专利名称：为了改进镁合金的可成型性的恢复热处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及将镁合金片材坯体从初始材料热成型，所述
初始材料已经碾轧成期望片材厚度，盘绕并退火至完全回火状况。更具体地，本发明涉及对于从盘绕和退火的原料制备的片材金属坯体的热处理，以改进在热沖压或热吹成型工艺中的镁合金坯体的可成型性，从而制成片材金属部件，如汽车车身面板。
背景技术：
令人关注的是将相对轻质的镁合金片材成型为例如汽车车身面板。这种面板可以从最初平坦的片材金属坯体成型，所述片材金属坯体具有例如约1000 mmx 1500 mmx l-3mm的标称尺寸。迄今为止，虽然汽车制造商在从铝片材合金成型车身面板方面有了更多的经验，但是镁合金在与铝合金大约相同的温度范围是可热成型的且提供重量的进一步降低。目前，镁合金片材金属车身面板的成型需要在升高的成型温度成型片材金属。所使用的具体热成型实践很大程度上取决于面板产品的形状的复杂性；即，需要引入镁合金片材金属坯体的变形的严重性。 一些面板形状，如发动机抢罩，可以通过在面对面的互补热成型模之间热冲压镁合金片材坯体成型，而不用预加热工件。其它更复杂的面板形状可能需要工件被预加热以进行热吹成型。镁合金车辆提升门和门面板通常需要热吹成型温度和实践，以使得片材变形为功能和流线面板形状。镁片材金属的热吹成型通常包括在预加热炉中加热片材金属坯体至约450°C;自动地将该片材传递至面对面的模之间的位置，所述模也被加热至大约相同的温度；将片材坯体形状的周边夹持在半模之间，以形成不透气密封件；和然后将气体压力施加到加热后的片材的 一 侧，以将片材吹到面对的模腔中并抵靠成型表面以形成期望形状。然后释放气体压力，打开模，移开已成型面板并允许冷却。可选地，在一些情况下，取代使用预加热炉，片材可以在成型之前或者成型期间由热模加热。在任一情况下，片材通常被加热至约450°C，
且然后保持在该温度短时间，以^5無保在施加成型压力之前适当均匀的温度。 在热沖压成型中，镁合金片材通常预加热至低于约350。C 的温度且在加热的互补成型模之间被冲压并保持在特定成型温度，所 述模支承在相对的压板上。在合模时，已加热的片材由至少一个模表 面接触，所述至少一个模表面冲击并抵靠面对的表面拉伸片材。如热 吹成型那样，片材工件和热冲压工具在工件开始变形之前处于特定热 沖压温度。 这些热成型实践对于铝片材合金发展良好且完全预加热 的工件易于形成具有复杂形状的车身面板。但是这种热成型实践应用
于镁片材合金通常较慢且更易于应用于成型具有较低形状复杂性的物品。
发明内容
本发明已经用于镁片材金属合金的升高温度成型。片材 金属合金的厚度通常约为1-3或4毫米。例如，在汽车车身面板中， 片材金属坯体形成内部或外部(或两者)车身面板，如门面板、提升 门面板、后背箱面板等。这种面板具有相对复杂的形状，且至少外部 面板必须保持商业上可接受的外表面以用于涂漆。通常，片材金属初始材料从期望镁基合金的合适铸锭或 板坯制备。在片材金属成型中可广泛获得的镁合金是指定合金 AZ31B。该合金的标称组成(按重量计算)是约3%的铝、1%的锌、 有限量的杂质和结余的镁。均质锭或板坯逐渐遭受一种或更多热或温 碾轧操作，以使得铸造金属缩减为带，且然后成为具有合适宽度、厚 度和表面质量的片材。热或温碾轧材料可以在碾轧阶段之间退火。在 多个碾轧阶段之后，获得相对长的镁合金片材且由制造商碾轧成盘 巻。盘绕材料被退火，以在盘绕片材中形成金属冶金学微观结构，这 对于片材的预期用途是期望的。为了获得片材的合适可成型性，认为 谨慎的是以已经完全退火至完全回火状况的镁合金片材盘巻开始。应 当理解，这种完全回火镁片材的盘绕碾轧将展现良好的可成型性和成 型产品中的良好表面质量。
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现在已经发现这种盘绕完全回火镁合金片材从片材工艺 (如，拉弯矫直、盘绕/展开、和片材的偶然沖击或撞击)易受小量的 冷加工。该小量冷加工，在加热至暖成型或热拉伸成型温度时，通常 在片材表面附近引起大的再结晶颗粒。已经发现这些大的颗粒导致较 低的片材金属可延展性、较低的可成型性和在成型部件中的桔皮表面 效果。虽然冷加工的量可能较小，但是这已经引入软的完全回火材料。 局部冷加工在一些镁片材成型实践中是可以忍受的。但是当汽车车身 面板和具有复杂形状的类似物品在升高温度下成型时，可成型性的先 前未预期的变化引起了制造问题。根据本发明的实施例，提供用于对从完全回火镁合金的
盘巻移开的片材金属坯体或工件的恢复热处理，旨在用于热成型，如 热冲压或快速塑性成型，快速塑性成型是一种热吹成型的形式，其中， 在成型期间，空气压力根据压力排定表增加。例如，恢复热处理可应
用于从同一镁合金(如AZ31B)的完全回火盘巻展开并切割的坯体或
坯体组。 坯体被加热至预定温度，所述预定温度通常在约200°C -约350°C的范围内。具体合金和坯体材料工件的热处理温度根据经 验或根据本说明书中下文描述的试验确定。热处理持续时间也预先确 定且通常是高达约60分钟的周期。恢复热处理的目的是修复在镁合 金片材中的偶然和通常不可避免的冷加工的效果，而不过度增加其颗 粒尺寸。目标是着手于将已经返回到坯体的拉伸成型的均匀可延展和 可成型状态的镁合金片材热沖压或热吹成型为具有商业上可接受的 表面质量的良好成型的片材金属产品。 本发明的其它目的和益处将从具体说明性示例的说明显 而易见。
附图是图示关于在代表性坯体上进行试验恢复热处理获 得的极限圆顶高度(单位毫米)的柱形图，所述坯体从退火至完全 回火状况的AZ31B镁合金的冷碾轧盘巻获得。镁合金坯体在指示的 恢复热处理温度和时间之后由打压试验形成半球形圆顶形状。通常， 较大的极限圆顶高度值表示在镁合金片材中提供更好的可成型性的恢复热处理(热处理温度和时间)。
具体实施例方式
通常，用于镁合金的热金属成型工艺包括获得处于完全 回火状况的选定镁合金的一个或更多盘巻。片材金属的平坯体从所述 盘巻获得，以制造成型片材金属部件，如汽车车身面板。具有合适厚 度和所获得的完全回火片材金属工件的平面图形状的坯体被加热至 某升高的温度，保持在该温度短时间，且然后在该温度变形以形成有 用的形状。该工艺在制造如车辆门、车箱盖、后背箱门、发动机罩等 的面板的制造物品时重复多次。
本发明已经被证明有益于AZ31B镁合金片材的热吹成
材料可在完全回火状^获得。口完全曰回火片材具有完全退火的微观结 构，由不同颗粒尺寸表征，带有一定的颗粒尺寸双峰分布。通常，颗 粒尺寸在约5-20微米的范围内。本发明也有益于其它热成型工艺，其 它初始形状和其它镁合金。已经发现，完全回火镁合金片材的盘绕和处理引入小量 的冷加工到退火材料的微观结构中。冷加工通常来自于将退火盘绕的 片材转换成平坦片材，预备制备用于放置在热成型压机中的金属坯 体。与盘巻的外径相比，在盘巻的内径上需要更多的加工来使得材料 变平。因而，在盘巻展开时，可以有引入到片材中的加工量的不同。 这种冷加工通常在展开材料的表面中发现，片材金属坯体从该展开材 料切割以用于热成型工艺。该小量冷加工，在盘巻中是不均匀和不一 致的，导致微观结构的变化，从而比标称回火将展现较低的可成型性。 本发明的实践部分地取决于用于生产线或工厂的特定规 定完全回火镁合金的盘巻数量。例如，在大容量制造情况下，可以期 望按照盘巻且可能按照供应商来消除冷加工的不一致水平。可以期望 发展用于每个盘巻或每个供应商的恢复热处理，或可以选择发展可应
一情况下，这种方法^i估材料的多个盘巻并选择代表s能存在冷:
工预应力的极端的片材金属样本。材料将从盘巻的端部和中间取样。 在该示例中，以下试验程序将被实施以确定消除所有这种样本中的应
7力需要的恢复热处理的时间-温度参数，而对预期随后的热成型操作没 有再结晶的有害效果。然后，这种恢复热处理将可能应用于准备润滑 和成型的一堆变平的和剪切的坯体。作为可选方案，坯体可以作为润 滑坯体的工艺的 一 部分被热处理。 根据本发明，用于成型的候选镁合金完全回火材料的代 表性样本被试验以确定它们在热成型之前是否需要恢复热处理。 例如，这种试验可以包括将AZ31B-0片材样本在预期热 成型温度约350°C-约500°C下无限制热吹成型为半球形圆顶。可应 用较低温度以评估用于热沖压的镁合金坯体，可应用较高温度以评估 用于热吹成型的坯体。 在该试验的一个实施例中，在室温下方形镁合金坯体(一 边175 mm)放置到模中，模保持在成型温度，如450°C。片材的一面 放置成叠置模板中的100 mm直径的圆形开口 ，且片材由热模加热。 当片材达到可成型性评估的选定温度时，气体压力施加给片材的另一 侧，以使得片材通过孔膨胀成无限制的圆顶形状(大致半球形)。气 体压力可以根据阶段增加或者以预定压力水平施加。在片材达到最终 圆顶高度或已经撕裂之后，打压试验停止且评估成型的样本。最终圓 顶高度或极限圆顶高度(单位毫米)是在成型试验温度下镁合金坯 体的可成型性的测量。 在以下系列试验中，从盘绕材料获得的一些完全回火镁 合金坯体经历圆顶试验，且一些坯体在样本再次加热和经历圆顶成型 打压试验之前首先经历一定范围的恢复热处理。换句话说，坯体经历 不同的热处理，以确定对于由小坯体代表的具体镁合金材料的最佳恢 复热处理。 在第一示例中，圆顶打压试验在AZ31B-0坯体上进行， 其首先在200°C热处理15分钟并冷却至室温。圓顶的成型然后在 450。C下用75 psi的空气压力进行。圓顶高度达到约55 mm的最大值， 归类为附图中的标记(200C 15min)柱形图。在该系列试验中，使用 已经经历其它恢复热处理排定表的AZ31B-0片材的其它坯体成型5 个其它圆顶。相应打压试验的圓顶高度(单位毫米)在附图中提供 为柱形图。可以看出，接收的(没有热处理)样本形成仅约50mm的 圓顶高度。在该说明性系列试验中，恢复热处理温度在从150°C-350°C的范围内且热处理时间在从15分钟-1小时的范围内。在这些完全回
火AZ31B材料的这些试验中，几乎58 mm的最大圆顶高度在完全回火材料在200°C下加热30分钟之后获得。因而，在本发明的实践中，在材料坯体提交给热冲压或热吹成型操作以制造具有复杂形状的片材金属部件(如汽车的车身面板)之前评估完全回火镁合金片材的盘巻。上述圓顶打压试验或其它合适的可成型性试验可以用于评估完全回火镁合金的新盘巻。基于设计的温度和加热时间模式的 一 系列候选恢复热处理可以在片材的小坯体上进行试验且评估试验坯体的可成型性。温度和加热时间的模式可以基于盘绕镁合金的先前经验，或者可以基于不同的选定初始处理，直到实现可成型性的改进。在确定特定盘巻的优选热处理之后，可以在热处理中评估用于生产部件的全尺寸坯体。当然，本发明实践的经验将改进在试验坯体上进行的恢复热处理与全尺寸部件的可成型性的相关性。在最初盘绕的完全回火镁合金片材上识别和使用恢复热处理的该实践改进了片材的可延展性和可成型性，且获得在部件的成型表面中具有更好的表面质量的热成型部件。 本发明的实践已经通过示例示出，所述示例表示为说明而不限制本发明。
权利要求
1.一种改进在从最初完全回火镁合金片材的一个或更多盘卷获得的片材的预定热成型工艺中的可成型性的方法，所述镁合金片材在从盘绕材料获得成型坯体时已经经历冷加工，所述方法包括使得来自于盘绕片材的试验片材样本经历候选热处理，所述热处理包括在约200℃-350℃范围内的候选温度下加热样本约1分钟-60分钟的周期；在相应热处理样本上进行成型试验；和评估相应热处理样本的可成型性以确定可应用于从盘卷移开的片材金属坯体的热处理时间和温度排定表，以通过预期热成型工艺形成片材金属产品。
2. 根据权利要求1所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方顶并评估形成的圆顶的高度和表面质量来评估。
3. 根据权利要求1所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方圓顶并评估'开;成的圆顶的"度和表面质量'i评估。'、、'.'
4. 根据权利要求1所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方样本热吹成型半球形圓顶并评估形成的圆顶的高度和表面质量来评估。
5. 根据权利要求1所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方法，其中，在生产尺寸工件的热处理中至少最初地使用所确定的热处理排定表，以通过预定热成型工艺形成生产尺寸部件。
6. —种改进在从最初完全回火镁合金片材的一个或更多盘巻获得的片材的热冲压或热吹成型中的可成型性的方法，所述镁合金片材由于盘绕材料的盘绕、展开、变平或处理已经经历冷加工，所述方法包括使得来自于盘绕片材的试验片材样本经历候选热处理，所述热处理包括在约200°C-350°C范围内的候选温度下加热样本约1分钟-60分钟的周期；在相应热处理样本上进行成型试验；和评估相应热处理样本的可成型性以确定可应用于从盘巻移开的片材金属坯体的热处理时间和温度排定表，以通过热沖压或热吹成型来形成片材金属产品。
7. 根据权利要求6所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方顶并评估形成的圓顶的高度和表面质量来评估。
8. 根据权利要求6所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方圆顶并评估开;成的圆顶的"度和表面质量';评估。'''、、、''''
9. 根据权利要求6所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方法，其中，热处理样本的可成型性通过在预期热沖压或热吹成型温度下从热处理样本热吹成型半球形圆顶并评估形成的圓顶的高度和表面质量来评估。
10. 根据权利要求6所述的改进盘绕镁合金片材的可成型性的方法，其中，在生产尺寸工件的热处理中至少最初地使用所确定的热处理排定表，以通过预定热成型工艺形成生产尺寸部件。
全文摘要
本发明涉及为了改进镁合金的可成型性的恢复热处理。在高温成型操作中盘绕和退火(完全回火)镁合金片材的可成型性有时受到在处理盘卷和展开盘卷以获得用于热冲压、热吹成型等的坯体工件期间引入到精细颗粒材料中的小量冷加工的不利影响。在必要时，具有硬加工微观结构的区域的片材的可成型性可以通过在可成型性试验中使用小部分材料预先确定恢复热处理来改进。然后，对于特定盘绕原料确定的恢复热处理在盘卷材料用于制造车辆车身面板等时可以应用于盘卷材料。
文档编号C22F1/06GK101638762SQ200910164679
公开日2010年2月3日 申请日期2009年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者J·D·拉塞斯基, J·T·卡特, P·E·克拉耶夫斯基, R·费尔马 申请人:通用汽车环球科技运作公司