专利名称：镁材制品的制造方法
技术领域：
本发明是关于镁或者镁合金(在本说明书中将这两者总称为镁材)制品的制造方法，更详细地说，本发明是关于即使镁材制品表面的最小R小，例如即使是3mm以下，在制品上不产生裂纹，或在制品的表面不产生擦伤，通过镁材板的塑性加工，能够制造规定形状的镁材制品的制造方法。
在利用冲压加工、锻造加工、轧制加工、深冲加工等塑性加工将铁合金或铝合金进行成形时，制造塑性加工性优良材质的铁合金或铝合金，通过对这些合金进行塑性加工，或者在进行塑性加工时冷却铁合金或铝合金(进行低温加工)或者进行加热(进行温加工或者热加工)以改善塑性加工性的状态进行塑性加工，或者复合实施这两者来进行塑性加工。进而，在塑性加工制品的表面产生的伤痕成为问题时，在塑性加工前的材料表面形成硬化层，以避免产生伤痕。
但是，关于镁材的塑性加工，在原封不动地采用对铁合金或铝合金进行的塑性加工法时，或在镁材制品上产生裂纹，或在制品表面产生伤痕，因此不仅成形困难，而且必须引入检查工序或伤痕的修复工序，因而成本变高。另外，如果在塑性加工前的镁材表面形成硬化层，就丧失作为镁材本来的轻量材料的特性。进而，有在回收利用时分离困难的新的添加元素的添加对地球环境造成恶劣影响的可能性。
本发明是鉴于这样的现有技术存在的问题而完成的，本发明以提供下述的制造方法为课题，即，即使镁材制品表面的最小R小，例如即使是3mm以下，在制品上不产生裂纹，或在制品的表面不产生伤痕，通过镁材板的塑性加工，能够制造规定形状的镁材制品的制造方法。
本发明人等为了达到上述的课题，进行了各种研讨，结果发现，在利用塑性加工将镁材的板制造成规定形状的制品的方法中，如果以在塑性加工后在成为制品表面侧的该板的表面上重叠具有类似该板的塑性加工特性的薄板的状态进行塑性加工，在薄板的表面虽然产生擦伤，但镁材板和薄板有类似的塑性加工特性，因而在它们之间不产生擦伤，因此，通过去除产生擦伤的该薄板，就能够制造在制品上无裂纹、在制品的表面无擦伤的制品，从而完成了本发明。
即，本发明的镁材制品的制造方法是利用塑性加工将镁或者镁合金板制造成规定形状的制品的方法，其特征是，以在塑性加工后成为制品表面侧的该板的表面上重叠选自铝、铝合金、镁、镁合金和树脂的材质构成的薄板的状态进行塑性加工。
图1A表示在实施例和比较例中使用的凸模，图1B表示在实施例和比较例中使用的凹模。
以下，详细地说明本发明的镁材制品的制造方法中的塑性加工法、塑性加工条件、镁合金的种类等。
在本发明的制造方法中，作为能够采用的塑性加工法，只要是能够将板材进行塑性加工的方法，无论怎样的方法都可以，例如可举出冲压加工法、锻造加工法、轧制加工法、或者深冲加工法。
在本发明的制造方法中，在进行镁材板的塑性加工时在该板的表面重叠的薄板的材质，理论上具有类似于该镁材板的塑性加工特性的塑性加工特性，该镁材板在塑性加工条件下(温度、压力)，如果是非反应性、非压接性、非合金化性的材质，无论怎样的材质都可以，没有特别的限制，但较好使用由铝、铝合金、镁、镁合金和树脂等材质构成的薄板，最好使用材质和镁材板的材质相同的薄板。当然，在使用树脂板时，因和其耐热性相关，所以应该限制进行塑性加工时的塑性加工工具的温度和镁材板的温度。
在本发明的制造方法中，可以以在要进行塑性加工的镁材板的两面重叠上述的薄板的状态进行塑性加工，也可以仅在塑性加工后成为制品表面侧的该板的表面重叠上述的薄板的状态进行塑性加工，但后者是实用的，且也是充分的。并且这种重叠，镁材板和薄板可以形成单独接触的状态，或者也可以用粘结力弱的粘合剂进行粘接。
在本发明的制造方法中，要进行塑性加工的镁材板的厚度，如果是能够塑性加工的厚度，就没有特别的限制，但如果考虑塑性加工操作的容易性、塑性加工后的制品表面的光滑等，最好是5.0mm以下。据此，薄板的厚度最好是1.5mm以下，比镁材板的厚度薄。
在本发明的制造方法中，对进行塑性加工时使用的加工工具的材质没有特别的限制。作为加工工具，一般使用铁系合金制的加工工具，但在镁材板的塑性加工时如果使用铁系合金制加工工具，一般来说，也往往发生咬住。但是，由于采用本发明的制造方法，即使使用铁系合金制加工工具，也能够合适地进行塑性加工。
在本发明的制造方法中，在进行塑性加工时，为了提高镁材板的塑性加工，一般说来，最好使塑性加工工具的温度达到100～500℃，镁材板的温度和薄板的温度分别达到80～450℃(镁材板的温度和薄板的温度可以相同，也可以不同)，进行塑性加工。但是，该范围内不相同为好，根据所使用的镁材板的材质、薄板的材质，优选的温度范围是不同的，尤其最佳的温度范围也不同。优选的温度范围是专业人员根据镁材板的材质、薄板的材质等能够容易决定的程度。
在本发明的制造方法中，由加工工具产生的擦伤附着在薄板的表面，但镁材板和薄板具有类似的塑性加工特性，因而在它们之间不产生擦伤，因此，其后通过去除产生擦伤的薄板，就能够制造在制品上无裂纹、在制品表面无擦伤的制品，因而即使镁材制品表面的最小R小，例如即使是3mm以下，可以在制品上不产生裂纹，或在制品的表面不产生擦伤状态下，利用镁材板的塑性加工制造规定形状的镁材制品。塑性加工后，从镁材制品的表面去除产生擦伤的薄板，并回收该薄板，再生成所希望的厚度的薄板，而再利用。
本发明的制造方法，对所有种类的镁和镁合金都能适用。但是，即使镁材制品表面的最小R小，例如即使是3mm以下，为了在制品上不产生裂纹，或在制品表面不产生擦伤下，也能够利用镁材板的塑性加工制造规定形状的镁材制品，希望镁材塑性加工性高的材料。
作为怎样的镁材，是含有35质量％以下的铝，含有选自5质量％以下的锌、5质量％以下的锰、5质量％以下的稀土金属、5质量％以下的硅和5质量％以下的银中的至少一种，其合计10质量％以下，余量基本上是镁的镁合金，具体的有AZ31、AZ61、AZ80等。
另外，是含有选自5质量％以下的锌、5质量％以下的银、5质量％以下的稀土金属、1质量％以下的锆、1质量％以下的锰、5质量％以下的钙、5质量％以下的硅、5质量％以下的钇中的至少一种，其合计10质量％以下，余量基本上是镁的镁合金，具体的有ZK60、ZE10等。
在本发明的制造方法中，为了成形性、塑性加工性更良好，像上述的镁合金中的晶粒直径最好是50μm以下。在镁合金中的晶粒直径是20μm以下时，镁合金显示超塑性，因此在情况下超塑性加工成为可能。
进而，是含有7～16质量％的锂，含有选自5质量％以下的铝、5质量％以下的锌、5质量％以下的钙、5质量％以下的稀土金属和5质量％以下的硅中的至少一种，其合计10质量％以下，余量基本上是镁的镁合金，具体的有Mg-9.5Li-1Zn等。即使在这些含有锂的镁合金中，也希望晶粒直径细小。但这些含有锂的镁合金的晶体结构形成塑性加工性优良的bcc(体心立方晶体)或者塑性加工性差的hcp(密排六方晶体)和bcc的双相组织，因此与仅由hcp结构构成的其他的镁合金相比，组织形态是不同的，因此关于含有锂的镁合金，晶粒直径像其他的镁合金那样没有必要成为问题。
通过采用本发明的镁材制品的制造方法，即使镁材制品表面的最小R小，例如即使是3mm以下，也可以在制品上不产生裂纹，或在制品的表面不产生伤痕状态下，利用镁材板的塑性加工制造规定形状的镁材制品，能够廉价地制造高品质的镁材制品。
以下，基于实施例和比较例具体地说明本发明。
实施例1～18和比较例1～5在阿姆斯拉万能试验装置中，安装在内部容纳筒式加热器的凸模支持台和在内部容纳筒式加热器的凹模支持台，在凸模支持台上安装如图1A所示形状的凸模，在凸模支持台上安装如图1B所示形状的凹模。凸模的形状是77mm×77mm、高10mm,R部①的R是1.0mm、1.5mm、3.0mm或者5.0mm，凹模的形状是80mm×80mm、深10mm。图1A和图1B中的R1.5和R3表示各自的R是1.5mm和3mm。在厚度4.5mm的镁材板的深冲成形时使用的凸模的形状是77mm×77mm、高15mm,R部①的R是3.0mm，凹模的形状是87mm×87mm、深15mm。
使用表1所示的材质、晶粒直径(平均值)、厚度为120mm×120mm的镁材板，表1所示的材质、厚度为120mm×120mm的薄板，表1所示的材质、R部①的R是上述值的凸模和凹模，将镁材板和薄板重叠，薄板接触凹模地配置，将镁材板、薄板和凸模及凹模的温度调整成表1所示的温度，以成形速度为5mm/min进行深冲成形。成形后去除薄板，调查与得到的成形品的薄板接触侧的表面有无裂纹、有无擦伤，如表1所示。
表1中的符号的意义如下。
AZ31=Mg-3Al-1Zn合金材AZ61=Mg-6Al-1Zn合金材ZK60=Mg-6Zn-0.6Zr合金材LZ101=Mg-9.5Li-1Zn合金材A2024=Al-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn合金材S45C=按照JIS G 4051规定的机械结构用碳素钢钢材SKD8=按照JIS G 4404规定的合金工具钢钢材表权利要求
1．利用塑性加工将镁板或者镁合金板制造规定形状的制品的方法，其特征在于，以在塑性加工后成为制品表面侧的该板的表面上重叠选自铝、铝合金、镁、镁合金和树脂材质的薄板的状态，进行塑性加工。
2．权利要求1所述的制造方法，其特征在于，塑性加工是冲压加工、锻造加工、轧制加工或者深冲加工。
3．权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，镁板或者镁合金板的厚度是5.0mm以下，塑性加工工具的材质是铁系合金，薄板的厚度是1.5mm以下。
4．权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在塑性加工工具的温度达到100～500℃，镁板或者镁合金板的温度和薄板的温度达到80～450℃下进行塑性加工。
5．权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，制造镁材制品表面的最小R是3mm以下、而且在制品上不产生裂纹、在制品的表面不产生擦伤的制品。
6．权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将含有35质量％以下的铝，含有选自5质量％以下的锌、5质量％以下的锰、5质量％以下的稀土金属、5质量％以下的硅和5质量％以下的银中至少一种的合计10质量％以下，余量基本上是镁的镁合金板进行塑性加工。
7．权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将含有选自5质量％以下的锌、5质量％以下的银、5质量％以下的稀土金属、1质量％以下的锆、1质量％以下的锰、5质量％以下的钙、5质量％以下的硅、5质量％以下的钇中至少一种的合计10质量％以下，余量基本上是镁的镁合金板进行塑性加工。
8．权利要求6所述的制造方法，其特征在于，镁合金中的晶粒直径是50μm以下。
9．权利要求7所述的制造方法，其特征在于，镁合金中的晶粒直径是50μm以下。
10．权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将含有7～16质量％的锂，含有选自5质量％以下的铝、5质量％以下的锌、5质量％以下的钙、5质量％以下的稀土金属和5质量％以下的硅中至少一种的合计10质量％以下，余量基本上是镁的镁合金板进行塑性加工。
11．表面没有裂纹或擦伤的镁材制品，其特征在于，可以利用权利要求1或2所述的制造方法进行制造。
12．表面没有裂纹或擦伤的镁材制品，其特征在于，可以利用权利要求6所述的制造方法进行制造。
13．表面没有裂纹或擦伤的镁材制品，其特征在于，可以利用权利要求7所述的制造方法进行制造。
14．表面没有裂纹或擦伤的镁材制品，其特征在于，可以利用权利要求10所述的制造方法进行制造。
全文摘要
在利用塑性加工将镁或者镁合金板制造规定形状的制品的方法中,是以在塑性加工后成为制品表面侧的该板的表面。重叠选自铝、铝合金、镁、镁合金和树脂构成的材质的薄板状态,进行塑性加工的镁材制品的制造方法。通过采用该制造方法,即使镁材制品表面的最小R小,例如即使是3mm以下,可以在制品上不产生裂纹,或在制品的表面不产生伤痕状态下,利用镁材板的塑性加工制造规定形状的镁材制品,能够廉价地制造高品质的镁材制品。
文档编号B21D22/20GK1311066SQ0110896
公开日2001年9月5日 申请日期2001年2月28日 优先权日2000年2月28日
发明者守谷英明, 二宫隆二, 久保田耕平, 高原秀房 申请人:三井金属矿业株式会社