[发明专利]用于锻造应用的镁基合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进型锻造镁合金。本发明的申请进一步涉及一种制造镁基合金板材产品的方法。本发明具有生产用于汽车应用和多种电子外壳的板材的特定应用。

背景技术

镁合金被视为是21世纪的多种先进材料之一。它们不仅重量轻（其中密度约是铝密度的三分之二），而且它们具有高比强度、刚度以及抗凹性、良好阻尼特征以及极佳可铸性的益处。它们对于电子、空间、以及防御应用特别有吸引力。

近年来，锻造镁合金板材在电子装置外壳和电池领域中的使用已经历了显著的增长。此外，美国汽车研究协会（United States Council for Automotive Research）已启动了表明锻造镁合金在汽车中的应用的多个研究项目。经指明的适于由锻造镁合金制造的产品包括：内板组件、盖罩、底盘部件以及保险杠加固件。

典型地，一定量的合金被生产成一种板材，该板材接着可以使用不同的板材产品成形技术进行整形以形成所希望的产品，这些技术包括：冲裁、弯曲、板材冲压、以及深拉（cup drawing）（深度拉伸）。在常规通过直接冷却（DC）板坯浇铸来生产镁合金板材的过程中，提供呈典型地截面为300mm×1m并且长度为2m到6m的板坯形式的镁合金。这些板坯首先被均质化或预热（例如对于AZ31是在480°C下）数小时，并且接着在可逆式热轧机上连续热轧直到减小到约5mm到6mm厚为止。在最终精轧机中减小约20%的各个道次之前，在340°C下再加热该板材金属。新型改进型的生产技术（像双辊浇铸（TRC））能够直接从厚度小于10mm的熔融金属来生产镁合金板材，从而消除了常规板材制造方法中所用的反复轧制、再加热以及不时的中间退火中的多项操作的需要。

具有密排六方（HCP）晶体结构的镁具有在室温下对于成功轧制而言可操作的非常有限的滑移系数目。因此，将250°C到450°C之间的温度用于轧制镁合金。尽管使用了一个宽范围的温度，但合金板材的制造商需要适于在适当低温下轧制的合金。

可广泛用于板材金属成形的锻造镁合金是称为AZ31B的合金。这种合金的按重量计算的标称组成是约三个百分比的铝、一个百分比的锌、受控并且有限量的杂质、以及余量的镁。限制锻造镁合金材料（例如AZ31B）的使用的常见问题是与现有商业生产技术有关的镁板材物料的原始成本，以及其与常规材料（例如铝）相比在相对较低的温度下降低的可成形性和可加工性。因此，有必要开发在较低温度下具有良好延展性、可成形性以及可加工性并且更适于商业用途的新型锻造镁合金。

已包括在本说明书中的对于多个文献、行为、材料、装置、物品等的任何讨论仅出于为本发明提供一个背景的目的。它不应被视为承认任何或所有这些内容构成现有技术基础的一部分或是与本发明有关的领域中的常见一般知识，因为它在本申请的各项权利要求的优先权日之前就存在。

贯穿本说明书，“包含（comprise）”一词或其变化形式（例如“包含了”或“包含着”）应被理解为意指包括所陈述的要素、完整的事物或步骤、或者多个要素、多个完整的事物或多个步骤的群组，但不排除任何其他要素、完整的事物或步骤、或者多个要素、多个完整的事物或多个步骤的群组。

概述

一些实施方案涉及一种用于诸多锻造应用的镁基合金，该镁基合金由以下各项组成：0.5重量%到4.0重量%的锌；0.02重量%到0.70重量%的稀土元素或其混合物；以及除了多种附带杂质之外，其余是镁。

该镁基合金可能包含：约1.0重量%到约4.0重量%的锌，任选地约1.0重量%到约3.0重量%的锌，任选地约1.0重量%到约2.5重量%的锌。

镁基合金可能包含0.10重量%到0.65重量%的稀土元素或其混合物。

稀土组分可能包含镧系稀土元素或钇。出于本说明书的目的，这些镧系元素包含具有以下原子序数的元素的组：包括57（镧）和71（镥）以及从57（镧）增加到71（镥）。这些元素之所以被称为镧系元素，是因为这一系列中的较轻元素在化学上类似于镧。严格来说，镧是第3族元素，并且La³⁺离子不具有f电子。然而，镧经常被包括在这些镧系元素化学性质的任何一般讨论中。因此，镧系稀土元素包含：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱以及镥。出于本发明的目的，钇将视为被术语“稀土元素”涵盖。

在一些实施方案中，稀土组分包含钆。在一些实施方案中，稀土组分包括钇。包含镧系稀土元素或钇的实施方案的优点在于它们在镁中的溶解度相对较高。