专利名称：耐冲击构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及在碰撞中引起冲击能量降低的耐冲击构件。具体地说，本发明涉及轻质、高强度并具有良好的冲击能量吸收性质的耐冲击构件。
背景技术：
各种结构构件所需的特性之一是降低动载荷的冲击能量，亦即，耐冲击性高。这种需要具有耐冲击性的构件(耐冲击构件)的例子是汽车部件例如保险杠组件。通常，保险杠组件配置在车体的前部和后部，用于在汽车与另ー种物体碰撞时通过降低所产生的冲击能量来保护汽车中的乘客。这样的保险杠组件包括以汽车体的宽度方向配置的加强件(通常是钢板压制材料或铝挤压材料)、由加强件支撑并通过变形来吸收冲击能量的吸收部件(通常是泡沫聚苯こ稀)、和覆盖所述加强件和吸收构件从而形成所述组 件外部的保险杠面(通常是合成树脂)。镁合金轻质并且具有高比強度和高比刚度，已在各种领域中被用作原材料。在汽车部件方面，以轮罩和换档拨片为例。由于镁合金一般在室温下塑性成形性差，所以由镁合金构成的构件主要由通过压铸法或触变成型法得到的浇铸材料(由ASTM标准的AZ91合金构成)制成，因此所述汽车部件也由浇铸材料例如压铸材料制成。近年来，通过将由可锻镁合金例如ASTM标准的AZ31合金构成的片材进行压制成形得到的构件已被用作小型构件，例如汽车电气和电子器件的外壳。专利文献I提议了由与ASTM标准的AZ91合金相当的合金构成并具有良好的压制成形性的镁合金片材。现有技术文献专利文献专利文献I :特开2007-098470号公报
发明内容
技术问题希望耐冲击构件的耐冲击性进ー步提高。例如，为了提高保护乘客的可靠性和乘客安全性，希望上面描述的保险杠组件具有更大的冲击能吸收量和更高的耐冲击性。也希望汽车部件轻质以改善燃料效率。人们认为，为了满足上述要求，在结构金属中轻质并具有高強度的镁合金适合作为耐冲击构件的材料。然而，通过本发明的发明人进行的研究，已经发现AZ91合金的浇铸材料或AZ31合金的轧制材料不能提供足够的耐冲击性。本发明的目的是提供由镁合金构成并具有高度耐冲击性的耐冲击构件。解决问题的手段本发明的耐冲击构件包括镁合金，所述镁合金含Al量大于7. 3质量％并且等于或小于12质量％，其中当通过进行如下的耐冲击试验来测量时，不会导致产生凹痕的下落高度超过340mm。
(耐冲击试验)利用所述耐冲击构件制作厚度为O. 6mm、长度为IOOmm且宽度为70mm的试验板片；在所述试验板片的两个端部被固定的状态下，使质量为225g的铁球朝所述试验板片的中央部分自由下落；以及，当假定从所述铁球开始自由下落的位置与所述试验板片之间的距离是下落高度(mm)时，測量所述铁球不会导致在所述试验板片上产生凹痕的下落高度。在本发明中，如上所述制作具有特定尺寸的薄试验板片，并将在所述试验板片进行所述特定的耐冲击试验时得到的下落高度提出作为定量确定耐冲击性的指标。当在试验板片上不会导致产生凹痕的下落高度大时，特别是当所述下落高度超过340mm吋，给出耐冲击性高的评价。当本发明的发明人如下面描述的试验实施例中所示从各种金属片材制作具有特定尺寸的试验板片、并让具有特定质量的铁球从各种高度朝每个试验板片自由下落吋，不会导致产生凹痕的下落高度取决于试验板片。特别是，从含有特定量Al的镁合金片材制作的试验板片具有极大的下落高度。因此，所述下落高度被用作评价耐冲击性的指标。即使对如上所述的薄试验板片给予动载荷(铁球的自由下落)冲击，本发明的耐冲击构件也不出现凹痕或不容易出现凹痕。如下面试验实施例所述，所述耐冲击构件不容易出现凹痕并还不容易被冲击损坏。这意味着本发明的耐冲击构件具有高的耐冲击性。340mm以下的下落高度意味着耐冲击性不足，因此认为，这样的耐冲击构件难以承受强冲击。随着下落高度増加，冲击能吸收性质得到改进，意味着耐冲击性高。因此，不提供不会导致产生凹痕的下落高度的上限。在本发明的一种实施方式中，所述镁合金中分散有金属互化物的颗粒，所述金属互化物的颗粒含有Al和Mg中的至少ー种；所述金属互化物的颗粒的平均粒度是O. 5 μ m以下；并且，在所述耐冲击构件的断面中，金属互化物的颗粒的总面积百分比大于0%并且等于或小于11°/。。本发明人已经发现，含有特定量的Al并具有特定微观结构的镁合金具有高的耐冲击性。在上述实施方式中，由于所述颗粒的分散強化，可以提高由镁合金构成的耐冲击构件本身的刚度，所述分散強化通过分散所述金属互化物细粒而实现。因此，即使是薄试验板片也具有高刚度，并且如上所述不容易出现凹痕。此外，在上述实施方式中，含有相对大量的Al并且所述金属互化物以特定范围(面积百分比)存在，从而可以保持Al充分固溶在基质相中的状态。因此，通过Al的固溶硬化，可以实现更高的強度。在上述实施方式中，基本上不存在金属互化物的粗粒，在碰撞中从所述金属互化物的粗粒造成裂纹形成。因此，即使施加冲击，本发明上述实施方式所述的耐冲击构件也不容易出现凹痕或断裂，因此具有高的刚度和耐冲击性。因为在本发明的耐冲击构件的至少表面区域存在耐腐蚀性高于所述镁合金的基础材料(基质相)的金属互化物细粒，所以由镁合金构成并具有特定微观结构的上述实施方式所述的耐冲击构件具有高的耐腐蚀性(所述表面区域是在耐冲击构件的厚度方向上从所述耐冲击构件的表面直至厚度的30%的区域；例如，当所述耐冲击构件是通过对片材进行塑性成形而形成的成形构件时，所述表面区域是在所述片材的厚度方向上从片材表面直至片材厚度的30%的区域)。特别是，当所述金属互化物以特定范围(面积百分比)存在吋，Al也可以被充分固溶在基质相中。因此，可以抑制基质相本身由使用Al作为金属互化物所引起的耐腐蚀性劣化。同样从这个观点考虑，上述实施方式的耐冲击构件具有高的耐腐蚀性。具有特定微观结构的本发明耐冲击构件的代表性实施方式是在所述耐冲击构件的基本整个表面上形成均匀厚度的氧化膜的实施方式。在这样的实施方式中，因为可以有效抑制腐蚀因素例如空气和水与镁合金本身的接触，可以实现高的耐腐蚀性。因此，在该实施方式中，即使耐冲击构件由通常耐腐蚀性低的镁合金构成，也能达到高的耐腐蚀性。因此，预期这样的构件可以足以被用作例如甚至汽车部件中暴露于腐蚀环境例如风和雨的外部构件。在该实施方式中，因为可以降低由腐蚀引起的耐冲击性劣化，还预期可以在长时间内维持高的耐冲击性。在耐冲击构件具有特定微观结构的实施方式中，所述耐冲击构件断面中金属互化物的颗粒数量是O. I个/ μ Hi2以上。在上述实施方式中，许多金属互化物细粒存在并均匀分散在基质相中，因此由于所述颗粒的分散強化可以达到更高的耐冲击性和还可以提高耐腐蚀性。颗粒数量优选是O. 3个/μ m2以上。然而，如果金属互化物的粗粒数量过多，则如上所述基质相中的Al浓度 降低，这劣化了強度和耐腐蚀性。因此，如上所述希望金属互化物的颗粒的粒度小。在本发明的一个实施方式中，耐冲击构件是将由所述镁合金构成的片材进行塑性成形而形成的成形构件，且所述耐冲击构件具有未受过拉延的平坦部分。在该实施方式中，从所述平坦部分来切割出试验板片。因为所述耐冲击构件可以通过塑性成形例如压制成形而形成，上述实施方式适合大量生产。特别是，本发明人已经发现，当片材由具有分散的金属互化物细粒的特定微观结构的镁合金构成时，达到了良好的塑性成形性，例如良好的压制成形性。因此，可以预期，通过将这样的片材进行塑性成形例如压制成形,可以高生产率生产具有高耐冲击性的高强度耐冲击构件。未受到拉延的平坦部分被定义如下。亦即，从耐冲击构件来切割出面积大得足以形成试验板片的部分以制备切出片，并将该切出片放置在水平台上。对于与水平台接触的切出片表面，測量所述水平台与切出片的位于离水平台最远的一部分之间在垂直方向上的距离。未受到拉延的平坦部分是所述距离是Imm以下的一部分。如果从所述平坦部分制备试验板片，该试验板片也是平坦的(所述距离是1_以下)。当耐冲击构件具有该平坦部分时，通过取得该平坦部分的断面来測量金属互化物的颗粒的面积和数量以及下面描述的空腔的最大直径。在本发明的一个实施方式中，所述耐冲击构件的断面中空腔的最大直径等于或者小于5 μ m0浇铸材料例如压铸材料中，容易形成被称为空腔(孔隙)的浇铸缺陷。通过进行塑性成形例如对具有空腔的浇铸材料进行压延，可以消除空腔或可以降低空腔的尺寸。然而，如果不进行塑性成形，这样的空腔不会被消除。当存在最大直径超过5 μ m的粗大空腔吋，特别是当这样的空腔暴露于镁合金构件(耐冲击构件)表面时，可以从所述空腔引起开裂并且它难以充分吸收冲击能。此外，也容易从所述粗大空腔引起腐蚀，从而降低耐腐蚀性。相反，在上述实施方式中，粗大空腔数量少或粗大空腔基本上不存在。因此，不容易引起由于粗大空腔造成的开裂，从而达到高的耐冲击性。此外，也不容易引起由于粗大空腔造成的耐腐蚀性降低，从而达到高的耐腐蚀性。空腔的尺寸优选尽可能小，并且最优选不存在空腔。在空腔的数量和最大直径方面，不提供下限。包含少数空腔或基本上不含空腔的耐冲击构件是例如通过使用如下所述对浇铸片材(优选连续浇铸片材)进行压延而得到的轧制片材作为原材料而制造的。在本发明的一个实施方式中，所述镁合金含有8. 3质量％以上并且9. 5质量％以下的Al以及O. 5质量％以上并且I. 5质量％以下的Zn。由于含有8. 3质量％至9. 5质量％的Al和O. 5质量％至I. 5质量％的Zn的Mg-Al系合金具有高強度，这样的Mg-Al系合金优选用作需要具有高強度的耐冲击构件的材料。Mg-Al系合金的代表性例子是ASTM标准的AZ91合金。
在本发明的一个实施方式中，耐冲击构件是保险杠构件。因为本发明的耐冲击构件可以充分降低冲击能，所述耐冲击构件可以被适当地用作特别需要耐冲击性的汽车保险杠构件，例如加强件或保险杠面。发明的有利效果本发明的耐冲击构件具有高的耐冲击性。
[图I]图I(I)是描述耐冲击试验的试验方法的图，图I (II)是用于断裂试验的试验板片的平面图。
具体实施例方式现在将详细地描述本发明。[耐冲击构件](组成)构成本发明耐冲击构件的镁合金的例子包括组成中包含Mg和添加元素的各种镁合金(Mg :50质量％以上，添加元素，和余量杂质)。特别是，在本发明中，使用至少含有大于7. 3质量％并且等于或者小于12%量的Al作为添加元素的Mg-Al系合金。随着Al含量増加，机械性能例如強度和耐塑性变形性(刚度)提高，耐腐蚀性也倾向于变高。然而，如果Al的含量超过12质量％，塑性成形性劣化。因此，Al含量的上限是12质量％并且优选11质量％。选自Zn、Mn、Si、Ca、Sr、Y、Cu、Ag、Zr、Ce、Be、Sn、Li、Ni、Au、和稀土元素(除了 Y 和
Ce)的至少ー种元素是Al以外的添加元素的例子。当含有这些元素时，所述元素的总含量优选为10质量％以下,更优选5质量％以下。姆种元素的含量优选为O. 01质量％以上且10质量％以下，更优选O. I质量％以上且5质量％以下。Mg-Al系合金的具体例子包括ASTM标准的AZ系合金(Mg-Al-Zn系合金，Zn :0. 2质量％至I. 5质量％)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金，Mn :0. 15质量％至O. 5质量％)、Mg_Al_RE (稀土元素)系合金、AX系合金(Mg-Al-Ca系合金，Ca :0. 2质量％至6. O质量％)、和AJ系合金(Mg-Al-Sr系合金，Sr :0. 2质量％至7. O质量％)。杂质的例子是Fe。另外，当包含总量O. 001质量％以上并优选总量O. I质量％以上且5质量％以下的选自Y、Ce、Ca和稀土元素(除了 Y和Ce)的至少ー种元素吋，达到了更高的耐热性和耐燃性。(微观结构)
组成 >>构成本发明耐冲击构件的镁合金的典型微观结构是其中析出物细粒在特定范围内分散在基质相中的微观结构。析出物的例子主要是金属互化物。金属互化物的例子包括含Mg和Al的化合物，例如Mg17Al12，和含Al化合物，例如Al (MnFe)0 平均粒度，面积百分比>>术语“细粒”是指平均粒度在O. 5 μ m以下的颗粒。术语“分散了细粒的微观结构”是指当假定本发明的耐冲击构件的断面具有100面积％吋，总计存在11面积％以下的金属互化物的颗粒。当所述面积百分比超过O面积％时，所述金属互化物就充分存在于所述镁合金中。另外，当所述平均粒度在O. 5 μ m以下吋，充分产生由金属互化物细粒的分散所导致的分散強化效应。如果平均粒度或面积百分比过大，则所述镁合金中存在过量的金属互化物或所述镁合金中存在尺寸在5μπι以上的粗粒。结果，降低了 Al在基质相中的固溶量(Al浓度)，因而降低了強度。此外，在碰撞中由这样的粗粒形成裂纹等，降低了耐冲击性。此夕卜，如果基质相中存在的金属互化物粗粒稀少，则在所述粗粒与基质相之间形成局部电池，容易引起腐蚀例如点蚀。因此，优选，所述金属互化物的粒度尽可能小，并且所述小颗粒分 散均匀。所述平均粒度优选为O. 3μπι以下。认为所述面积百分比优选为8面积％以下。(氧化膜)镁合金是ー种活泼金属，因此如果不进行抗腐蚀处理或涂覆，则会在镁合金表面上形成氧化膜。在浇铸材料例如压铸材料中，这样的氧化膜是非均匀形成的并且这样的浇铸材料具有低耐腐蚀性。相反，在基本上整个表面上形成厚度均匀的氧化膜的本发明实施方式中，达到了高的耐腐蚀性。术语“基本上整个表面”是指除了由于例如试验装置的測量限制不能准确证实氧化膜的部分之外的区域，所述区域占表面积的90%以上并特别是95%以上。所述氧化膜基本上由氧化镁形成(90质量％以上)，但是可以含有杂质例如Al。(厚度)在本发明的耐冲击构件是通过对原材料片材(通常为轧制片材)进行塑性成形例如压制成形，而使得所述原材料片材形成预定形状，从而形成的成形构件的情况下，基本上保持了所述原材料片材的厚度。因此，整个耐冲击构件具有基本上均匀的厚度。随着耐冲击构件的厚度増加，吸收的冲击能的量増加，但是所述耐冲击构件的重量也増加。如果厚度过小，则不能充分吸收冲击能。因此，耐冲击构件的平均厚度优选为O. 6mm以上并且3. Omm以下。所述平均厚度是任意选自耐冲击构件的五个点的厚度的平均值。本发明的耐冲击构件整体上可以具有基本上均匀的厚度，或者可以包括棱和通孔，因此可以局部具有厚度不同的部分。(表面处理)在本发明的一个实施方式中，在耐冲击构件的两侧上(例如，在通过对片材进行塑性成形得到的成形构件的情况下，片材的两个表面)都未进行抗腐蚀处理。在该实施方式中，可以省略已经是必要处理的抗腐蚀处理，并可以增加所述耐冲击构件的生产率。在本发明的另ー个实施方式中，在耐冲击构件的两侧上未进行抗腐蚀处理，并只在一个侧上形成涂层。在该实施方式中，通过在ー个侧上形成涂层，可以强化耐冲击构件的耐腐蚀性。此外，可以提供顔色和图案，因此可以提高设计和商业价值。在本发明的另ー个实施方式中，在耐冲击构件的两侧上进行抗腐蚀处理，例如化学转化处理或者阳极氧化(形成抗腐蚀层)。在本发明的另ー个实施方式中，在除了抗腐蚀层之外，还形成涂层。在这些实施方式中，通过进行抗腐蚀处理提供的耐腐蚀性为构成耐冲击构件的镁合金本身增加了耐腐蚀性。結果，可以得到具有极高耐腐蚀性的耐冲击构件。[制造方法]当本发明的耐冲击构件是通过对片材进行塑性成形得到的成形构件时，可以通过包括如下所述的浇铸步骤、溶体处理步骤、压延步骤和压制步骤的制造方法，来制造所述耐冲击构件。浇铸步骤通过连续浇铸法制造由如下镁合金构成 的浇铸板，所述镁合金含有大于7. 3质量％并且等于或者小于12质量％的Al。溶体处理步骤在350°C以上的温度下对所述浇铸片材进行溶体处理以制造溶体处理的片材的步骤。压延步骤对溶体处理的片材进行温轧以制造压延板的步骤。压制步骤对压延板进行压制成形以制造耐冲击构件的步骤。特别是，在溶体处理步骤和后面的步骤中，控制了被加工的原材料片材(通常为压延片材)的热历史，使得所述原材料片材保持在150°C以上并且300°C以下的温度范围内的总时间是O. 5小时以上并且12小时以下，同时所述原材料片材没有被加热到超过300°C。上面描述的制造方法还可以包括将所述压延板整平的整平步骤。整平的例子是温整平，其在所述压延板被加热到100°c以上并且300°C以下的同时进行。当进行温整平吋，所述压延板在整平步骤中保持在150°C以上并且300°C以下的温度范围内的时间被归入上面描述的总时间。所述制造方法还可以包括对整平步骤之后得到的压延板或者整平的片材进行磨光的磨削步骤。如上所述，在浇铸步骤之后、特别是在溶体处理步骤之后进行的直至最终产品的制造步骤中，将由镁合金构成的原材料保持在如下温度范围(150°C至300°C)内的时间设置在预定范围内，所述温度范围使得金属互化物容易析出，而且在溶体处理步骤之后，所述原材料未被加热到超过300°C的温度。因此，析出物例如金属互化物可以被析出，同时所述析出物的量被控制在预定的范围内。此外，通过控制原材料保持在上述温度范围内的时间，可以抑制析出物例如金属互化物的过度生长，因此可以形成其中分散了析出物细粒的微观结构。在下文中，将详细地描述每个步骤。(浇铸步骤)上面描述的浇铸片材优选是通过连续浇铸法例如双辊法、特别是通过W0/2006/003899中公开的浇铸法制造的浇铸片材。因为所述连续浇铸法允许快速凝固，可以降低氧化物和偏析的形成，并且可以抑制在结晶和析出的杂质中形成尺寸超过ΙΟμπι并因其形成裂纹的粗杂质。从而产生具有良好的压延成形性的浇铸片材。浇铸片材的厚度没有具体的限制。然而，如果厚度过大，容易发生偏析。所述偏析在压延等期间引起开裂，因此所述厚度优选为IOmm以下，并特别优选为5mm以下。可以被适当地选择浇铸片材的宽度。(溶体处理步骤)通过对所述浇铸片材进行溶体处理，产生了具有均质组成并包括固溶在其中的添加元素例如Al的溶体处理的片材。所述溶体处理优选在350°C以上的保持温度、特别是在380°C至420°C的保持温度下进行60至2400分钟(I至40小时)的保持时间。随着Al含量増加，保持时间优选增加。在自保持温度起进行的冷却步骤中，优选通过使用強制冷却例如水冷却或鼓风冷却来増加冷却速率(例如，50°C /min以上)，因为可以抑制粗析出物的析出。通过进行上面描述的溶体处理，Al可以被充分固溶在镁合金中。(压延步骤)当压延所述溶体处理的片材时，通过加热所述原材料(溶体处理的片材或在最后的压延之前受到压延的片材)，可以提高塑性成形性(压延成形性)。因此，进行温轧至少一程。特别是，当所述原材料被加热到超过300°C时，塑性成形性充分増加，因此容易进行压延。然而如上所述，由于金属互化物(析出物)的过度形成和粗大化，降低了耐冲击性和耐腐蚀性，引起原材料烧蚀，并且在压延之后得到的片材的机械性能由于原材料晶粒的粗大化而降低。因此，在压延步骤中原材料的加热温度被设置在300°C以下。加热温度优选在1500C以上并且280°C以下。通过多次进行压延(多程)，达到需要的片材厚度(例如O. 6至3. 0mm)，原材料的平均结晶粒度(例如ΙΟμπι以下并优选5μπι以下)降低，并且改善了塑性
成形性例如压延成形性或压制成形性。压延可以在公众已知的条件下进行。例如，轧缩辊也可以也可以与所述原材料一起被加热。所述压延也可以与专利文献I中公开的受控压延相结合。当在最后压延等时中进行低压缩比压延时，可以使用冷轧。此外，如果压延期间适当地使用润滑剂的话，可以降低压延期间的摩擦阻カ并且可以防止原材料烧蚀。因此，压延容易进行。在进行多程压延的情况下，可以在程之间进行中间热处理，只要原材料被保持在150°C至300°C温度范围内的时间被归入总时间即可。通过进行中间热处理，可以消除或减少在所述中间热处理之前通过塑性成形(主要是压延)被引入原材料的应变、残余应カ、聚集结构等。结果，在中间热处理之后的压延中防止了所不希望的开裂、应变和变形，并且压延被进行得更流畅。在进行中间热处理的情况下，原材料的加热温度是300°C以下并优选250°C以上并且280°C以下。(整平步骤)可以如专利文献I所公开，将在压延步骤中产生的压延板进行最終的热处理(最终退火)。然而，优选如上所述没有最終的热处理或在最終的热处理之后进行整平，因为这提高了塑性成形性例如压制成形性。整平的例子是使用包含多个以交错的方式排列的辊的辊式整平机，并通过将压延片材加热至100°C至300°C并优选150°C以上且280°C以下来进行温轧，所述辊式整平机公开在W0/2009/001516中。当已经经受过这样的温整平的整平片材进行塑性成形例如压制成形时，在塑性成形期间发生动态再结晶，因此提高了塑性成形性。温整平步骤中在上述温度范围内的保持时间取决于进行温整平的原材料的厚度。如果原材料的厚度小，保持时间可以被极度缩短至约几分钟或小于一分钟。当进行最终热处理时，可以消除在压延中产生的应变。最終热处理可以在原材料的加热温度是100°c以上且300°C以下并且加热时间是5分钟以上且60分钟以下的条件下进行。加热温度可以如专利文献I所公开，设置在300°C至340°C。然而，加热温度増加吋，加热时间需要缩短，以便尽可能地抑制金属互化物的生长。在这种情况下，希望加热时间小于30分钟。(原材料保持在特定温度范围内的总时间)
如上所述，在金属互化物容易形成或生长的温度范围内(150°C至300°C)的保持时间被控制在预定范围内，从而可以形成金属互化物的细粒以预定量分散在其中的微观结构。如果原材料保持在150°C至300°C温度范围内的总时间小于O. 5小时，则金属互化物没有充分地析出。如果总时间超过12小时或原材料在超过300°C下压延，则形成其中存在平均粒度为Iym以上的金属互化物粗粒的微观结构、或其中金属互化物过度存在例如超过11面积％的微观结构。优选，例如，控制压延步骤中每程的压缩比、压延步骤的总压缩比、中间和最終热处理的条件和整平的条件，使得温度范围在150°C以上且280°C以下，总时间在ー小时以上且六小时以下。随着铝含量増加，金属互化物容易析出。因此，优选根据Al的含量调整所述总时间。(压制步骤)通过对压延片材进行塑性成形例如压制成形，通过对压延片材进行最終热处理得到热处理片材，通过对压延片材进行整平得到整平片材，或通过对压延片材、热处理片材和 整平片材之一进行磨光(优选湿法磨光)得到磨光片材，产生本发明的耐冲击构件(成形构件)。当塑性成形为在200°C以上且300°C以下的温成形时，原材料的塑性成形性提高并且容易进行所述塑性成形。原材料在这种塑性成形中保持在200°C至300°C的时间非常短。例如，取决于所进行的压制成形，该时间有时在60秒以内。因此，在这种压制步骤中，认为基本上不会发生上述问题，例如金属互化物的粗大化。通过在塑性成形之后进行热处理，可以消除由塑性成形引入的应变和残余应カ并且可以改善机械性能。在这种热处理中，加热温度是100°C至300°C，加热时间大约是5分钟至60分钟。注意，同样在这种热处理中，希望将原材料保持在150°C至300°C温度范围内的时间包含在总时间中。另外，可以在塑性成形之后进行抗腐蚀处理。如上所述，还可以形成涂层以提高耐腐蚀性、提供机械保护和改善设计(商业价值)。(原材料的形态)在制造如上所述的成形构件的本发明耐冲击构件中，当卷材被用作原材料时，所述原材料可以被连续提供至压制成形设备。这样允许大量生产并因此エ业意义高。所述卷材可以例如如下制造将通过如上所述的连续浇铸法连续制造的长浇铸片材卷起来以产生浇铸卷材，将所述浇铸卷材进行溶体处理(分批法或连续法)，进行开卷，进行压延和整平，和进行卷绕。在浇铸卷材的制造中，卷绕浇铸材料，同时将所述浇铸材料的卷绕起始部分加热到例如150°C以上，从而即使盘卷直径小也可以卷绕所述浇铸材料而不形成裂纹。在盘卷直径大的情况下，所述浇铸材料可以通过冷卷法卷绕。现在将基于试验实施例描述本发明的具体实施方式
。[试验实施例]研究各种金属片材的耐冲击性和微观结构。在这个试验中，准备了由镁合金构成并通过下面方法制造的片材(I号样品)，供比较的市售铝合金片材(5052，100号样品，厚度0. 6mm)、市售不锈钢板(SUS304,110号样品，厚度0. 6mm)、市售煅制片材(AZ31合金，120号样品，厚度0. 6mm)和市售浇铸片材(AZ91合金)。将浇铸片材(AZ91合金)在与如下所述的I号样品相同的磨光条件下进行湿法磨光，以产生磨光片材。该磨光片材(厚度0. 6mm)被称为130号样品。如下制造I号样品的片材。使用由与AZ91合金相同组成(9. 0%Α1_1. 0%Ζη_0. 15%至O. 5%Mn (质量％)，余量Mg)的镁合金构成的熔融金属，通过双辊连续浇铸法制成长浇铸片材(厚度4mm)，将其卷绕以产生浇铸卷材。将该浇铸卷材插入间歇式炉以在400°C进行溶体处理24小吋。将溶体处理的卷材开卷。将开卷的片材在如下条件下进行多程压延，然后卷绕以产生厚度为约O. 6mm的压延卷材。(压延条件)压缩比5至40%/程原材料的加热温度250°C至280°C
辊温度100°C至 250°C将压延的卷材开卷，将原材料片材在加热到200°C时进行温整平，并卷绕以产生整平的卷材。使用辊式整平机进行所述温整平，所述辊式整平机配备有可以加热原材料片材(压延片材)的加热炉和包含多个能连续地使加热的原材料片材进行弯曲(应变)的辊的辊装置。所述辊装置包含多个以交错方式排列以致相互在垂直方向上对向的辊。在所述辊式整平机中，所述原材料片材在加热炉中加热时被转移到辊装置，并在原材料片材每次通过以垂直方向排列的辊之间的部分吋，使得所述原材料片材弯曲。将整平的卷材开卷，使用#600磨光带对原材料(整平片材)的表面进行湿的带式磨光以使所述表面平滑。卷绕所述原材料以产生磨光的卷材(厚度0. 6mm)。所述磨光的卷材被称为I号样品。在I号样品制造过程中，溶体处理步骤之后，原材料保持在150°C至300°C温度范围内的总时间是O. 5至12小时，并且原材料没有被加热到超过300°C。<耐冲击性>[凹痕试验]从制备的姆种片材制造厚度为O. 6mm、长度I为IOOmm且宽度w为70mm的长方形试验板片。进行下列耐冲击试验以评价耐冲击性。通过将每种片材切割成小的长方形片，来制备试验板片。在板片的两个端部制作用于固定的孔。将试验板片放在一对分开布置的支撑台上(距离W 76mm),使其充当支撑台之间的桥梁。将螺栓旋入每个孔以将试验板片固定在支撑台上。因此，所述试验板片是通过其两个端部保持在支撑台上。在这种状态下，使铁球(质量225g，直径D :38mm)以垂直方向从试验板片表面上方自由落下，以击中试验板片的中央部分。使铁球自由落下的位置与试验板片的表面之间的距离被定义为下落高度H。測量不会导致在试验板片上产生凹痕的下落高度H。结果显示在表I中。通过目测证实有无凹痕。[表 I]
样品号下落高度(mm)
100A5052IlOmm
110SUS304325mm120"I AZ31I 215mm
130AZ91 (浇铸片材)340mm
IAZ91360mm从表I清楚看出，在耐冲击试验中，使用由高Al含量的镁合金构成的压延卷材(压延片材)制备试验板片的I号样品的下落高度大于使用不锈钢板制备试验板片的110号样品。虽然I号样品和130号样品具有相同的组成，但I号样品的下落高度大于使用浇铸片材制备试验板片的130号样品的下落高度。从上面的结果发现，即使将冲击施加到一定程度，I号样品也没有出现凹痕，因此具有高的耐冲击性。
[断裂试验]制备图I (II)显示的试验板片10并进行断裂试验。具体地，试验板片10具有厚度为O. 6mm、长度I为IOOmm且宽度w为70mm的长方形形状。在长边的姆个边缘11上,在中央部分形成纵向的半圆形切ロ 12 (直径7. 5mm)ο另外,在试验板片10的两个端部制作用于固定的孔13。如图I (I)中所示，将试验板片10放置在一对分开布置的支撑台21和22上(距离W :76mm)，使其充当所述支撑台21和22之间的桥梁。将螺栓23旋入每个孔13中以将试验板片10固定在支撑台21和22上。因此，所述试验板片10通过其两个端部保持在支撑台21和22上。在这种状态下，使铁球30 (质量225g，直径D :38mm)从试验板片10的表面上方以垂直方向自由下落，以击中试验板片10中形成半圆形切ロ 12的中央部分。測量由于铁球30的碰撞引起试验板片10断裂的下落高度H(使铁球30自由下落的位置与试验板片10的表面之间的距离)。結果，当下落高度H是900mm时，130号样品的试验板片断裂，但是I号样品的试验板片没有断裂。从上述结果清楚看出，I号样品具有高的耐冲击性。〈微观结构观察〉接着，观察所制备的镁合金片材的微观结构。任意获取I号样品磨光卷材和用于比较的130号样品磨光浇铸片材各自的表层区域(以片材厚度方向从片材的表面开始直至30%片材厚度的区域)的断面。用扫描电子显微镜(SEM)观察各断面以测量金属互化物的颗粒的平均粒度(μ m)、金属互化物的颗粒的总面积百分比(％)、金属互化物的颗粒的数量(/ym2)和空腔的最大直径(μπι)。表II显示了所述結果。另外，測量金属互化物相邻颗粒之间的平均距离(μ m)和金属互化物的颗粒的圆形系数。表II也显示了该結果。此外，对I号样品和130号样品进行盐腐蚀试验以測量试验中的腐蚀失重(μ g/cm2)。表II也显示了该結果。如下測量金属互化物的颗粒的平均粒度。对于每个样品在片材厚度方向上取五个断面(如上所述表层区域中的断面)，并从每个断面的观察图像任意取三个视野(在此，是尺寸为22. 7 μ mX 17 μ m的区域)。对于每个观察视野，測量单个观察视野中存在的每个颗粒的当量圆直径(面积等于所述颗粒面积的圆的直径)。将所述当量圆直径的总和除以单个观察视野中的颗粒数量((当量圆直径总和)/ (颗粒总数))得到的值被定义为所述观察视野中颗粒的平均粒度。表II显示了每种样品的15个观察视野中颗粒平均粒度的平均值。如下測量金属互化物的颗粒的总面积百分比。如上所述取观察视野。对于每个观察视野，測量在单个观察视野中存在的所有颗粒的面积来计算总面积。将所述总面积除以单个观察视野的面积(在此为385. 9 μ m2)((颗粒总面积)/ (观察视野的面积))得到的值定义为所述观察视野中颗粒的面积百分比。表II显示了每种样品15个观察视野中颗粒的面积百分比的平均值。如下測量金属互化物的颗粒的数量。如上所述取观察视野。对于每个观察视野，測量单个观察视野的颗粒总数。将所述总数除以单个观察视野的面积(在此为385. 9 μ m2)((颗粒总数)/ (观察视野的面积))得到的值定义为所述观察视野中颗粒的数量。表II显示了每种样品15个观察视野中颗粒数量的平均值。如下測量金属互化物颗粒之间的平均距离。如上所述取观察视野。对于每个观察视野，从单个观察视野中存在的所有颗粒的总面积和总数确定单个颗粒的平均面积((颗粒总面积)/ (颗粒总数))。将所有颗粒的总面积除以所述平均面积得到的值定义为所述观察视野中颗粒的数量。通过将观察视野中的颗粒数量除以所述观察视野的面积(在此为 385. 9 μ m2)，来确定每単位面积的颗粒数量。每单位面积的颗粒数量的平方根被定义为每单位距离的颗粒数量。每单位距离的颗粒数量的倒数被定义为所述观察视野中颗粒之间的平均距离。表II显示了每种样品的15个观察视野中颗粒之间平均距离的平均值。如下測量金属互化物颗粒的圆形系数。如上所述取观察视野。对于每个观察视野，測量单个观察视野中存在的每个颗粒的面积和周长。由下式计算每个颗粒的圆形系数圆形系数=4 π X面积/ (周长)2。所有颗粒的圆形系数的平均值被定义为所述观察视野中颗粒的圆形系数。表II显示了每种样品的15个观察视野中颗粒的圆形系数的平均值。如下測量空腔的最大直径。如上所述取观察视野。对于每个观察视野，通过目测证实单个观察视野中的空腔。当存在空腔时，測定每个空腔的最大直径(连接空腔中任何两点的最长线段的长度)。最大直径当中的最大值被定义为所述观察视野中空腔的最大直径。表II显示了每个样品的15个观察视野中空腔的最大直径的平均值。通过使用市售的图象处理设备，可以容易地计算关于金属互化物颗粒的參数，例如平均粒度和空腔的最大直径。使用EDS (能量色散X-射线谱仪)测量颗粒的组成，发现所述颗粒构成了含有Al和Mg的金属互化物，例如Mg17Al12或Al (Mn Fe)。金属互化物的存在还可以通过利用X-射线衍射等测量组成和结构来确定。通过对样品的断面进行EDS分析等，可以测量镁合金片材表面上存在的物质的组成。在I号样品和130号样品中，证实了在由镁合金构成的每种片材的表面上有氧化膜，并且所述氧化膜主要由氧化镁形成。I号样品的氧化膜具有均匀的厚度。通过按照盐腐蚀试验以JIS H 8502 (1999)标准进行盐喷雾试验，来测量腐蚀失重。用于腐蚀试验的试验板片使用如上所述磨光的片材另行制备。測量试验板片的质量(初始值)之后，遮盖所述试验板片不需要的部分，使得所述试验板片暴露具有预定尺寸的试验表面。将遮盖的试验板片插入腐蚀试验设备中，并以相对于设备底部倾斜预定的角度放置(在此设备底部与试验板片之间的角度是70°至80° )。将试验板片保持预定时间(在此是96小吋)，同时将试验液(5质量％的NaCl水溶液，温度35±2° )喷雾在所述试验板片上。预定时间过后，将试验板片从腐蚀试验设备取出并除去遮盖。然后,将试验板片上产生的腐蚀产物依照JIS Z 2371 (2000)的參考表I中描述的方法利用铬酸溶解。测量除去腐蚀产物之后试验板片的质量。将所述质量与初始值之差除以试验板片的试验表面的面积得到的值定义为腐蚀失重(μ g/cm2)O[表II]
权利要求
1.ー种耐冲击构件，其包含 镁合金，所述镁合金含有大于7. 3质量％并且等于或小于12质量％的Al含量， 其中，当通过进行下述的耐冲击试验来测量时，不会导致产生凹痕的下落高度超过340mm， 所述耐冲击试验是指 利用所述耐冲击构件来制备厚度为O. 6mm、长度为IOOmm且宽度为70mm的试验板片；在所述试验板片的两个端部被固定的状态下，使质量为225g的铁球朝所述试验板片的中央部分自由下落；以及，当假定所述铁球开始自由下落的位置与所述试验板片之间的距离是下落高度(mm)时，測量所述铁球不会导致在所述试验板片上产生凹痕的下落高度。
2.根据权利要求I所述的耐冲击构件，其中， 在所述镁合金中分散有金属互化物的颗粒，所述金属互化物含有Al和Mg中的至少ー种； 所述金属互化物的颗粒的平均粒度是O. 5m以下；并且 在所述耐冲击构件的断面中，所述金属互化物的颗粒的总面积百分比大于0%并且等于或小于11°/。。
3.根据权利要求2所述的耐冲击构件，其中， 在所述耐冲击构件的断面中，所述金属互化物的颗粒的数量为等于或者大于O. l/m2。
4.根据权利要求I至3中的任ー项所述的耐冲击构件，其中， 所述耐冲击构件是将由所述镁合金构成的片材进行塑性成形而形成的成形构件，并且所述耐冲击构件具有未受过拉延的平坦部分；并且从所述平坦部分来切割出所述试验板片。
5.根据权利要求I至4中的任ー项所述的耐冲击构件，其中， 在所述耐冲击构件的断面中，空腔的最大直径等于或者小于5m。
6.根据权利要求I至5中的任ー项所述的耐冲击构件，其中， 所述镁合金含有8. 3质量％以上并且9. 5质量％以下的铝、以及O. 5质量％以上并且I.5质量％以下的Zn。
7.根据权利要求I至6中的任ー项所述的耐冲击构件，其中， 所述耐冲击构件是保险杠构件。
全文摘要
本发明公开了一种轻质、高强度并具有出色的冲击能吸收的耐冲击构件。所述耐冲击构件由镁合金构成，所述镁合金含有大于7.3质量%且等于或小于12质量%的Al。从所述耐冲击构件产生矩形形状的试验板片，使质量为225g的铁球(30)朝试验板片的中央自由下落，所述试验板片的状态是其两端保持在支撑基底(21，22)上，从铁球(30)下落的点到试验板片的距离被设为下落高度，并测量铁球(30)不会导致在试验板片上形成凹痕时的下落高度(H)，所述耐冲击构件具有340mm以上的下落高度(H)。通过这种方式，所述耐冲击构件不会导致形成凹痕的下落高度大，并且即使在受到冲击的情况下也不出现凹痕或不容易出现凹痕，因此提供了优异的耐冲击性。
文档编号C22C23/04GK102844453SQ20118001945
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月4日 优先权日2010年4月16日
发明者森宏治, 大石幸广, 奥田伸之, 沼野正祯 申请人:住友电气工业株式会社