偏析最小化的在室温下具有优异成形性的不可热处理镁合金片的制作方法【专利摘要】本发明公开了一种不可热处理镁合金片，其包含：1重量%～3重量%的铝(Al)；0.5重量%～3重量%的锡(Sn)；和余量的镁，其中，所述镁合金片的由中心偏析和逆偏析造成的平均维氏硬度(Hv)的最大偏差为10Hv以下。所述不可热处理镁合金片能够通过控制合金成分而显著减少例如中心偏析或逆偏析等铸造缺陷，并且与常规的市售镁合金片相比具有优异的成形性。【专利说明】偏析最小化的在室温下具有优异成形性的不可热处理镁合金片【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种薄带连铸的镁合金片，更具体而言，涉及一种不可热处理(non-heat-treatable)镁合金片,其能够通过控制合金成分来显著减少例如中心偏析或逆偏析等铸造缺陷，并且能够利用轧制程序中形成的析出物来控制后续热处理程序中的晶粒生长，从而改进室温成形性。【
背景技术：
】[0002]镁合金是一种具有低比重、高比强度和高刚性的结构材料用合金，其近来已越来越多地用作例如手机和笔记本电脑等轻质便携的电子设备用材料，或者用作汽车材料以提高燃料效率。但是，对于镁合金的研究一直限于铸造用零部件。特别是，对于提高用于汽车引擎或传动装置的镁合金的高温物理性质的研究已引起相当大的关注，而对于可用于更广泛的领域中的加工用镁合金(例如镁合金片)的研究却未充分进行。[0003]近来，为了广泛应用镁合金，对加工用镁合金产品的需求已经提高，因而许多研究机构已对加工用镁合金进行了研究。特别是，在镁合金产品中，通过双辊薄带连铸制造的镁合金片可应用于多种领域，因此对于镁合金片的研究已广泛进行，而且镁合金片现在可商购获得。[0004]然而，根据近来镁合金的发展趋势，由于添加了多种类型的合金元素或者使用了昂贵的稀土元素来开发高强度和高成型性的镁合金，因此降低了价格竞争力。因此，迄今为止，通过双辊薄带连铸制造的唯一的镁合金片为AZ31合金片，此AZ31合金片具有常用于工业市场的机械性质。[0005]同时，考虑到具有200MPa以下屈服强度(机械强度)的铝合金片被广泛地用于汽车工业和其他外部材料产业中，迫切地需要开发出一种用于双辊薄带连铸的不可热处理镁合金，以使镁合金片迅速地商业化并提高其价格竞争力。【
发明内容】[0006]综上所述，设计了本发明来解决用于双辊薄带连铸的常规镁合金的问题，例如铸造缺陷、机械强度低和室温成形性差等问题，并且本发明的目的在于提供一种不可热处理镁合金片，其能够通过调整镁合金的组成而减少例如偏析等铸造缺陷，并且能够通过控制镁合金的显微结构而获得适当的机械强度和良好的室温成形性，而不包含昂贵的稀土元素。[0007]为实现上述目的，本发明的一方面提供一种不可热处理镁合金片，其包含:1重量％~3重量％的铝(Al)；0.5重量％~3重量％的锡(Sn);和余量的镁，其中，所述镁合金品片的由中心偏析和逆偏析造成的平均维氏硬度(Hv)最大偏差为IOHv以下。[0008]该镁合金片可以通过双辊薄带连铸而形成，并可以具有Mg2Sn第二相的显微结构。[0009]在所述镁合金片中，Mg2Sn第二相的体积比例可以是5%以下。[0010]所述镁合金片的屈服强度可以是200MPa以上，且其极限拱顶高度(limitdomeheight,LDH)可以是5mm以上、优选6mm以上。[0011]在所述镁合金片中，相对于母粒呈85°~90°角倾斜的拉伸孪晶的体积比例可以为5%以上。【专利附图】【附图说明】[0012]通过下文的详细描述并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征及优点将会得到更加清楚的理解，附图中:[0013]图1是显示制造本发明的镁合金片的双辊薄带连铸设备的示意图；[0014]图2是显示本发明的镁合金片和市售的AZ31合金片的厚度方向硬度分布的图，这些合金片各自分为五等份；[0015]图3是显示本发明的镁合金片和市售的AZ31合金片的铸造结构截面的组成分布的照片，其利用EPMA(电子探针X射线显微分析)获得；[0016]图4是显示本发明的镁合金片的X射线衍射测试结果的图；[0017]图5是显示评价本发明的镁合金片的极限拱顶高度(LDH)的方法的示意图；[0018]图6是显示本发明的镁合金片(a)和市售的AZ31合金片(b)在LDH测试之后的形状的照片；[0019]图7是显示供分析LDH测试后的样品的截面的图；和[0020]图8是显示本发明的镁合金片(a)和市售的AZ31合金片(b)的晶粒变化的图。【具体实施方式】[0021]本说明书中所使用的所有术语均仅用于说明实施方式，而不意在限制本发明。本说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数的指代物，除非上下文中明确了另有所指。除非上下文清楚地另有需要，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和“包含”等应以包括性含义而非排他性或穷举性含义来解读，也就是说，应以“包括但不限于”的意思来解读。[0022]本说明书和权利要求书中所使用的术语和词语不应解释为限于常用的含义或字典的定义，而应当基于下述原则将其解释为具有与本发明的技术范围有关的含义和概念，根据所述原则，发明人可以适当地定义该术语的概念以描述他或她所知的用于实施本发明的最佳方法。[0023]下面将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。以上对于本发明的实施方式的详细描述并不意在穷举或者使本发明限于上文公开的精确形式。上文描述本发明的【具体实施方式】和实施例是出于说明性的目的，如本领域技术人员将认识到的，可以在本发明范围内进行各种等价修改。[0024]本发明提供一种不可热处理镁合金片，其包含:1重量％~3重量％的铝(Al)；0.5重量％~3重量％的锡(Sn);和余量的镁，其中，所述镁合金片的由中心偏析和逆偏析造成的平均维氏硬度(Hv)最大偏差为IOHv以下。[0025]在片材铸造工艺中，铸造材料的固化范围影响铸造材料的偏析及其程度。当在电镀铸造过程中熔融金属在通过棍的缩退距离(thesetbackdistance)区的同时固化时，因片材受到两个辊的挤压，片材中共存的液体区被从中心挤向表面，从而在其表面上形成具有高组成密度的偏析带。这一现象被称作“逆偏析”。特别是，在具有长固化范围的合金的情形中，会严重发生这种逆偏析。在具有相对窄的固化范围的铝合金的情形中，与具有长固化范围的镁合金的情形相比，逆偏析不容易发生。此外，即使在镁合金的情形中，偏析程度也视合金元素的种类而变。由于这种偏析，难以控制铸造材料的显微结构，铸造材料必须在高温下均化很长的时期，铸造材料的机械性质变差，并且铸造材料的表面处理很困难。[0026]为解决以上的偏析问题，本发明人已经将用于双辊薄带连铸的镁合金的固化范围调整至使其不具有导致劣化的机械性质的范围内。如本发明的镁合金那样，包含I重量％~3重量％的铝(Al)、0.5重量％~3重量％的锡(Sn)和余量的镁的合金在用FactsageV6.2计算出的平衡图中具有30K~50K的固化范围。该固化范围相当于AZ31的固化范围(80K~90K)的一半，AZ31是常规的双辊薄带连铸用合金。因此，本发明的镁合金具有50K以下的固化范围，这与铝合金的相似，因此显著减少了逆偏析。[0027]偏析程度可以利用合金组成的分布来评价。在具有长固化范围的合金的情形中，中心偏析和逆偏析得到高度发展，因此，在铸造结构中，合金组成的分布在片材的中心和边缘处致密显现。本发明的镁合金的组成在厚度方向上的偏差没有变大。市售的薄带连铸的AZ31片在组成上的平均偏差为30%~50%，而本发明的镁合金在组成上的偏差为10%以下。[0028]同时，一般而言，当铸造材料的组成差异较大时，其硬度变得局部不均一。因此，当由高浓度的逆偏析或中心偏析区和共晶相组成的第二相聚集在一起时，它们具有更高的硬度。因此，偏析程度能够以数字表示，并且本发明的镁合金片的平均维氏硬度(Hv)在其厚度方向上的最大偏差可以为IOHv以下。[0029]此外，由于Mg2Sn第二相的形成，本发明的镁合金片与常规的市售AZ31相比，表现出优异的机械性质。对于不可热处理合金，不采用用来控制析出物的热处理工艺，因此增强合金机械强度的机制受到了限制。在本发明的镁合金片中，Mg2Sn第二相的体积比例为5%以下，其系利用imageproplus6.0程序测量光学图像而获得。[0030]特别是，对于具有低合金元`素含量的AZ31，仅热-机械处理(例如热轧)可以用作增强机械强度的机制。在此情形中，在轧制之后，由于晶粒生长和内应力，AZ31的机械强度随着退火时间的流逝而迅速降低，并且这一现象随着退火温度的升高而变得显著。[0031]本发明的镁合金中第二相的体积比例在铸造后的均化过程中大大降低。但是，在轧制过程中第二相随着动态析出而再次分布在其微结构中，并且第二相的分布控制着退火过程中的晶粒生长，由此防止了镁合金的机械强度迅速降低。[0032]将镁合金的组成比例限制在以上范围内的原因如下。当Al的量小于I重量％时，提高流动性的效果和增强强度的效果不足，而当该量大于3重量％时，熔融的镁合金的固化范围增大，因此，控制偏析的效果不足。[0033]此外，当Sn的量小于0.5重量％时，镁合金中Mg2Sn第二相的体积比例较低，对于改进镁合金机械性质的贡献不足，而当该量大于3重量％时，均化处理温度和时间会增加，并且轧制过程中形成的第二相局部地大量分布在铝合金中，由此对改进成形性和伸长率产生了负面影响。[0034]通常，镁在室温下的成形性因缺乏滑移系而较差，因此，将孪晶用作代替滑移系的形变因素是很重要的。[0035]与常规的AZ31合金相比，本发明的镁合金片表现出优异的室温形成性，因为拉伸孪晶相对于母粒呈85°~90°角倾斜。[0036]下面将参照以下实施例更详细地描述本发明。[0037]镁合金片的制造[0038]首先，在CO2和SF6的混合气体气氛下，使用图1所示的双辊薄带连铸设备的炉10熔融纯Mg(99.9%)、纯Al(99.9%)和纯Sn(99.9%)，以制备熔融金属，然后使用喷嘴20将该熔融金属注入两个冷却辊30之间，以制造镁合金片。在此情形中，将两个冷却辊之间的距离保持为约2mm，在注入熔融金属时将两个冷却辊的转速保持为约4m/分钟，并且使熔融金属的冷却速率保持在200K/s~300K/s，由此获得长约5m、宽约70mm且厚约2mm的镁合金片。[0039]然后，为评价所获得的镁合金片在其固化范围内的偏析程度，进行了EPMA(电子探针X射线显微分析)和硬度测量。[0040]图2显示的是由POSCOCorporation制造的薄带连铸的AZ31片(比较例)和AT33镁合金片(实施例2)的厚度方向硬度分布，其中，将长50cm的样品分别分为五等份，获得长IOcm的样品，然后测量各样品在其厚度方向上的硬度，并且其中，在负载为100gf并且保持时间为5秒的条件下测量其维氏硬度。[0041]如图2所示，可以确定AZ31片在其中心和表面处局部地表现出高硬度，因此其硬度是完全不均一的。相比之下，可以看到，AT33片(实施例2)因偏析而部分地显示出一定程度的硬度偏差，但是总体而言，其硬度(Hv)的平均偏差为IOHv以下，而AZ31显示的平均硬度偏差为IOHv~20Hv。因此，可以确定，AT33片的总体硬度分布较AZ31片的更为均一。[0042]此外，由图3所示的EPMA分析结果可以确定，与AZ31片相比，AT31片(实施例1)的中心偏析和逆偏析的程度显著降低。此外，由AT31片和AZ31片的组成分布的标测结果可以确定，AZ31片的组成的浓度在其中心和表面附近增加，而AT31片的组成的浓度几乎未随其厚度改变。因此，可以确定，当对具有较窄固化范围的合金进行薄带连铸时，其中心偏析和逆偏析的程度大大降低。[0043]热-机械处理[0044]对如上制造的片材进行如下热处理。首先，在400°C下溶液处理该片材3小时。接下来，将经溶液处理的片材预热至200°C，然后使用加热至200°C的辊进行热轧。[0045]在热轧过程中，以每次热轧时10%的压下率(reductionratio)将该预热的片材热轧5次，直至最终压下率为50%，由此最终获得厚度为1mm~0.7mm的片材。[0046]对机械性质的评价[0047]如下表1中所示将上述薄带连铸并热处理的镁合金片退火，然后评价其机械性质和成形性。[0048]为评价该镁合金片的拉伸特性，制造了长12.6mm、宽5mm且厚Imm的样品,然后在形变速率为6.4XIO-V1下测试该样品的拉伸特性。[0049]此外，为评价该镁合金片的成形性，进行了极限拱顶高度(LDH)测试。图2是显示评价本发明的实施方式的镁合金片的极限拱顶高度(LDH)的方法的示意图。在极限拱顶高度(LDH)测试中，制造了直径为50mm且厚度为0.7mm的盘状样品，将其插入上下模之间，然后用5kN的力将其固定于二者之间，并使用公知的压型油(pressoil)作为润滑油。接下来，使用直径为27.5mm的球形冲头以0.1mm/秒的形变速率使固定的盘状样品变形，直至该盘状样品因冲头的移动而破裂，然后测量此时盘状样品的变形高度。[0050][表1][0051]【权利要求】1.一种不可热处理镁合金片，所述不可热处理镁合金片包含:I重量％~3重量％的铝(Al)；0.5重量％~3重量％的锡(Sn);和余量的镁，其中，所述不可热处理镁合金片的由中心偏析和逆偏析造成的平均维氏硬度(Hv)最大偏差为IOHv以下。2.如权利要求1所述的不可热处理镁合金片，其中，所述镁合金片通过双辊薄带连铸而形成，并具有Mg2Sn第二相的显微结构。3.如权利要求2所述的不可热处理镁合金片，其中，所述Mg2Sn第二相的体积比例为5%以下。4.如权利要求1~3中任一项所述的不可热处理镁合金片，其中，所述镁合金片的屈服强度为200MPa以上，且极限拱顶高度(LDH)为5mm以上。5.如权利要求1~3中任一项所述的不可热处理镁合金片，其中，所述镁合金片的屈服强度为200MPa以上，且极限拱顶高度(LDH)为6mm以上。6.如权利要求1~3中任一项所述的不可热处理镁合金片，其中，相对于母粒呈85°~90°角倾斜的拉伸孪晶的体积比例为5%以上。【文档编号】C22C23/02GK103781928SQ201280040577【公开日】2014年5月7日申请日期:2012年10月15日优先权日:2011年10月20日【发明者】金洛俊,沈明植,徐秉灿,裴俊皓,金东郁申请人:浦项工科大学校产学协力团