DE60308023T2

DE60308023T2 - Magnesiumlegierungsplatte und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE60308023T2
Application number: DE60308023T
Authority: DE
Inventors: Sumitomo SHIMIZU (SEI) Steel Wire Corp., Kenichi, Itami-shi; Itami Works of Sumitomo Electric Ind N. Itami-shi KAWABE; Sumitomo KISHIMOTO (SEI) Steel Wire Corp., Akira, Itami-shi
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-07-05
Also published as: KR20050003344A; TW200401038A; EP1510265A1; US8062439B2; NO20040493L; EP1510265A4; AU2003242003A1; TWI303280B; JP2004060048A; EP1510265B1; JP3558628B2; KR20100087783A; DE60308023D1; CN1275710C; KR101051253B1; US20050067068A1; WO2003103868A1; KR101006303B1; AU2003242003B2; KR101051194B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnesiumlegierungsblech und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Magnesiumlegierungsblech mit einer hohen Biegbarkeit, das für Anwendungen benutzt wird, die Kaltverarbeitung oder Warmumformen, enthaltend Pressformen, Tiefziehen und Biegen, erfordern.
Bis jetzt wurden mehrere mit Magnesiumlegierungen verbundene Methoden durch den Stand der Technik offenbart, enthaltend beispielsweise die japanischen vorläufigen Patentveröffentlichungen JP A H02-57657, JP A H02-57658, JP A H06-81089, JP A H06-293944 JP A H07-188826, JP A 2001-200349, JP A 2001-294966 und JP A 2002-121657.
Diese Methoden gemäß dem Stand der Technik weisen jedoch bei der Verarbeitung von Magnesiumlegierungen ein sehr schwieriges Problem auf, wie nachfolgend detaillierter beschrieben.

(1) Da Magnesium als eine einzelne Substanz oder dessen Legierung eine dicht gepackte hexagonale Kristallstruktur annimmt, stellt es nicht hinreichende Schiebesysteme bereit, die für die plastische Verarbeitung erforderlich sind und insbesondere ist seine warme Umformbarkeit bei einer Temperatur von 200°C oder weniger bemerkenswert niedrig. Beim Herstellen eines geformten Produkts durch Pressformen eines Magnesiumlegierungsblechs ist solche eine niedrige Warmumformbarkeit der Magnesiumlegierung deshalb ein Hauptfaktor gewesen, der die Verarbeitungsproduktivität bemerkenswert verringert hat.

Zum Pressformen eines Magnesiumlegierungsblechs ist es erforderlich, ein Gesenk und die damit verbundenen Teile, die zum Pressen erforderlich sind, bei ungefähr 200°C oder höheren Temperaturen zu erwärmen, weil bei herkömmlichen Temperaturen Risse oder andere Defekte auftreten, die die Verarbeitung sehr schwierig machen. Als ein Ergebnis erfordert das bekannte Verfahren zwangsläufig Energie und Ausrüstung zum Erwärmen des Gesenks.
Auch wenn das Warmumformen durch Erhöhen der Gesenktemperatur über die normale durchgeführt wird, ist es schwierig, das Dehnungsverhältnis (Verarbeitungsgeschwindigkeit) jenseits einer bestimmten Grenze aufgrund von Oberflächenrissen und anderen Defekten, die unter solchen Bedingungen auftreten, zu erhöhen, und somit war es bis jetzt erforderlich, ein Dehnungsverhältnis zu nutzen, welches geringer als ein bestimmtes Niveau ist.

(2) Magnesiumlegierungsbleche gemäß dem Stand der Technik neigen dazu, eine Minderwertigkeit betreffend der Biegbarkeit aufzuweisen, die am meisten deren Pressformbarkeit oder Kalt/Warmpressformbarkeit beeinflusst.

Unter den durch Walzen erhaltenen, bearbeiteten Magnesiumlegierungen werden die Legierungen, die zu ASTM AZ31, AZ61 und ähnliche Typen gehören, als Materialien mit der größten Vielseitigkeit benutzt. Obwohl Aluminium oder andere in solchen Magnesiumlegierungen enthaltenen Elemente deren Festigkeit bis zu einem gewissen Maße verbessern, wird deren Duktilität und Zähigkeit dadurch nachteilig beeinflusst. Allgemein gilt für metallische Materialien, dass, wenn die Festigkeit sich erhöht, deren Querschnittsverringerung (Bereichsverkleinerung), Dehnung, Biegbarkeit oder Tiefziehbarkeit, welche Faktoren zum Bezeichnen deren Duktilität und Zähigkeit sind, verringert werden.
Obwohl die Festigkeit und Zähigkeit durch Hinzufügen von Legierungselementen (oder Beimischungen), wie beispielsweise Strontium und Seltenerdmetalle erhöht werden kann, führt dies zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. Insbesondere kann jede extra Hinzufügung von Legierungselementen ein Problem der Nichtbeseitigung beim Wiederverwerten auslösen, das von nun an gesellschaftlich oder industriell gefördert werden sollte, wodurch ein Faktor entsteht, der das Wiederverwerten verhindert.

(3) Obwohl es generell möglich ist, eine Verbesserung der Zähigkeit von Magnesiumlegierungen durch genaues Kontrollieren derer Körner zu erwarten ist, ist solche eine Korngrößenverfeinerung begrenzt und die Biegbarkeit, welche für die Pressformbarkeit am wichtigsten ist, wird oberhalb eines gewissen Niveaus durch solche Mittel, wie beispielsweise Korngrößenverfeinerung, nicht verbessert.

Demzufolge ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnesiumlegierungsblech bereit zu stellen, welches eine exzellente Biegbarkeit mit einer ausreichenden Festigkeit kombiniert, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Blechs.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe insbesondere durch Spezifizieren der chemischen Zusammensetzung und der Walzbedingungen von Magnesiumlegierungen oder Magnesiumlegierungsblechen erzielt.
Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs bereit, umfassend Walzen eines Magnesiumlegierungsblechs durch eine Reduzierwalze, die Legierung davon enthält 0,1–10,0 Masse-% an Al und 0,1–4,0 Masse-% an Zn, wobei das Magnesiumlegierungsblech zum Zeitpunkt unmittelbar vor dem Einleiten desselben in die Reduzierwalze eine Oberflächentemperatur von 100°C oder darunter hat und die Reduzierwalze eine Oberflächentemperatur im Bereich zwischen 100°C und 300°C hat.
Durch Walzen eines Magnesiumlegierungsblechs mit der oben beschriebenen chemischen Zusammensetzung während jeweils die Oberflächentemperatur des Magnesiumlegierungsblechs unmittelbar vor dem Einleiten desselben in die Reduzierwalze und die der Reduzierwalze innerhalb bestimmter Bereiche beibehalten werden, kann das resultierende Magnesiumlegierungsblech eine ausreichende Festigkeit und gleichzeitig eine exzellente Biegbarkeit haben. Das Magnesiumlegierungsblech kann insbesondere eine Zugfestigkeit von 250 N/mm² oder höher und eine Dehnung von 15% oder höher haben. Nachfolgend wird der Walzprozess oder das Verfahren, bei welchem das Blech zum Walzen bei einer Oberflächentemperatur von 100°C oder darunter unmittelbar vor dem Walzen desselben beibehalten wird und die Reduzierwalze bei ihrer Oberflächentemperatur in dem Bereich von 100°C bis 300°C erwärmt wird, wenn das Blech tatsächlich durch die Reduzierwalze gewalzt wird, „Nicht-Vorwärmwalzen" genannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden Magnesiumlegierungen oder deren chemische Zusammensetzungen unter Berücksichtigungen der Festigkeit und der Zähigkeit der resultierenden Bleche ausgewählt. Hinsichtlich Al und Zn neigt die Festigkeit oder die Zähigkeit eines Magnesiumlegierungsblechs dazu, sich zu verringern, wenn dessen Al- oder Zn-Anteil außerhalb von bestimmten Bereichen vorliegt. Für die vorliegende Erfindung sind Magnesiumlegierungen, welche den AZ-Typen gemäß dem ASTM-Code zugehören, beispielsweise bevorzugt. Bei dem AZ-Typ bezeichnet die AZ10 Magnesiumlegierungen enthaltend 1,0–1,5 Masse-% an AL, 0,2–0,6 Masse-% an Zn, 0,2 oder mehr Masse-% an Mn, 0,1 oder weniger Masse-% an Cu, 0,1 oder weniger Masse-% an Si und 0,4 oder weniger Masse-% an Ca. Der AZ21 bezeichnet Magnesiumlegierungen enthaltend 1,4–2,6 Masse-% an Al, 0,5–1,5 Masse-% an Zn, 0,15–0,35 Masse-% an Mn, 0,03 oder weniger Masse-% an Ni und 0,1 Masse-% oder weniger an Si. Der AZ31 bezeichnet Magnesiumlegierungen enthaltend 2,5–3,5 Masse-% an Al, 0,5–1,5 Masse-% an Zn, 0,15 Masse-% oder mehr an Mn, 0,10 oder weniger an Masse-% an Cu, 0,10 oder weniger Masse-% an Si und 0,04 oder weniger Masse-% an Ca. Der AZ61 bezeichnet Magnesiumlegierungen enthaltend 5,5–7,2 Masse-% an Al, 0,4–1,5 Masse-% an Zn, 0,15–0,35 Masse-% an Mn, 0,05 oder weniger Masse-% an Ni und 0,1 oder weniger Masse-% an Si. Der AZ91 bezeichnet Magnesiumlegierungen enthaltend 8,1–9,7 Masse-% an Al, 0,35–1,0 Masse-% an Zn, 0,13 oder mehr Masse-% an Mn, 0,1 oder weniger Masse-% an Cu, 0,03 oder weniger Masse-% an Ni und 0,5 oder weniger Masse-% an Si.
Obwohl die untere Grenze der Oberflächentemperatur des Magnesiumlegierungsblechs unmittelbar vor dem Einleiten desselben in die Reduzierwalze nicht besonders beschränkt ist, werden herkömmliche Temperaturen, welche weder erwärmen noch abkühlen erfordern, im Hinblick auf die Verbesserung der Energieeffizienz bevorzugt.
Andererseits können Reduzierwalzentemperaturen unterhalb 100°C Risse in dem Blech während des Walzens verursachen, wodurch es manchmal unmöglich wird, ein normales Walzen fortzusetzen. Wenn außerdem die Temperatur der Reduzierwalze 300°C überschreitet, erhöht sich die Temperatur des Blechs während des Walzens so sehr, dass die Wirkung der vorliegenden Erfindung zum Verbessern der Biegbarkeit nicht vollständig erzielt werden kann, außerdem wird es dadurch notwendig, eine große Erwärmungsvorrichtung für die Reduzierwalze bereitzustellen.
Generell wird der Walzprozess in einem Mehrfachdurchgangs-Walzsystem durch Verwendung einer Vielzahl von entlang der Fertigungsstraße angeordneten Reduzierwalzeinheiten durchgeführt. Es wird bevorzugt, dass wenigstens der letzte Durchgang der mehrfachen Walzdurchgänge in einem Nicht-Vorwärmwalzenmodus ausgeführt wird. Durch ausführen des letzten Durchgangs des Walzens gemäß einem Nicht-Vorwärmmodus, kann das resultierende Magnesiumlegierungsblech eine exzellente Biegbarkeit erhalten, unabhängig von den in den vorherigen Durchgängen angewandten Walzbedingungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es für den Walzprozess enthaltend einen oder mehrere Nicht-Vorwärmwalzschritte bevorzugt, dass die Gesamt-Walzreduzierung innerhalb des Bereichs von 5,0% bis 30,0% festgelegt wird. Der Grund hierfür ist, dass eine ausreichende Biegbarkeit mit einer Gesamt-Walzreduzierung von geringer als 5,0% nicht erzielt werden kann. Wenn dagegen die Gesamt-Walzreduzierung 30,0% überschreitet, wird das gewalzte Blech einer übermäßig hohen Spannung ausgesetzt, mit der hohen Wahrscheinlichkeit der Rissbildung.
Die Walzreduzierung für jeden Durchgang kann durch die folgende Formel bestimmt werden: {(Dicke vor jedem Walzdurchgang – Dicke nach jedem Walzdurchgang)/(Dicke vor jedem Walzdurchgang)} × 100
Die Gesamt-Walzreduzierung kann durch die folgende Formel bestimmt werden: {(Dicke vor Walzen – Dicke nach letztem Walzschritt)/(Dicke vor Walzen)} × 100
Für Nicht-Vorwärmwalzen ist die Walzgeschwindigkeit vorzugsweise 1,0 m/min. oder höher. Wenn die Walzgeschwindigkeit unterhalb dieser unteren Grenze ist, wird es schwierig einen einzigartigen vorteilhaften Effekt des Nicht-Vorwärmwalzens aufgrund des unnötig hohen Temperaturanstiegs in dem Blech während des Walzens und/oder irgendeine Veränderung der Verformungsmechanismen aufgrund der Verringerung der Umformgeschwindigkeit zu erzielen.
Es ist vorteilhaft, ein Schmiermittel für die Walzverarbeitung zu benutzen. Die Nutzung eines Schmiermittels ist zum geringfügigen Verbessern der Biegbarkeit des gewalzten Blechs ebenfalls wirksam. Hinsichtlich des Schmiermittels können die herkömmlich benutzten Walzöle eingesetzt werden. Für diese Schmierung ist es bevorzugt, das Schmiermittel an dem Magnesiumlegierungsblech, bevor es gewalzt wird, anzuwenden.
Gemäß der Erfindung ist es außerdem bevorzugt, dass das Magnesiumlegierungsblech, bevor es dem Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen wird, einer Lösungsbehandlung für wenigstens eine Stunde oder länger bei 350–450°C ausgesetzt wird. Diese Lösungsbehandlung erlaubt es dem Verfahren, irgendwelche Restspannungen oder Belastungen, induziert in dem Verfahrensschritt vor dem Walzen, zu beseitigen und das in solch einem vorangehenden Schritt erzeugt Gefüge zu verringern. Somit kann in einem nachfolgenden End-Walzschritt verhindert werden, dass unerwartete Rissbildung, Spannung oder Verformung des Magnesiumlegierungsblechs auftritt. Wenn die Temperatur der Lösungsbehandlung unterhalb 350°C ist oder wenn die Zeit kürzer als eine Stunde ist, dann kann die Restspannung vielleicht nicht ausreichend beseitigt werden oder das Gefüge kann nicht ausreichend durch die Behandlung verringert werden. Wenn die Lösungsbehandlungstemperatur 450°C überschreitet, wird ihre Effektivität zum Beseitigen der Restspannung oder Verringern des Gefüges gesättigt, was dazu führt, dass zusätzliche Energie während der Lösungsbehandlung verbraucht wird. Die obere Grenze der Lösungsbehandlungszeit ist um drei Stunden.
Außerdem wird bevorzugt, dass das Magnesiumlegierungsblech einer Wärmebehandlung bei 100–350°C nach dem Walzprozess unterworfen wird. Diese Wärmebehandlung ist zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften des gewalzten Blechs durch Beseitigen irgendwelcher darin durch Verarbeiten induzierter Restspannungen oder Belastungen wirksam. Die Wärmebehandlungszeit ist vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 5 Minuten bis 3 Stunden. Wenn die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb 100°C oder für eine Zeit kürzer als 5 Minuten durchgeführt wird, dann wird die Rekristallisation nicht ausreichend erzielt und die Spannung bleibt unbeseitigt. Wenn dagegen die Temperatur der Wärmebehandlung oberhalb 350°C oder wenn die Zeit länger als 3 Stunden ist, dann werden die Körner so grob oder übermäßig, dass das gewalzte Magnesiumlegierungsblech eine minderwertige Biegbarkeit hat.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Magnesiumlegierungsblech bereit, das 0,1–10,0 Masse-% an Al und 0,1–4,0 Masse-% an Zn enthält, wobei das Magnesiumlegierungsblech einen minimalen Biegemodul B von ungefähr 2 oder weniger hat, der durch die folgende Formel gegeben ist, wobei r ein minimaler Biegungsradius eines Stempels ist, der es ermöglicht, ein Prüfmuster in einer Biegeprüfung zu biegen, ohne dass es Oberflächenrisse erhält: B = r/t(r = minimaler Biegungsradius, t = Blechdicke in mm)
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ein Magnesiumlegierungsblech mit einem minimalen Biegemodul B von ungefähr 2 oder weniger einfach erhalten werden. Ein geringerer minimaler Biegemodul B eines Magnesiumlegierungsblechs bedeutet, dass es eine höhere Biegbarkeit hat.
Zudem hat eine Studie eines Magnesiumlegierungsblechs, erhalten durch das oben beschriebene Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, gezeigt, dass es eine geringere Anisotropie als ein herkömmlich gewalztes Blech, erhalten durch die bekannten Walzverfahren, hat. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass das Magnesiumlegierungsblech, erhalten durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, einen geringeren r-Wert hat, und zwar Streckengrenzverhältnis, oder ein geringeres maximales Biegungsintensitätsverhältnis von (002)-Ebene zu (101)-Ebene, wie es bei Röntgendiffraktometrie auftritt. Basierend auf diesen Entdeckungen ist das Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung derart definiert, dass es einen vorgegebenen r-Wert des Streckengrenzenverhältnisses der ein maximales Intensitätsverhältnis von (002)-Ebene zu (101)-Ebene hat.
Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein Magnesiumlegierungsblech mit einem Wert des r₉₀ Streckengrenzenverhältnisses von 2,0 oder weniger in einer Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung und wenigstens eines der folgenden Erfordernisse bereit, erfüllend:

1. Das Blech hat eine Dehnung von 10% oder mehr in einer Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung; und
2. Das Blech hat ein Verhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ geringer als 10, wobei I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ ein Verhältnis der Beugungsintensitäten I₍₀₀₂₎ in der (002)-Ebene zu I₍₁₀₁₎ in der (101)-Ebene ist, wie es bei Röntgendiffraktometrie auftritt.

Bei dem Walzverfahren gemäß dem Stand der Technik hat das resultierende gewalzte Blech manchmal einen Wert zu des Streckengrenzenverhältnisses von 2 oder weniger in einer Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder eine Serie von Studien durchgeführt, und herausgefunden, dass zum Erzielen einer Verbesserung der Biegbarkeit das Magnesiumlegierungsblech vorzugsweise einen Wert r₉₀ des Streckengrenzverhältnisses von 2,0 oder weniger zumindest in einer Richtung senkrecht zu der Walzrichtung, außer einer Richtung parallel dazu hat. Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass es vorteilhaft ist, die Dehnung oder das maximale Beugungsintensitätsverhältnis zum weiteren Verbessern der Biegbarkeit zu berücksichtigen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Dehnung und das maximale Beugungsintensitätsverhältnis, neben dem r₉₀-Wert ebenfalls angegeben. Für solch ein Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass solch ein geringerer r₉₀-Wert oder ein I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ des maximalen Beugungsintensitätsverhältnisses zum Verringern der Anisotropie wirksam ist und weiterhin die Biegbarkeit verbessert. Folglich kann der oben genannte minimale Biegemodul B auf 2 oder weiniger bei dem Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden. Solch ein Magnesiumlegierungsblech der vorliegenden Erfindung kann einfach durch das oben beschriebene Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Obwohl der r₉₀-Wert des Streckengrenzenverhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung als 2,0 oder weniger zumindest in einer Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung definiert ist, kann der r-Wert des Streckengrenzenverhältnisses auch 2,0 oder weniger in jede Zugrichtung anders als die Senkrecht zu der Walzrichtung sein, enthaltend beispielsweise den r₀-Wert des Streckengrenzenverhältnisses in eine Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung. Es ist vorteilhafter, dass der r₀-Wert des Streckengrenzenverhältnisses in eine Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung 1,2 oder weniger ist. Dieser r-Wert kann auf 2,0 oder weniger durch Regulieren, beispielsweise der Erfordernisse, die für das oben beschriebene Verfahren der vorliegenden Erfindung angegeben sind, insbesondere die Blechtemperatur vor dem Walzen und die Oberflächentemperatur der Walze, gesteuert werden.
Der „r-Wert des Streckengrenzenverhältnisses", wie hier verwendet, bezieht sich auf das Verhältnis d_w/d_t, und zwar das Verhältnis der tatsächlichen Dehnung d_w (true strain) in Breitenrichtung zu der tatsächlichen Dehnung d_t in Dickenrichtung, erhalten bei einem Zugversuch eines Magnesiumlegierungsblechs, bei welchem eine Dehnungsbelastung in Zugrichtung darauf auferlegt ist. Wie hier verwendet bezeichnet „r₀-Wert" ein Streckengrenzenverhältnis des Magnesiumlegierungsblechs, wenn die Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung ist, während „r₉₀-Wert" das Streckengrenzenverhältnis bezeichnet, wenn die Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung ist. Diese r-Werte des Streckengrenzenverhältnisses können beispielsweise gemäß „Test method for Plastic Strain Ratios of Sheet Metal materials" gemäß JIS Z 2254 oder gemäß ASTM E517 bestimmt werden. Insbesondere wird, wie in 4 gezeigt, eine Zugspannung an einem Blechprobestück 40 in eine Richtung parallel zu der Walzrichtung angelegt, um die tatsächliche Dehnung d_w in jeweils die Breitenrichtung und die tatsächliche Dehnung d_t in die Dickenrichtung zu bestimmen und dann daraus einen r₀-Wert als deren Verhältnis d_w/d_t zu erhalten. Gleichermaßen wird eine Zugspannung an dem Blechprobestück 40 in eine Richtung senkrecht zu der Walzrichtung zum Bestimmen einer tatsächlichen Dehnung d_w in Breitenrichtung und einer tatsächlichen Dehnung dt in Dickenrichtung angelegt und dann daraus ein r₉₀-Wert als das Verhältnis d_w/d_t zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat das Magnesiumlegierungsblech ein maximales Verhältnis von Beugungsintensität I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ unterhalb 10. Mit einem maximalen Beugungsintensitätsverhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ von 10 oder höher ist es schwierig, eine Verbesserung der Biegbarkeit zu erzielen. Besonders bevorzugt ist das maximale Beugungsintensitätsverhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ weniger als 5,0. Das Beugungsintensitätsverhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ kann beispielsweise durch Einstellen der Verhältnisse für das oben beschriebene Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere die Blechtemperatur vor dem Walzen und die Oberflächentemperatur der Walze oder durch Kontrollieren der Gesamt-Walzreduzierung (oder durchschnittlichen Walzreduzierung) auf einen Wert von unterhalb 10 geregelt werden. Da jede Erhöhung der Walzmenge, das heißt, Erhöhung der Gesamt-Walzreduzierung dazu führt, das maximale Beugungsintensitätsverhältnis zu erhöhen, wird bevorzugt, dass ein Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gesamt-Walzreduzierung von 30% oder weniger aufweist. Der oben genannte r-Wert hat eine hohe Korrelation mit dessen maximalen Beugungsintensitätsverhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎, bei welchem ein geringerer r-Wert normalerweise zu einem geringeren I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ führt. Während der r-Wert einen Faktor bezeichnet, der bei der vorher beschriebenen Wärmebehandlung nach dem Walzen nicht von besonderer Bedeutung ist, so ist das maximale Beugungsintensitätsverhältnis ein Faktor, der dazu neigt, den Gegenstand während der Wärmtebehandlung zu verringern.
Außerdem hat das Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dehnung (Gesamtdehnung nach Bruch) von nicht weniger als 10%. Mit einer Dehnung geringer als 10% wird es schwierig, eine Verbesserung der Biegbarkeit zu erzielen, auch wenn der r₉₀-Wert 2,0 oder weniger ist. Besonders bevorzugt ist die Dehnung 13% oder höher. Das Magnesiumlegierungsblech kann beispielsweise durch Verfeinern seiner Körner zu einem gewissen Maß und dann Unterwerfen derselben einer geeigneten Wärmebehandlung zum Beseitigen dessen Spannung eine verbesserte Dehnung aufweisen.
Durch Bereitstellen des Magnesiumlegierungsblechs mit Körnern die eine durchschnittliche Korngröße von 10 μm (Mikrometer) oder weniger haben, wird dessen Biegbarkeit verbessert. Besonders bevorzugt ist die durchschnittliche Korngröße 7 μm oder weniger. Die durchschnittliche Korngröße kann beispielsweise durch Nutzung einer Formel gemäß JIS G 0551 bestimmt werden. Die durchschnittliche Korngröße kann geregelt werden auf 10 μm oder weniger, insbesondere 7 μm oder weniger, beispielsweise durch Einstellen der Balance der dynamischen Rückgewinnung der Belastung, die beim Walzen induziert ist, und der oben beschriebenen Wärmebehandlung nach Walzen, wenn solch eine Wärmebehandlung anzuwenden ist.
1 ist eine schematische Abbildung, die einen Biegeversuch veranschaulicht;
2 ist eine Abbildung, die eine Serie von Zuständen eines Magnesiumlegierungsblechs während des Walzens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein Graf, der eine Röntgenbeugungsintensität, beobachtet bei einer bevorzugten Ausführungsform des Magnesiumlegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
4 ist eine schematische Abbildung, die eine an einem Blechprobestück angelegte Zugspannung veranschaulicht.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung basierend auf den bevorzugten Ausführungsformen davon, die durch die nachfolgenden experimentellen Beispiele repräsentiert sind, detaillierter beschrieben.
Experimentelles Beispiel 1
Magnesiumlegierungsbleche wurden durch ein Walzverfahren hergestellt und deren Festigkeitseigenschaften und Biegeeigenschaften wurden zum Auswerten bestimmt.
Auswahl der Legierung
Eine Magnesiumlegierung, die zu dem ASTM AZ31-Typ gehört, wurde als ein Material zum Verarbeiten durch Walzen ausgewählt. Diese Magnesiumlegierung des AZ31-Typs enthält 3,06 Masse-% an Al, 0,90 Masse-% an Zn, 0,01 Masse-% an Si und 0,57 Masse-% an Mn mit dem Rest umfassend Mg und unvermeidbare Verunreinigungen.
Lösungsbehandlung der Magnesiumlegierung
Vor dem Endwalzschritt wurde die Magnesiumlegierung des oben beschriebenen AZ31-Typs in Form von jeweils 12 mm, 8 mm und 6 mm dicken gewalzten Blechen bereitgestellt, und diese Bleche wurden einer Lösungsbehandlung für 1 Stunde bei 400°C unterworfen. Der Zweck dieses Verfahrens ist, Restspannung oder Belastung, induziert in der vorhergehenden Verarbeitung, zu beseitigen und bei solcher Verarbeitung erzeugte Gefüge zu verringern. Diese Lösungsbehandlung hat wirksam verhindert, dass die Magnesiumlegierungsbleche unerwarteten Rissbildungen, Spannungen oder Verformungen in dem nachfolgenden Endwalzschritt ausgesetzt wurden.
Walzen
Zum Walzen der Magnesiumlegierung zu Blechen wurde eine Reduzierwalzenausrüstung bereitgestellt mit einer Erwärmungseinheit, die sowohl die oberen als auch die unteren Walzen erwärmen konnte, um Warmwalzen zu ermöglichen. Die Wärmeeinheit hat ermöglicht, dass die Reduzierwalze auf ihre Oberflächentemperatur von ungefähr 200°C erwärmt wurde.
Die jeweiligen Magnesiumlegierungsbleche mit den oben genannten drei Dicken wurden gewalzt, indem die folgenden Größen wie in Tabelle 1 gezeigt jeweils unabhängig voneinander variiert wurden: (1) Blechtemperatur vor dem Walzen; (2) Oberflächentemperatur der Walze; (3) Walzgeschwindigkeit; (4) Schmierung; (5) Walzreduzierung per Durchgang: ({(Dicke vor jedem Walzdurchgang – Dicke nach jedem Walzdurchgang)/Dicke vor jedem Walzdurchgang} × 100); und (6) Gesamt-Walzreduzierung: ({(Dicke vor dem Walzen – Dicke nach dem letzten Walzschritt)/Dicke vor dem Walzen} × 100).
Das Walzen wurde ausgeführt im Mehrfachdurchgangsmodus durch Verwendung einer Reduzierwalzeneinheit (einzelnes Reduziergerüst) versehen mit einer Erwärmungseinheit. Nach jedem Durchgang wurde das gewalzte Blech schnellem Abkühlen unterworfen und dann kurz vor dem Walzen in dem nachfolgenden Durchgang wurde das Blech auf seine Zieltemperatur erwärmt. Die Temperaturen in dem Bereich von 20 bis 25°C gezeigt unter „Blechtemperaturen vor dem Walzen" in Tabelle 1 bezeichnen alle, dass die Bleche bei der Raumtemperatur ohne Erwärmen vor dem Walzen gewalzt wurden. Zum Schmieren wurde ein herkömmliches Walzschmiermittel (durch Anwenden dieser) an jedem Magnesiumlegierungsblech vor dem Walzen zum Verringern der Reibung zwischen den Walzen und dem Blech während des Walzvorgangs angwandt.
Bei den meisten Versuchen, deren Ergebnisse in Tabelle 1 zusammengefasst sind, wurden die gleichen Blechtemperaturen vor dem Walzen und die gleichen Walzoberflächentemperaturen während des Walzens in allen der Mehrfachdurchgänge angelegt. Als eine Ausnahme wurde in Versuch Nummer 1-16 das Blech auf 150°C kurz vor dem Walzen in allen Durchgängen außer dem letzten erwärmt, bei welchem das Blech kurz bevor es in die Reduzier walze eingeführt wurde bei einer Raumtemperatur war. Bei Versuch Nummer 1-16 wurde die Oberflächentemperatur der Walze auf 179°C bei allen Durchgängen festgelegt. Der letzte Durchgang des Versuchs Nummer 1-16 wurde mit der Walzreduzierung von 5,1% durchgeführt.
Wärmebehandlung
Die resultierenden gewalzten Bleche wurden in einem Erwärmungsofen bei 100–350°C für 15 Minuten zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften geglüht, indem die darin während der vorhergehenden Bearbeitung induzierte Restspannung oder Restbelastung beseitigt wurde. Wie nachfolgend beschrieben wurden optimale Glühbedingungen für die gewalzten Blechprobestücke in den jeweiligen Versuchen auf Basis einer Auswertung der höchsten Zugfestigkeit (TS) und erzielter Biegbarkeit bestimmt und solche optimalen Glühbedingungen wurden als die charakteristischen Werte der Probestücke angesehen, die die Magnesiumlegierungsbleche gemäß der vorliegenden Erfindung bereitstellen.
Auswertung
Nach dem Walzen und Glühen, wie oben beschrieben, wurden die gewalzten Blechprobestücke hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, enthaltend die Festigkeitseigenschaften und Biegeeigenschaften, wie nachfolgend in Tabelle 2 gezeigt ausgewertet. Die Festigkeitseigenschaften enthalten die Zugfestigkeit (TS) und die Dehnung, wie bei einem Zugversuch beobachtet, während die Biegeeigenschaften den minimalen Biegungsradius enthalten, der, basierend darauf, ob während eines Biegeversuchs Oberflächenrisse beobachtet wurden oder nicht, bestimmt wurde.
Der Biegeversuch wurde durch Verwendung des V-Blockverfahrens gemäß JIS Z 2248 durchgeführt. Der benutzte V-Block hat einen Aufbau wie schematisch in 1 gezeigt. Ein Probestück 20 ist auf dem V-Block 10 angeordnet, der mit einer V-Nut 11 mit einem spitzen Winkel von 20°, betreffend des gleichschenkligen Durchschnitts, versehen war, und durch Nutzung eines Stempels 30 mit generell dem gleichen Profil wie das V-Nutprofil wurde das Probestück 20 nach unten in die V-Nut 11 gezwungen, so dass das Probestück 20 sei ne Unterseite an den Wandoberflächen der V-Nut ausgerichtet hatte. Dadurch wurden nacheinander unterschiedliche Stempel mit unterschiedlichen Krümmungsradien an deren Spitzen (r = 1,0 bis 3,0 mm) genutzt, beginnend mit einem Stempel mit dem größten Krümmungsradius zu denen mit kleineren Radien. Das heißt, nach jeder Biegung wurde das Probestück entnommen und der äußere Radius seiner Biegung wurde nach Rissen untersucht. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt, dabei bezeichnet „o" einen erfolgreichen Biegeversuch ohne Risse in der Oberfläche des Probestücks, während „x" einen misslungenen Versuch mit Rissen in der beobachteten Probestückoberfläche bezeichnet.
Als ein Maß der Biegbarkeit wurde das minimale Biegemodul B, bestimmt durch die folgende Formel, als der typische charakteristische Wert eingesetzt, wobei r ein minimaler Biegungsradius von jedem Stempel ist, der es ermöglicht, dass ein Probestück ohne Erzeugen von Oberflächenrissen während des Biegeversuchs gebogen wird. B = r/t(r = minimaler Biegungsradius, t = Blechdicke in mm)
Dieses minimale Biegemodul B wurde nur bei einem erfolgreichen Biegeversuch, der keine Oberflächenrisse aufweist, ausgewertet und wurde nicht bei den Versuchen ausgewertet, die Oberflächenrisse erzeugten (Versuche gekennzeichnet durch „x" in Tabelle 2). Ein kleineres minimales Biegemodul B eines Magnesiumlegierungsbleches bedeutet, dass es eine höhere Biegbarkeit hat. Wenn ein Probestück außerdem mehr als einmal durch Nutzung der gleichen Kombination von Stempeln mit unterschiedlichen Spitz-Krümmungsradien getestet wurde, wurde der kleinste beobachtete Wert des minimalen Biegemoduls B für das Probestück benutzt.
Tabelle 2 Mechanische Eigenschaften der gewälzten Bleche
Effekte der Warmwalzbedingungen
(Blechtemperatur vor dem Walzen und Oberflächentemperatur der Walze)
Wie aus den in Tabellen 1 und 2 gezeigten Ergebnissen hervorgeht, resultierten alle Versuche, bei welchen die Magnesiumlegierungsbleche bei über 100°C vor dem Walzen erwärmt wurden (Experimente Nummer 1-1 bis 1-9), in minderwertiger Biegbarkeit mit einem minimalen Biegemodul B, der die untere Grenze gemäß der vorliegenden Erfindung signifikant überschritt, im Vergleich mit den Experimenten, bei welchen die Magnesiumlegierungsbleche nicht bei über 100°C vor dem Walzen erwärmt wurden, aber die Oberfläche der Walze auf 100°C oder höher erwärmt wurde. Obwohl die Probestücke, welche auf Temperaturen oberhalb 100°C vor dem Walzen erwärmt wurden, ein minimales Biegemodul B von 2,0 oder höher aufweisen, zeigten die Probestücke mit den Blechtemperaturen von 100°C oder weniger vor dem Walzen und die bei einer Oberflächentemperatur der Walze von 100°C oder höher gewalzt wurden, ein minimales Biegemodul B von 2,0 oder weniger. Es folgt somit, dass das Magnesiumlegierungsblech vorzugsweise eine Temperatur von 100°C oder weniger vor dem Walzen haben soll.
Außerdem geht hervor, dass die Walze vorzugsweise bei einer Oberflächentemperatur von 100°C oder höher erwärmt wird. Wenn die Temperatur der Walze geringer als 100°C ist, wird das Blech während des Walzens Risse bilden, wodurch es unmöglich wird ein normales Walzen, wie beispielweise bei Experiment Nummer 1-18 zu erzielen. Es wird auch bevorzugt, dass die Temperatur der Walze bei 300°C oder weniger als ihre obere Grenze beibehalten wird. Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Oberflächentemperatur der Reduzierwalze 300°C überschreitet, die Temperatur des Magnesiumlegierungsbleches während desWalzens sehr zunimmt, so dass die Wirkung der vorliegenden Erfindung von verbesserter Biegbarkeit nicht voll ausgeschöpft werden kann, außerdem ist es notwendig, eine große Erwärmungseinrichtung für die Reduzierwalze bereitzustellen.
Demzufolge hat sich herausgestellt, dass die Walzbedingungen zum Verbessern der Biegbarkeit das Beschränken der Oberflächentemperatur des Blechs auf 100°C oder weniger vor dem Walzen (kurz bevor es gewalzt wird) und das Erwärmen de Reduzierwalze zu ihrer Oberflächentemperatur in dem Bereich von 100°C bis 300°C, wenn das Blech tatsächlich dadurch gewalzt wird umfasst. Die oben beschriebene Walzbedingung wird „Nicht-Vorwärmwalzen" genannt.
Schmiermittel
Bei Vergleich der Experimente, die ein Schmiermittel benutzen, mit denen, die kein Schmiermittel benutzen, wird basierend auf den in Tabellen 1 und 2 wiedergegebenen Ergebnissen, ist es offensichtlich, dass die Nutzung eines solchen Schmiermittels zu einer signifikanten Verbesserung der Biegbarkeit führt.
Walzgeschwindigkeit
Wie durch die in Tabelle 2 wiedergegebenen Ergebnisse gezeigt führt eine höhere Walzgeschwindigkeit zu einem mehr oder weniger geringeren Wert des minimalen Biegemoduls B. Das heißt, es hat sich gezeigt, dass die Biegbarkeit sich mit der Erhöhung der Walzgeschwindigkeit verbessert.
Walzreduzierung und Walzdurchgangsablauf
Hinsichtlich des Einflusses der Walzreduzierung auf die Eigenschaften der gewalzten Magnesiumlegierungsbleche kann das minimale Biegemodul B, welches die Biegbarkeit dieser kennzeichnet, nicht auf 2,0 reduziert werden, auch wenn das Nicht-Vorwärmwalzen eingesetzt wird, wenn die Gesamt-Walzreduzierung wie bei Experiment 1-17 weniger als 5,0% ist. Die Gesamt-Walzreduzierung bei einem Verfahren enthaltend das Nicht-Vorwärmtwalzen ist somit vorzugsweise wenigstens 5,0% oder mehr. Da jedoch die durchschnittliche Walzreduzierung (oder Walzreduzierung für jeden Durchgang) die Biegbarkeit nicht wesentlich beeinflusst, kann es jedes Verhältnis sein, vorausgesetzt, dass die Gesamt-Walzreduzierung wenigstens 5,0% oder mehr ist.
Insbesondere muss hier, basierend auf den Ergebnissen wie in Tabellen 1 und 2 wiedergegeben, beachtet werden, dass das Nicht-Vorwärmwalzen nicht zwangsweise bei allen Walzdurchgängen durchgeführt werden muss damit das Nicht-Vorwärmwalzen wirksam ist, sondern es ist ausreichend, das Nicht-Vorwärmwalzen nur in dem letzten Durchgang, wie bei Beispiel Nummer 1-16, einzusetzen, um eine erwartete Verbesserung der Biegbarkeit zu erzielen. Nichtsdestotrotz muss die Walzreduzierung in solch einem Fall während des letzten Durchgangs 5,0% oder mehr sein.
Hinsichtlich des Walzvorgangs enthaltend einen oder mehrere Nicht-Vorwärmwalzschritte ist die Gesamt-Walzreduzierung vorzugsweise 30,0% oder weniger. Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Gesamt-Walzreduzierung 30,0% überschreitet, das Blech während des Walzens einer sehr hohen Belastung ausgesetzt wird mit der Wahrscheinlichkeit, dass es Risse bildet.
Nachfolgend werden bevorzugte Walzbedingungen zur Verbesserung der Biegbarkeit in Bezug auf die schematische Abbildung gemäß 2 beschrieben. 2 veranschaulicht einen Fall, bei welchem Nicht-Vorwärmwalzen während des letzten Durchgangs und des Durchgangs kurz vor diesem durchgeführt wurde. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten die Walzbedingungen Mehrfachwalzdurchgänge, bei welchen wenigstens ein Durchgang einschließlich dem letzten gemäß einem Nicht-Vorwärmwalzmodus durchgeführt wird. In diesem Fall sind die Walzbedingungen für die Durchgänge vor dem Nicht-Vorwärmwalzdurchgang nicht besonders beschränkt. Bei dem Walzverfahren enthaltend einen oder mehrere Nicht-Vorwärmwalzdurchgänge wird bevorzugt, dass die Gesamt-Walzreduzierung in dem Bereich von ungefähr 5,0% bis 30,0% gehalten wird. Außerdem wird für dieses Walzverfahren enthaltend diesem Nicht-Vorwärmwalzdurchgang bevorzugt, dass ein Schmiermittel an dem Blech vor dem Walzen angewandt wird und dass die Walzgeschwindigkeit ungefähr 1,0 m/min oder höher ist. Wenn die Walzgeschwindigkeit unterhalb dieser unteren Grenze ist, wird es schwierig eine eindeutige vorteilhafte Wirkung des Nicht-Vorwärmwalzens aufgrund des unnötig hohen Temperaturanstiegs in dem Blech während des Walzens und/oder einer Änderung des Verformungsmechanismus in Verbindung mit der Verringerung der Umformgeschwindigkeit zu erzielen.
Messung der Korngröße
Nach Auswerten der mechanischen Eigenschaften wie oben wurden die jeweiligen Probestücke hinsichtlich ihres Mikrogefüges mikroskopisch beobachtet und deren Korngrößen wurden basierend auf den erhaltenen Mikrogefügeabbildungen gemessen. Die Beobach tungen haben gezeigt, dass alle in Tabelle 2 gezeigten Probestücke aus Körnern im Wesentlichen in dem Bereich von 5 bis 15 μm bestehen, die unter eine Klasse von feinen Körnern fallen.
Experimentelles Beispiel 2
Magnesiumlegierungsbleche wurden durch ein Walzverfahren hergestellt und deren Festigkeitseigenschaften und Biegeeigenschaften wurden zum Auswerten bestimmt.
Auswahl der Legierung
Ähnlich wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 wurde eine zu dem ASTM AZ31-Typ zugehörige Magnesiumlegierung (enthaltend 3,06 Masse-% an Al, 0,90 Masse-% an Zn, 0,01 Masse-% an Si und 0,57 Masse-% an Mn mit dem Rest umfassend Mg und unvermeidbare Verunreinigungen) ausgewählt.
Lösungsbehandlung der Magnesiumlegierung
Auf die gleiche Art und Weise wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 wurde die Magnesiumlegierung des oben beschriebenen AZ31-Typs vor dem Endwalzschritt in Form von gewalzten Blechen mit jeweils der Dicke 12 mm, 8 mm und 6 mm bereitgestellt und diese Bleche wurden einer Lösungsbehandlung für eine Stunde bei 400°C unterworfen, um die Restspannung oder Belastung, induziert bei der vorhergehenden Verarbeitung, zu beseitigen und das während der Verarbeitung erzeugte Gefüge zu verringern.
Walzen
Wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 wurde eine mit einer Erwärmungsvorrichtung ausgerüstete Reduzierwalze zum Endwalzen der Magnesiumlegierung zu Blechen bereitgestellt, die sowohl die oberen als auch die unteren Walzen auf ihre Oberflächentemperaturen von ungefähr 200°C erwärmen konnte.
Ähnlich wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 wurde das Walzen durch Mehrdurchgangsmodus nutzend eine Reduzierwalzeneinheit (einzelnes Gerüst) erzielt, die mit einer Erwärmungsvorrichtung bereitgestellt ist. Nach jedem Durchgang wurde das gewalzte Blech schnellem Abkühlen unterworfen und dann, kurz vor Walzen in dem nachfolgenden Durchgang, wurde das Blech auf seine Zieltemperatur erwärmt. Außerdem wurde ein herkömmliches Walzschmiermittel an jedem Probestück vor dem Walzen angebracht (bezeichnet als „verwendet" unter der Bedingung „Schmiermittel" in Tabelle 3). Die Probenstücke Nummer 2-1 und 2-2 wurden Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen. Die Probenstücke Nummer 2-3 bis 2-8 wurden unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen gewalzt. Ähnlich wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 wurden die gleichen Blechtemperaturen vor dem Walzen und die gleichen Oberflächentemperaturen der Walze während des Walzens bei allen Mehrfachdurchgängen benutzt.
Wärmebehandlung
Wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 wurden die resultierenden gewalzten Bleche für 15 Minuten in einem Erwärmungsofen bei 100 bis 350°C geglüht. Für die gewalzten Blechprobestücke in den jeweiligen Experimenten wurden die optimalen Glühbedingungen auf Basis der Auswertung der höchsten Zugfestigkeit (TS) und erzielten Biegbarkeit bestimmt und es wurde angenommen, dass solche optimalen Glühbedingungen die charakteristischen Werte der Probestücke bereitstellen, die die Magnesiumlegierungsbleche gemäß der vorliegenden Erfindung repräsentieren. Tabelle 3 zeigt die Walzbedingungen des experimentellen Beispiels 2 enthaltend die Ausgangsdicke, Blechtemperatur vor dem Walzen, Oberflächentemperatur der Walze, Walzreduzierung für jeden Durchgang und die Gesamt-Walzreduzierung. Die Walzreduzierung für jeden Durchgang und die Gesamt-Walzreduzierung wurden auf die gleiche Art und Weise wie bei dem experimentellen Beispiel 1 bestimmt.
Tabelle 3 Walzbedingungen
Auswertung
Nach dem oben beschriebenen Walzen und Glühen wurden die Probestücke hinsichtlich ihrer Eigenschaften ausgewertet. Für diese Auswertung wurden der r-Wert, das maximale Röntgenbeugungsintensitätsverhältnis, durchschnittliche Korngröße, Zugfestigkeit (TS) und Gesamtdehnung nach Bruch (Dehnung) gemessen. Die jeweiligen Probestücke wurden auch dem V-Blocktyp-Biegeversuch gemäß JIS Z 2248 wie bei dem obigen experimentellen Beispiel 1 unterworfen. Außerdem wurde das minimale Biegemodul B durch Nutzung von unterschiedlichen Stempeln mit unterschiedlichen Krümmungsradien an deren Spitzen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Experimente sind in Tabelle 4 angezeigt. Der minimale Biegungsradius, wie in Tabelle 4 gezeigt, bezeichnet den geringsten Wert, der es dem Probestück erlaubt, sich zu biegen ohne Oberflächenrisse zu bilden.
r-Wert
Die r-Werte des Streckengrenzenverhältnisses wurden gemäß „Test method for Plastic Strain Ratios of Sheet Metal materials" JIS Z 2254 bestimmt. Zugrichtungen zum Auswerten enthielten eine Richtung parallel zu der Walzrichtung des Legierungsblechs (bezeichnet als 0° in Tabelle 4) und eine Richtung senkrecht zu der Walzrichtung (gezeigt als 90° in Tabelle 4) (siehe 4). Außerdem wurden bei diesem Experiment die jeweiligen r-Werte durch Nutzung der r-Werte bei vorbestimmten Dehnungen berechnet. Insbesondere wurden r- Werte bei 5 bis 10% Dehnung vorher bestimmt, und durchschnittliche Werte, erhalten durch Nutzung dieser r-Werte, wurden als r-Werte bei bestimmten gemessenen Dehnungen erachtet. Beispielsweise wurde bei einer 12%-Dehnung der Durchschnitt der r-Werte bei 5% und 12% Dehnung als der r-Wert benutzt, während für eine Dehnung geringer als 5% der r-Wert bei einer 5%-Dehnung und ein r-Wert bei einer Dehnung kurz bevor Bruch als der r-Wert bei solch einer Dehnung geringer als 5% verwendet wurde.
Röntgenbeugungsintensitätsverhältnis
Die resultierenden jeweiligen Probestücke der Magnesiumlegierungsbleche wurden einem Röntgendiffraktometrieversuch zum Bestimmen der maximalen Beugungsintensität jeweils in (002)-Ebene und in (101)-Ebene unterworfen. 3 ist ein Graf, der die bei Probestück 2-1 beobachtete Röntgenbeugungsintensität zeigt. Dann wurde das Verhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ der maximalen Beugungsintensität in I (002)-Ebene zur maximalen Beugungsintensität in (101)-Ebene bestimmt. Die Röntgendiffraktometrie wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Verwendete Röntgenstrahlen: Cu-Ka

Anregungsbedingungen: 50 kV 200 mA

Messverfahren: θ–2θ-Verfahren
Durchschnittliche Korngröße
Die durchschnittliche Korngröße wurde durch Nutzung einer Formel hierfür bestimmt (dm = 1/√m , d_m: durchschnittliche Korngröße, m: die Anzahl der Körner pro 1 mm² Mantelfläche des Probestücks) gemäß Anlage 3 von JIS G 0551.
Dehnung
Basierend auf JIS Z 2241 wurde die Gesamtdehnung nach dem Bruch für jedes Probestück zum Auswerten der vorliegenden Erfindung bestimmt.
Tabelle 4
Wie in Tabellen 3 und 4 veranschaulicht, hat es sich gezeigt, dass die Probestücke Nummer 2-1 und 2-2, welche dem Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen wurden, eine geringere Anisotropie haben oder insbesondere weisen sie einen r-Wert des Streckengrenzenverhältnisses von 2,0 oder weniger nicht nur in Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung sondern auch in Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung auf. Außerdem hat es sich gezeigt, dass diese Probestücke solch ein geringes maximales Beugungsintensitätsverhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ wie unterhalb 10 haben. Zusätzlich haben diese Probestücke eine Dehnung von 10% oder höher sowohl in Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung als auch in die Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung. Es ist somit klar, dass die Probestücke Nummer 2-1 und 2-2, welche dem Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen wurden, eine geringe Anisotropie und eine hohe Dehnung aufweisen, was zu einer exzellenten Biegbarkeit mit einem minimalen Biegemodul B in Höhe von nur 2,0 oder weniger führt.
Andererseits zeigten die Probestücke Nummer 2-3 bis 2-7, welche nicht dem Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen wurden, alle ein minimales Biegemodul B oberhalb 2,0 mit einem r₉₀-Wert des Streckengrenzenverhältnisses von über 2,0 auf, auch wenn wenigstens ein Erfordernis von entweder dem maximalen Beugungsintensitätsverhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ von geringer als 10 oder eine Dehnung von 10% oder höher erfüllt wurde, und als ein Ergebnis hatten diese eine geringere Biegbarkeit im Vergleich zu den Probestücken Nummer 2-1 und 2-2, die dem Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen wurden.
Obwohl das Probestück Nummer 2-8 einen geringeren r₀-Wert und r₉₀-Wert aufweist, hat es sich herausgestellt, dass das Probestück Nummer 2-8 hinsichtlich der Biegbarkeit minderwertiger als die der Probestücke Nummer 2-1 und 2-2, die dem Nicht-Vorwärmwalzen unterworfen wurden, ist, weil es einen minimalen Biegemodul B größer als 2,0 mit einer Dehnung unterhalb 10% hat. Außerdem hatten die Probestücke Nummer 2-1 und 2-2 ihre Gesamt-Walzreduzierung auf 30% oder weniger beschränkt und wurden einer Wärmebehandlung, die für während des Walzens aufgetretene Spannungen geeignet ist, unterworfen, um die durchschnittliche Korngröße auf 10 μm oder weniger zu kontrollieren, während die durchschnittliche Korngröße in dem Probestück Nummer 2-8 nicht kontrolliert wurde und größere Körner daraus resultierten. Deshalb ist es nachvollziehbar, dass zum Erzielen einer positiveren Verbesserung der Biegbarkeit die durchschnittliche Korngröße vorzugsweise berücksichtigt werden sollte.
Außerdem wurde ein Magnesiumlegierungsblech auf die gleiche Art und Weise wie Probestück Nummer 2-1 angefertigt, und der r₄₅-Wert des Streckengrenzenverhältnisses in einer Zugrichtung bei einem Winkel von 45° zu der Walzrichtung wurde als 2,0 oder weniger bestimmt. Das Nicht-Vorwärmwalzen gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit wirksam zum Reduzieren des r-Werts des Streckengrenzenverhältnisses in alle Zugrichtungen und zum Minimieren der Anisotropie zum Beitragen der Verbesserung der Biegbarkeit des Magnesiumlegierungsblechs.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vollständig oben beschrieben, erlaubt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durch Anwenden von Nicht-Vorwärmwalzen die Herstellung von Magnesiumlegierungsblechen mit exzellenter Biegbarkeit. Insbesondere wird es möglich, solche Magnesiumlegie rungsbleche herzustellen, die eine exzellente Biegbarkeit nur durch Hinzufügen des Nicht-vorwärmwalzens zu den vorbekannten Walzprozessen aufweist.
Verbesserte Biegbarkeit der Magnesiumlegierungsbleche erlaubt: (1) verringerte Formtemperatur beim Pressformen; (2) erhöhte Verarbeitungsrate oder -geschwindigkeit (Umformgeschwindigkeit), die zur Verbesserung der Verarbeitungsproduktivität des Pressformverfahrens als Ganzes beiträgt.
Das Anwenden eines Schmiermittels auf der Legierungsblechoberfläche vor dem Walzen erlaubt die Verbesserung hinsichtlich ihrer Biegbarkeit und somit hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit beim Pressformen.
Durch Kombinieren des Nicht-Vorwärmwalzens mit geeigneten Wärmebehandlungsbedingungen wird es möglich, Magnesiumlegierungsbleche mit einer exzellenten Biegbarkeit herzustellen und somit die Verarbeitungsproduktivität beim Pressformverfahren der Magnesiumlegierungsbleche signifikant zu verbessern.
Es wird erwartet, dass die Magnesiumlegierungsbleche gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auswahl von Anwendungen, wie beispielsweise für Gehäuse von Computern, Mobiltelefone und andere Produkte, die auf ein geringeres Gewicht und/oder Festigkeit und Zähigkeit abzielen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs, das Walzen eines Magnesiumlegierungsblechs durch eine Reduzierwalze umfasst, wobei die Legierung desselben 0,1–10,0 Masse-% Aluminium und 0,1–4,0 Masse-% Zn enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumlegierungsblech zum Zeitpunkt unmittelbar vor dem Einleiten desselben in die Reduzierwalze eine Oberflächentemperatur von 100°C oder darunter hat; und die Reduzierwalze eine Oberflächentemperatur im Bereich zwischen 100°C und 300°C hat.
Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs nach Anspruch 1, wobei das Magnesiumlegierungsblech vor dem Walzen Lösungsglühen bei 350–450°C über eine Stunde oder länger unterzogen wird.
Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs nach Anspruch 1, wobei die Magnesiumblechlegierung nach dem Walzen Wärmebehandlung bei 100–350°C unterzogen wird.
Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs nach Anspruch 1, wobei das Walzen bei einer Walzgeschwindigkeit von 1,0 m/min oder darüber durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs nach Anspruch 1, wobei das Walzen unter Verwendung eines Schmiermittels durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs nach Anspruch 1, wobei das Walzen in Mehrfachdurchgangsmodus ausgeführt wird und wenigstens der letzte Durchgang desselben unter Verwendung vorgegebener Temperaturen als den Oberflächentemperaturen des Magnesiumlegierungsblechs bzw. der Reduzierwalze ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumlegierungsblechs nach Anspruch 1, wobei das Walzen mit einer Gesamt-Walzreduzierung von 5,0–30% ausgeführt wird.
Magnesiumlegierungsblech, das 0,1–10,0 Masse-% Al und 0,1–4,0 Masse-% Zn enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumlegierungsblech einen minimalen Biegemodul B von ungefähr 2 oder weniger hat, der durch die folgende Formel gegeben ist, wobei r ein minimaler Biegungsradius eines Stempels ist, der es ermöglicht, ein Prüfmuster in einer Biegeprüfung zu biegen, ohne dass es Oberflächenrisse erhält: B = r/t,wobei r = minimaler Biegeradius, t = Blechdicke in mm.
Magnesiumlegierungsblech nach Anspruch 8, wobei das Legierungsblech eine Zugfestigkeit von 250 N/mm² oder darüber und eine Dehnung von 15% oder darüber hat.
Magnesiumlegierungsblech, das 0,1–10,0 Masse-% Al und 0,1–4,0 Masse-% Zn enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumlegierungsblech einen Wert r₉₀ des Streckengrenzenverhältnisses von 2,0 oder weniger in einer Zugrichtung senkrecht zu der Walzrichtung hat; und das Magnesiumlegierungsblech wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: eine Dehnung beträgt in der Zugrichtung 10% oder darüber, oder ein Verhältnis I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ ist kleiner als 10, wobei I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₁₎ ein Verhältnis von Beugungsintensitäten I₍₀₀₂₎ in der (002)-Ebene zu I₍₁₀₁₎ in der (101)-Ebene ist, wie es bei Röntgendiffraktometrie auftritt.
Magnesiumlegierungsblech nach Anspruch 10, wobei der Wert r₀ des Streckgrenzenverhältnisses in einer Zugrichtung parallel zu der Walzrichtung 1,2 oder darunter beträgt.
Magnesiumlegierungsblech nach Anspruch 10, wobei das Magnesiumlegierungsblech eine durchschnittliche Korngröße von 10 μm oder darunter hat.
Magnesiumlegierungsblech nach Anspruch 10, wobei das Magnesiumlegierungsblech einen minimalen Biegemodul B von 2 oder weniger hat, der durch die folgende Formel gegeben ist, wobei r ein minimaler Biegeradius eines Stempels ist, der es ermöglicht, ein Prüfmuster in einer Biegeprüfung zu biegen, ohne dass es Oberflächenrisse erhält: B = r/t,wobei r = minimaler Biegeradius, t = Blechdicke in mm.