуха. Горячий воздух, имеющий заданную температуру, поступает в нагревательную печь 10 из входного отверстия 12i устройства 12 циркуляционного типа для выработки горячего воздуха. Горячий воздух выпускают из нагревательной печи 10 через выпускное отверстие 12о. Отходящий горячий воздух регулируют таким образом, чтобы он имел заданную температуру в устройстве 12 циркуляционного типа для выработки горячего воздуха. Горячий воздух, отрегулированный таким образом, чтобы иметь заданную температуру, вновь подают в нагревательную печь 10. Роликовый участок 20 также представляет собой полый цилиндрический корпус, имеющий отверстия на обоих концах. Отверстие на одном конце (выше по ходу) непосредственно соединено с отверстием на другом конце (ниже по ходу) нагревательной печи 10. Прокатанный лист RS, перемещаемый участком для перемещения 11, поступает на роликовый участок 20 через отверстие в верхнем конце. Внутри роликового участка 20 в шахматном порядке размещено множество роликов 21. После поступления на роликовый участок 20 прокатанный лист RS занимает положение между оппозитными роликами 21. Каждый раз при прохождении между роликами 21 он последовательно подвергается сгибанию, осуществляемому роликами 21. Во время процесса сгибания лист перемещается к отверстию в нижнем конце. Отдельный ролик 21 оборудован встроенным нагревателем 22 в виде стержня таким образом, что ролик 21 может нагреваться сам.

В данном случае роликовый участок 20 насчитывает 20 верхних роликов 21u и двадцать один нижний ролик 21d, в целом, сорок один ролик 21 (фиг.1 показывает упрощенную схему с меньшим числом роликов). Отдельный ролик 21 имеет диаметр 40 мм, а горизонтальное расстояние L между центрами верхнего ролика 21u и нижнего ролика 21d составляет 43 мм. Расстояние между роликами P_n (вертикальное расстояние между центрами верхнего ролика 21u и нижнего ролика 21d) варьируется линейно от верхнего конца роликового участка 20 по направлению к его нижнему концу (n=1, 2, …, 20). Более конкретно, расстояние между роликами сужается по мере продвижения к верхнему концу и расширяется по мере продвижения к нижнему концу. Расстояние между роликами Р₁ в месте загрузки прокатанного листа RS, подаваемого из нагревательной печи 10, составляет 39 мм, а расстояние между роликами Р₂₀ в месте выгрузки прокатанного листа RS, прошедшего между роликами 21, составляет 41 мм. В данном случае на роликовом участке может быть использована правильная машина.

Как показано на фиг.1, при помощи придающего напряжение устройства прокатанному листу сообщают напряжение в условиях, указанных в таблице I (температура ролика (°С) и температура прокатанного листа (°С)). Считают, сколько раз было придано напряжение, поэтому в том случае, если прокатанный лист был пропущен через упомянутое устройство для придания напряжения один раз, данное число равно одному. Прокатанные листы, которым было придано напряжение вышеописанным способом, обозначены как образцы №№ 1-11.

В данном случае образцы №№ 1-11 и описанный ниже образец № 102 не были подвергнуты термической обработке, направленной на рекристаллизацию (описанный ниже отжиг), ни перед приданием им напряжения после операции прокатки, ни после придания им напряжения.

Образцы №№ 100-103

Образец № 100 представляет собой прокатанный лист в состоянии после прокатки, имеющий толщину 0,6 мм, полученную в результате осуществления вышеописанной стадии прокатки. Образец № 101 был получен, прежде всего, в результате отжига (при 320°С в течение 20 минут) прокатанного листа, а затем вышеописанного однократного придания напряжения. Образец № 102 был получен в результате двукратного придания напряжения прокатанному листу без вышеописанного отжига. Образец № 103 был получен в результате только вышеописанного отжига прокатанного листа, без последующего вышеописанного придания напряжения.

Были исследованы следующие свойства полученных образцов: полуширины пика (градусы) для дифракционного пика (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции, остаточное напряжение (МПа), доля (%) участка с низким CI, величина индикатора ориентации по оси с, средний угол (градусы) наклона оси с, размер зерен кристалла (мкм) и твердость по Виккерсу (Hv). Результаты показаны в таблице II. Определение упомянутых свойств осуществляют, используя прямоугольный образец для испытаний, полученный в результате соответствующего разрезания отдельного образца. Образец для испытаний готовят таким образом, что направление длинной стороны параллельно направлению прокатки, а направление короткой стороны (направление ширины листа) находится под углом в 90° относительно направления прокатки.

Ширину половины пика (градусы) определяют, измеряя ширину половины пика (градусы) в дифракционном пике (0004), полученном в результате использования монохроматических рентгеновских лучей, испускаемых описанным ниже рентгеновским дифрактометром. В вышеприведенном описании термин “монохроматические рентгеновские лучи” означает “облучающие рентгеновские лучи”, получаемые в результате снижения интенсивности линии Cu-Кα₂ гибридной зеркальной системой, установленной на рентгеновском дифрактометре X'pert Pro, выпускаемом Royal Philips Electronics, NL, до такой степени, что интенсивность становится ничтожной (0,1% или менее). Условия измерения указаны ниже.

Используемое оборудование: рентгеновский дифрактометр (X'pert Pro, выпускаемый Royal Philips Electronics, NL)

Используемые рентгеновские лучи: фокус линии Cu-Кα₂

Условия возбуждения: 45 кВ; 40 мА

Падающая оптическая система: гибридное зеркало

Принимающая оптическая система: пластинчатый коллиматор 0,27

Метод сканирования: θ-2θ скан

Диапазон измерения: 2θ = от 72 до 76° (ширина шага: 0,02°).

Остаточное напряжение измеряют методом sin² Ψ, используя пластинку (1004) в качестве измерительной линейки и описанное ниже микрорентгеновское оборудование для измерения напряжения. Измерение осуществляют как в направлении прокатки, так и в направлении под углом в 90°относительно направления прокатки (в направлении, перпендикулярном направлению прокатки) отдельного образца для испытаний. В таблице II цифра со знаком минус (-) означает компрессионное остаточное напряжение, а цифра со знаком плюс (+) означает остаточную прочность на растяжение. В данном случае остаточное напряжение “ноль” включено в компрессионное остаточное напряжение. Условия измерения указаны ниже.

Используемое оборудование: микрорентгеновская установка для измерения напряжения (MSF-SYSTEM, выпускаемая Rigaku Corporation).

Используемые рентгеновские лучи: Cu-Кα (фильтр V).

Условия возбуждения: 30 кВ; 20 мА.

Измеряемый участок: диаметр: 2 мм (диаметр используемого коллиматора).

Метод измерения: метод sin² Ψ (метод изонаклона с колебаниями).

Ψ: 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 45°.

Плоскость измерения: плоскость (1004) Mg.

Используемая константа: модуль Юнга: 45000 МПа; коэффициент Пуассона: 0,306.

Позиция измерения: центральная часть образца.

Направление измерения: направление прокатки и направление, перпендикулярное направлению прокатки.

Долю (%) участка с низким CI получают следующим способом. Вначале образец подвергают измерению EBSD. Измеряют площадь участка, на котором индекс доверительности (величина CI) составляет менее 0,1 (участок с низким CI). Получают отношение участка с низким CI к общей площади измеренного участка. Затем осуществляют оценку. Чтобы предотвратить неправильность получения образца, его получают методом, согласно которому образцу не придают новое напряжение, помимо напряжения, сообщенного ему вышеописанными устройствами для придания напряжения. Более конкретно, используют ионно-лучевое устройство для получения поперечного сечения образца (Cross Section Polisher, выпускаемый JEOL Ltd.), способный зачищать поверхностную часть образца при помощи Ar-ионного луча в вакууме. Полученный образец вынимают из упомянутого устройства для получения образцов и в течение пяти минут помещают в EBSD-устройство для осуществления измерения с использованием EBSD. Более того, для корректировки неправильных условий измерения во время анализа кристаллов при измерении EBSD в качестве системных данных кристалла используют магний в базе данных, разработанной TSL Solutions K.K. Кроме того, в магниевом сплаве формирующая Mg маточная фаза содержит различные включения, включая добавленные элементы (Al, Zn и т.п.). Несмотря на то, что часть включений имеет низкую величину CI, при измерениях в данном испытании снижение величины CI, вызванное присутствием упомянутых включений, не принимают во внимание. Условия измерения указаны ниже.

Используемое оборудование: сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) (SUPRA35VP, выпускаемый Carl Zeiss SMT Inc.).

Электронный дифрактометр с обратным рассеянием (устройство EBSD) (OIM5.2, выпускаемое TSL Solutions K.K).

Напряжение ускорения: 15 кВ; радиационный ток: 2,3 нА; угол наклона образца: 70°; WD: 20 мм.

Системные данные кристалла: магний.

Увеличение при наблюдении: 400 раз.

Участок измерения с использованием EBSD: 120 мкм × 300 мкм (расстояние - 0,5 мкм).

Величину индикатора ориентации по оси с получают следующим способом. Вначале рентгеновской дифракции подвергают порошок магниевого сплава, имеющий такой же состав, как и отдельный образец. Осуществляя оценку, определяют отношение интенсивности дифракции (0002) отдельного образца к интенсивности дифракции полученного порошка из магниевого сплава. Более конкретно, отдельный образец и порошок из магниевого сплава подвергают измерениям для получения следующих данных: интенсивность дифракции (0002): I₍₀₀₀₂₎; интенсивность дифракции: (1000) I₍₁₀₀₀₎; интенсивность дифракции (1001): I₍₁₀₀₁₎; интенсивность дифракции (1100): I₍₁₁₀₀₎; интенсивность дифракции (1003): I₍₁₀₀₃₎ и интенсивность дифракции (1004): I₍₁₀₀₄₎. Затем общую интенсивность дифракций I_общая определяют следующим образом: I_общая=I₍₀₀₀₂₎+I₍₁₀₀₀₎+I₍₁₀₀₁₎+I₍₁₁₀₀₎+I₍₁₀₀₃₎+I₍₁₀₀₄₎. И, наконец, величину, полученную по следующей формуле, определяют как величину индикатора ориентации по оси с:

(I₍₀₀₀₂₎ образца/I_общую образца)/I₍₀₀₀₂₎ порошка из магниевого сплава/I_общую порошка из магниевого сплава)

Условия измерения указаны ниже.

Используемое оборудование: рентгеновский дифрактометр (LINT-1500, изготовленный Rigaku Corporation).

Используемые рентгеновские лучи: Cu-Кα.

Условия возбуждения: 50 кВ; 200 мА.

Щель: DS: 1 градус; RS: 0,15 мм; SS: 1°.

Метод измерения: измерение θ-2θ.

Условия измерения: 6°/мин (интервал измерения: 0,02°).

Позиция измерения: прокатанная поверхность.

Средний угол наклона оси с определяют, измеряя полярные значения с помощью рентгеновского дифрактометра. Условия измерения указаны ниже.

Используемое оборудование: рентгеновский дифрактометр (X'pert Pro, изготовленный Royal Philips Electronics, NL).

Используемые рентгеновские лучи: Cu-Кα.

Условия возбуждения: 45 кВ; 40 мА.

Измеряемый участок: диаметр: 1 мм (диаметр используемого коллиматора).

Метод измерения: измерение полярных значений; плоскость (0002) Mg.

Условия измерения: интервал измерения: 5° .

Позиция измерения: прокатанная поверхность.

Размер зерен кристалла определяют по формуле, приведенной в JIS G 0551 (2005). Более конкретно, вначале отрезают эталонный образец. Поверхность отрезанного образца подвергают полировке (используют зернистый алмазный абразив № 200). Осуществляют обработку травлением. Текстуру исследуют под оптическим микроскопом с увеличением поля зрения в 400 раз. И, наконец, измеряют средний размер зерен кристалла, используя линейный метод (метод разрезания с использованием испытательных линий). При исследовании текстуры образец, измерение размера кристалла которого не представлялось возможным из-за нечетких границ зерен кристалла, обозначен буквами “ND” в таблице II. Это же относится и к приведенной ниже таблице VI.

Твердость по Виккерсу (Hv) определяют следующим способом. Вначале получают продольный разрез, разрезая образец для испытаний (толщина: 0,6 мм) вдоль его длинной стороны. Боковой разрез получают, разрезая образец для испытаний вдоль его короткой стороны. Твердость по Виккерсу измеряют во многих точках центральной части продольного и бокового разрезов, за исключением части поверхности, отдаленной от поверхности на 0,05 мм. В данном случае каждый разрез измеряют в пяти точках, т.е. для определения средней величины в целом было сделано 10 измерений.

Кроме того, были исследованы следующие свойства: механические свойства при 20°С (удлинение (%), прочность на растяжение (МПа) и 0,2% условный предел текучести (МПа)) на теплых участках. Полученные результаты показаны в таблицах III и IV.

Механические свойства при 20°С исследуют в соответствии с описанием испытания на растяжение, приведенным в JIS Z 2241 (1998). В данном случае для осуществления испытания на растяжение, как описано в JIS Z 2241 (1998), разрезают отдельный образец для получения образца для испытаний № 13В. Из отдельного образца получают несколько образцов для испытаний таким образом, что продольное направление образца для испытаний имеет различные наклоны относительно направления прокатки. Более конкретно, из отдельного образца получают следующие образцы для испытаний: образец для испытаний получают таким образом, что его продольное направление параллельно направлению прокатки (направление испытания на растяжение: 0°); образец для испытаний получают таким образом, что его продольное направление наклонено относительно направления прокатки на 45° (направление испытания на растяжение: 45°); образец для испытаний получают таким образом, что его продольное направление наклонено относительно направления прокатки на 90°, т.е. перпендикулярно направлению прокатки (направление испытания на растяжение: 90°); и образец для испытаний получают таким образом, что его продольное направление наклонено относительно направления прокатки на 135° (направление испытания на растяжение: 135°).

Таблица III Образец
№ Направление испытания на растяжение Испытание на растяжение (20°С) Испытание на растяжение: удлинение (%) Удлинение (%) Прочность на растяжение (МПа) 0,2% Условный предел текучести (МПа) 200°С 250°С 275°С 1 0 градусов 1,8 411 355 113 209 299 90 градусов 1,7 423 361 108 211 293 45 градусов 1,6 416 356 96 189 249 135 градусов 1,6 419 359 94 185 246 2 0 градусов 2,0 399 346 134 231 331 90 градусов 2,5 395 346 111 239 327 45 градусов 3,1 397 349 106 221 302 135 градусов 2,9 398 350 104 224 306 3 0 градусов 6,8 376 310 151 273 386 90 градусов 7,0 379 312 122 279 363 45 градусов 8,5 381 309 119 240 323 135 градусов 8,4 376 308 116 249 330 4 0 градусов 9,6 367 300 143 264 341 90 градусов 9,8 360 301 118 275 333 45 градусов 9,5 363 296 111 237 306 135 градусов 9,2 365 297 113 241 308 5 0 градусов 14,5 355 276 132 233 323 90 градусов 14,6 351 273 113 236 311 45 градусов 14,9 356 269 102 213 303 135 градусов 14,9 355 264 101 209 301 6 0 градусов 15,1 349 249 121 198 296 90 градусов 15,0 342 239 99 201 286 45 градусов 15,4 347 247 97 189 267 135 градусов 15,4 348 249 96 185 264 7 0 градусов 1,5 425 363 109 189 287 90 градусов 1,7 423 362 98 199 296 45 градусов 1,8 419 359 89 178 279 135 градусов 1,7 420 356 84 173 272 8 0 градусов 2,3 391 343 113 214 321 90 градусов 2,5 390 339 109 209 309 45 градусов 2,3 389 338 101 204 304 135 градусов 2,3 390 340 102 205 301 9 0 градусов 5,6 380 331 150 269 371 90 градусов 5,4 380 335 126 279 364 45 градусов 5,1 384 330 121 254 313 135 градусов 5,5 382 333 120 251 312 10 0 градусов 11,3 351 281 135 229 330 90 градусов 11,0 353 283 117 231 315 45 градусов 11,5 355 277 109 225 309 135 градусов 11,0 356 279 104 219 303

Таблица IV Образец
№ Направление испытания на растяжение Испытание на растяжение (20°С) Испытание на растяжение: удлинение (%) Удлинение (%) Прочность на растяжение (МПа) 0,2% Условный предел текучести (МПа) 200°С 250°С 275°С 11 0 градусов 15,1 349 246 119 201 293 90 градусов 15,3 346 243 109 197 291 45 градусов 15,1 347 248 95 183 281 135 градусов 15,6 343 248 93 176 276 100 0 градусов 1,4 423 371 207 225 237 90 градусов 1,5 433 374 79 66 59 45 градусов 1,8 414 373 170 149 124 135
градусов 1,7 412 369 160 150 121 101 0 градусов 16 349 243 163 130 103 90 градусов 17 338 246 64 97 101 45 градусов 16 343 239 148 111 102 135 градусов 16 342 239 145 109 101 102 0 градусов 15,1 349 249 119 176 263 90 градусов 15,3 346 246 98 163 254 45 градусов 15,4 332 243 101 151 221 135 градусов 15,1 333 246 102 150 219 103 0 градусов 17 346 238 160 129 105 90 градусов 16 336 237 60 98 99 45 градусов 16 341 235 143 110 101 135 градусов 16 342 232 142 110 99

Как показано в таблице II, в образце, которому придано напряжение таким образом, что величина полуширины пика для дифракционного пика (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции равна 0,20° или более и 0,59° или менее, доля участка с низким содержанием CI составляет 50% или более и менее 90%. Следовательно, данный образец имеет текстуру, четкое изображение ориентации которой трудно получить, т.е. текстуру, в которой границы зерен кристаллов неразличимы. Действительное исследование структуры показывает, что, как проиллюстрировано на части (I) фиг.2, описываемый образец, величина полуширины пика которого составляет от 0,20 до 0,59°, имеет нечеткие границы зерен кристаллов, делая зерна кристаллов трудноразличимыми (часть (I) фиг.2 показывает текстуру образца № 4). И наоборот, как показывает часть (II) фиг.2, граница зерен кристаллов является четкой и, благодаря этому, различимой. Скорее всего, поскольку рекристаллизация в образце № 101 активируется отжигом, даже после придания напряжения после отжига рекристаллизованная текстура сохраняется.

Кроме того, образцы, вышеописанная величина полуширины пика которых находится в рамках диапазона, составляющего от 0,20 до 0,59 градусов, имеют сжимающее остаточное напряжение и относительно высокую твердость по Виккерсу. Более того, такие образцы не только имеют величину индикатора ориентации по оси с, равную 4,00 и более, но также и средний угол наклона оси с, составляющий пять градусов или менее, подтверждающие, что состояние ориентации листа после прокатки (образец № 100) надежно поддерживается.

Кроме того, как показано в таблице III образцы, вышеописанная величина полуширины пика которых находится в рамках диапазона, составляющего от 0,20 до 0,59°, имеют большое удлинение в теплом состоянии в любом из следующих направлений испытания на растяжение: 0, 45, 90 и 135°. Кроме того, все удлинения имеют сравнительную величину безотносительно направления, что свидетельствует о невысокой степени анизотропии. С другой стороны, образец № 100, представляющий собой лист в состоянии после прокатки, имеет, как показано в таблице IV, большую разницу в удлинении в теплом состоянии, в частности от нуля до 90°, что свидетельствует о высокой степени анизотропии. Образец № 101, подвергнутый отжигу, также имеет высокую степень анизотропии при удлинении в теплом состоянии при температуре 250°С или менее.

Кроме того, как проиллюстрировано на части (III) фиг.2, исследование текстуры образца № 4 после испытания на растяжение при температуре 275°С показывает, что данный образец имеет тонкую кристаллическую текстуру (рекристаллизованную текстуру). Данный результат подтверждает тот факт, что образцы, вышеописанная величина полуширины пика которых находится в рамках диапазона, составляющего 0,20° или более и 0,59° или менее, развивают рекристаллизацию во время пластического формования в теплом состоянии.

Кроме того, как показано в таблице III, образцы, вышеописанная величина полуширины пика которых находится в рамках диапазона, составляющего от 0,20 до 0,59°, имеют достаточные механические свойства при температуре 20°С.

Вышеприведенные результаты испытания показывают, что не только придание прокатанному образцу напряжения таким образом, что величина полуширины пика в дифракционном пике (0004) достигает 0,20° или более и 0,59° или менее при монохроматической рентгеновской дифракции, но и неосуществление термической обработки, направленной на рекристаллизацию, до и после придания напряжения, обеспечивает получение листа из магниевого сплава, имеющего очень высокое удлинение в теплом состоянии. Можно ожидать, что такой лист из магниевого сплава имеет очень высокую пластическую формуемость в теплом состоянии.

Формованное изделие из магниевого сплава

Формованные изделия получают, осуществляя штамповку в теплом состоянии (при температуре 200°С, 250°С и 275°С) листов, полученных в результате соответствующего разрезания описанных выше образцов №№ 4 и 103. Формованное изделие имеет форму коробки длиной 100 мм, шириной 100 мм и глубиной 50 мм, а также форму поперечного сечения в виде ]. Угловая часть такой коробки, образованная соседними боковыми поверхностями, имеет наружный радиус кривизны, равный 5 мм, а угловая часть такой коробки, образованная нижней поверхностью и боковой поверхностью, имеет внутренний радиус кривизны, равный 0 мм. Штамповку осуществляют при помощи пресса (пуансон и штамп), снабженного встроенным нагревателем. Более конкретно, пуансон и штамп нагревают нагревателем до заданной температуры (любая из температур, составляющих 200°С, 250°С и 275°С). Отдельные образцы в виде листа помещают между пуансоном и штампом. Лист держат до тех пор, пока его температура не станет такой же, как и температура пресса. Затем пресс приводят в действие и получают формованное изделие.

Результаты показывают, что в листе образца № 4 не возникло трещин и т.п. во время любой из операций формования при температуре 200°С, 250°С и 275°С. С другой стороны, в листе образца № 103 возникла заметная трещина на одном участке при температуре 200°С, хотя трещин и т.п. не возникло при высокой температуре (250°С и 275°С).

Приведенные выше результаты испытаний показывают, что лист из магниевого сплава, напряжение которому придано таким образом, что величина полуширины пика в дифракционном пике (0004) достигает 0,20° или более и 0,59° или менее при монохроматической рентгеновской дифракции, обладает очень высокой пластической формуемостью в теплом состоянии.

Пример испытаний 2

Для получения прокатанных листов были получены магниевые сплавы, имеющие составы, отличные от состава, указанного в примере испытаний 1. Исследованию были подвергнуты следующие свойства прокатанных листов, которым было придано напряжение: полуширина пика (градусы) в дифракционном пике (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции, остаточное напряжение (МПа), доля (%) участка с низким содержанием CI, величина индикатора ориентации по оси с, средний угол (градусы) наклона оси с, размер зерен кристалла (µм) и твердость по Виккерсу (Hv).

Получение прокатанных листов включает, прежде всего, получение магниевых сплавов, имеющих состав, указанный в таблице V, а затем осуществление двухвалкового литья и прокатку в таких же условиях, как и в примере испытаний 1. Полученным прокатанным листам придают напряжение в условиях, указанных в таблице V, при помощи устройства для придания напряжения, показанного на фиг.1, иллюстрирующей пример испытаний 1, без осуществления отжига. Результаты показаны в таблицах VI и VII.

Таблица V Образец
№ Состав: добавлен
ный
элемент
(% вес.) Осуществление или не осуществление отжига после прокатки Условия придания напряжения Количество раз Темпе
ратура ролика
(Сº) Температура прокатанного листа
(Сº) 12 Al:9%
Zn:1%
Y:7% Нет 1 250 200 13 Zn:6%
Zn:04% Нет 1 250 200 14 Al:9%
Si:2% Нет 1 250 200 15 Al:9%
Zn:1%
Ca:3% Нет 1 250 200 16 Al:9%
Zn:1%
Be:0,00001% Нет 1 250 200 17 Al:9%
Zn:1%
Mn:0,2%
Si:0,01%
Cu:0,002%
Ni:0,002% Нет 1 250 200 18 Zn:1%
Eu:0,2% Нет 1 250 200

Таблица VI Образец
№ Размер зерен кристалла (мкм) Величина индикатора ориентации
по оси с Средний угол наклона оси с, градусы Доля участка
с низким содержанием CI (%) Ширина половины пика в дифракционном пике (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции
(градусы) Остаточное напряжение (МПа) Твердость по Виккерсу
(Hv) Направление прокатки Направление в 90º относитель-но направления прокатки 12 ND 4,68 5 градусов или менее 80 0,35 -25 -33 94 13 ND 4,65 5 градусов или менее 81 0,34 -23 -31 92 14 ND 4,71 5 градусов или менее 79 0,37 -27 -34 95 15 ND 4,69 5 градусов или менее 80 0,34 -22 -30 93 16 ND 4,66 5 градусов или менее 80 0,36 -23 -32 94 17 ND 4,71 5 градусов или менее 77 0,35 -22 -31 93   ND 4,73 5 градусов или менее 79 0,35 -23 -32 94

Таблица VII Образец
№ Направление испытания на растяжение Испытание на растяжение (20°С) Испытание на растяжение: удлинение (%) Удлинение (%) Прочность на растяжение (МПа) 0,2% Условный предел текучести (МПа) 200°С 250°С 275°С 12 0 градусов 9 365 299 138 256 356 90 градусов 9,7 359 296 116 268 348 45 градусов 9,4 370 295 112 243 309 135 градусов 9,5 372 294 114 247 310 13 0 градусов 9,1 359 287 141 246 340 90 градусов 9,8 362 287 121 256 338 45 градусов 9,3 361 281 115 238 315 135 градусов 9,3 358 286 110 241 319 14 0 градусов 9,1 369 301 120 248 361 90 градусов 9,6 371 303 114 251 358 45 градусов 9,4 368 308 109 236 315 135 градусов 9,3 369 307 103 229 307 15 0 градусов 9,1 359 288 142 263 361 90 градусов 9,3 353 284 125 242 345 45 градусов 9,4 351 283 106 226 321 135 градусов 9,3 356 279 103 221 329 16 0 градусов 8,9 359 282 152 269 356 90 градусов 8,8 356 276 126 257 359 45 градусов 8,3 351 278 121 253 361 135 градусов 8,4 353 280 118 254 331 17 0 градусов 8,9 362 290 151 246 368 90 градусов 9,2 361 286 126 253 357 45 градусов 9,1 359 291 121 234 331 135 градусов 9,3 362 286 116 238 325 18 0 градусов 8,8 364 299 150 254 357 90 градусов 9,2 359 301 134 263 370 45 градусов 9,1 361 300 126 229 325 135 градусов 8,8 363 301 130 227 330

Как показано в таблице VI, в образцах №№ 12-18, которым было придано напряжение таким образом, что величина полуширины пика в дифракционном пике (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции находится в рамках диапазона, составляющего от 0,20 до 0,59°, доля участка с низким содержанием CI составляет 50% или более и менее 90%. Кроме того, все образцы №№ 12-18 имеют компрессионное остаточное напряжение, относительно высокую твердость по Виккерсу, величину индикатора ориентации по оси с, равную 4,00 или более, и средний угол наклона оси с, равный пяти градусам или менее. Более того, все образцы №№ 12-18 имеют высокую степень удлинения в теплом состоянии и очень хорошие механические свойства при температуре 20°С. Следовательно, можно ожидать, что такие листы из магниевого сплава имеют очень высокую пластическую формуемость в теплом состоянии и поэтому могут быть соответствующим образом использованы в качестве структурных материалов.

Вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть подвергнуты нужным изменениям без нарушения его сущности и, следовательно, не ограничены вышеприведенным описанием. Состав может быть изменен таким образом, что содержание Al, например, в испытательном примере 1, варьируется.

Промышленная применимость

Формованное изделие из магниевого сплава согласно настоящему изобретению может быть соответствующим образом использовано для корпусов электронных устройств, таких как сотовые телефоны, персональные компьютеры-ноутбуки, а также детали транспортных средств. Лист из магниевого сплава согласно настоящему изобретению может быть соответствующим образом использован как материал для описанного формованного изделия согласно настоящему изобретению. Способ согласно настоящему изобретению получения листа из магниевого сплава может быть соответствующим образом использован для получения вышеописанного листа из магниевого сплава согласно настоящему изобретению.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к листу из магниевого сплава. Заявлены лист из магниевого сплава, изделие, полученное пластическим формованием листа, и способ его получения. Лист из магниевого сплава, имеющего полуширину пика, составляющую от 0,20 до 0,59 градусов для дифракционного пика (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции, имеющий величину индикатора ориентации по оси с, равную 4,00 или более, и средний угол наклона оси с, равный пяти градусам или менее. Изделие может быть получено пластическим формованием при температуре 200°С или более листа из магниевого сплава. Способ получения листа из магниевого сплава, включающий прокатку слитка из магниевого сплава, формирование напряжения в листе путем его пропускания между роликами, нагретыми до температуры от 150°С до 300°С. Лист из магниевого сплава обладает высокой пластической формуемостью в теплом состоянии. Изделие, сформованное из листа, характеризуется высокой стойкостью к ударным воздействиям. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил., 7 табл., 2 пр.

1. Лист из магниевого сплава, имеющего полуширину пика, составляющую от 0,20 до 0,59° для дифракционного пика (0004) при монохроматической рентгеновской дифракции, имеющий величину индикатора ориентации по оси с, равную 4,00 или более, и средний угол наклона оси с, равный пяти градусам или менее.

2. Лист по п.1, в котором магниевый сплав, из которого изготовлен данный лист, имеет участок с низким коэффициентом достоверности (CI), величина (CI) которого составляет менее 0,1 при измерении с помощью метода дифракции отраженных электронов (EBSD); при этом доля площади участка с низким коэффициентом достоверности (CI) составляет от 50% до 90%.

3. Лист по п.1 или 2, имеющий поверхность, на которой присутствует сжимающее остаточное напряжение в направлении ширины листа или в направлении под углом в 90° относительно направления ширины листа.

4. Лист по п.1 или 2, имеющий поверхность, на которой присутствует сжимающее остаточное напряжение, равное от 0 МПа до 100 МПа, в направлении прокатки в том случае, когда направление прокатки совпадает с направлением под углом в 90° относительно направления ширины листа.

5. Лист по п.1 или 2, имеющий поверхность, на которой присутствует сжимающее остаточное напряжение, равное от 0 МПа до 100 МПа, в направлении под углом в 90° относительно направления прокатки в том случае, когда направление прокатки совпадает с направлением под углом в 90° относительно направления ширины листа.

6. Лист по п.1 или 2, имеющий удлинение, составляющее 100% или более, при температуре, составляющей 200°С или выше во всех направлениях под углом ноль, 45, 90 и 135°, в том случае, когда любое данное направление листа принято за ноль градусов.

7. Лист по п.1 или 2, имеющий удлинение, составляющее 200% или более, при температуре, составляющей 250°С или выше во всех направлениях под углом ноль, 45, 90 и 135°, в том случае, когда любое данное направление листа принято за ноль градусов.

8. Лист по п.1 или 2, имеющий удлинение, составляющее 300% или более, при температуре, составляющей 275°С или выше во всех направлениях под углом ноль, 45, 90 и 135°, в том случае, когда любое данное направление листа принято за ноль градусов.

9. Лист по п.1 или 2, имеющий твердость по Виккерсу (HV), составляющую 85 или более и 105 или менее.

10. Лист по п.1 или 2, имеющий удлинение, составляющее от 2,0% до 14,9% при 20°С, прочность на растяжение, составляющую от 350 МПа до 400 МПа при 20°С, и 0,2% условный предел текучести; составляющий от 250 МПа до 350 МПа при 20°С, во всех направлениях под углом ноль, 45, 90 и 135°, в том случае, когда любое данное направление листа принято за ноль градусов.

11. Лист по п.1 или 2, в котором сплав на основе магния содержит от 1,0 вес.% до 10,0 вес.% алюминия, от 0,1 вес.% и 1,5 вес.% цинка, и остаток, состоящий из магния и неизбежных примесей.

12. Лист по п.1 или 2, в котором сплав на основе магния содержит более 50 вес.% магния и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей алюминий, цинк, марганец, иттрий, цирконий, медь, серебро и кремний, при общем содержании 0,01 вес.% или более и 20 вес.% или менее.

13. Лист по п.1 или 2, в котором сплав на основе магния содержит более 50 вес.% магния и, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей кальций и бериллий, при общем содержании 0,00001 вес.% или более и 16 вес.% или менее.

14. Лист по п.1 или 2, в котором сплав на основе магния содержит более 50 вес.% магния и, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей никель, золото, платину, стронций, титан, бор, висмут, германий, индий, тербий, неодим, ниобий, лантан и редкоземельный элемент за исключением неодима, тербия и лантана, при общем содержании 0,001 вес.% или более и 5 вес.% или менее.

15. Изделие, полученное пластическим формованием при температуре 200°С или более листа из магниевого сплава по любому из пп.1-14.

16. Изделие по п.15, в котором пластическое формование представляет собой прессование.

17. Способ получения листа из магниевого сплава, включающий следующие стадии:
(a) прокатку слитка из магниевого сплава;
(b) формирование напряжения в прокатанном листе пластическим формованием путем пропускания листа, нагретого до температуры от 100°С до 250°С, между роликами, нагретыми до температуры от 150°С до 300°С с получением листа, в котором полуширина дифракционного пика (0004) составляет от 0,20 до 0,59° при монохроматической рентгеновской дифракции, величина индикатора ориентации по оси с равна 4,00 или более, и средний угол наклона оси с равен пяти градусам или менее.

18. Способ по п.17, который дополнительно включает термическую обработку листа после пластического формования для устранения напряжения, возникшего в результате пластического формования, и устранения остаточного напряжения, приданного во время пластического формования.