DE112006000023T5

DE112006000023T5 - Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs sowie Magnesiumlegierungsblech

Info

Publication number: DE112006000023T5
Application number: DE112006000023T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Itami Mori; Nozomu Itami Kawabe
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2026-03-25
Also published as: KR20070114621A; US7879165B2; KR101290932B1; US20080279715A1; DE112006000023B4; WO2006104028A1; CN1969054A; AU2006229212A1; CN100467661C; TW200702451A; JP2007098470A; TWI385257B; US20110091349A1; AU2006229212B2; JP4730601B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs, umfassend das Walzen eines Magnesiumlegierungsformlings („magnesium alloy blank") mit einer Reduktionswalze;
wobei das Walzen das kontrollierte Walzen beinhaltet, bei dem die Oberflächentemperatur Tb (°C) des Formlings direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze den folgenden Ausdruck erfüllt: 8,33 × M + 135 ≤ TB ≤ 8,33 × M + 165wobei 1,0 ≤ M ≤ 10,0 ist und
M und M (in Gewichtsprozent) der Aluminiumgehalt in einer Magnesiumlegierung, die den Formling ausbildet, ist; und
die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze 150°C bis 180°C beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs sowie ein Magnesiumlegierungsblechs, das unter Anwendung des Verfahrens hergestellt wurde. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs, das in der Lage ist, ein Magnesiumlegierungsblech mit exzellenter Druckbearbeitbarkeit zu erzeugen.
Stand der Technik
Magnesiumlegierungen sind Metalle mit niedriger Dichte und haben eine hohe Festigkeit und hohe Steifheit und sind somit für leichtgewichtige Strukturmaterialien attraktiv. Insbesondere sind expandierte Materialien in ihren mechanischen Eigenschaften sowie Festigkeit und Zähigkeit exzellent und werden somit in der Zukunft vermutlich noch populärer werden. Die Eigenschaften von Magnesiumlegierungen werden durch Veränderungen der Arten und Mengen von hinzugefügten Metallelementen verändert. Insbesondere weisen die Legierungen mit hohen Aluminiumgehalten (beispielsweise AZ91 auf Basis der ASTM-Standards) einen hohen Korrosionswiderstand und hohe Festigkeit auf und werden als expandierte Materialien stark nachgefragt.
Magnesiumlegierungen weisen jedoch bei Raumtemperatur aufgrund der hexagonal dichtest gepackten Kristallstruktur eine niedrige plastische Bearbeitbarkeit auf und daher wird eine Pressbearbeitung von Blechmaterialien bei hoher Blechtemperatur von 200°C bis 300°C ausgeführt. Daher wurde die Entwicklung von Magnesiumlegierungsblechen erwünscht, die in der Lage sind, bei einer Temperatur so niedrig wie möglich stabil bearbeitet zu werden.
Bei der Herstellung von Magnesiumlegierungsblech können verschiedene Verfahren angewendet werden. Beispielsweise das Formgießen und das Thixoformen haben jedoch Schwierigkeiten bei der Herstellung von dünnem Aluminiumblech und weisen das Problem auf, dass viele Kristalle in einem Magnesiumlegierungsblech erzeugt werden, das durch Walzen eines extrudierten Materials aus einem Gussblock hergestellt wurde, dass die Kristallkorngröße ansteigt oder die Oberfläche des Blechs aufgeraut wird. Insbesondere tritt in einer Magnesiumlegierung mit hohem Aluminiumgehalt eine Kristallseigerung leicht beim Gießen ein und daher besteht das Problem, Kristalle oder geseigerte Substanzen im abschließenden Legierungsblech auch dann zu hinterlassen, wenn nach dem Gießen ein Wärmebehandlungsschritt oder ein Walzschritt ausgeführt wird, wodurch ein Startpunkt für einen Bruch während der Pressbearbeitung bewirkt wird.
In einem typischen Beispiel bekannter konventioneller Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs wird ein Magnesiumlegierungsformling auf 300°C oder höher vorerhitzt und anschließend mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur gewalzt, wobei die Vorerwärmung und das Walzen wiederholt werden.
Ebenso ist als eine Prozedur zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs, das feine Kristallkörner zur Verbesserung der plastischen Bearbeitbarkeit enthält, das Verfahren bekannt, das im Patentdokument Nr. 1 offenbart wird. Dieses Verfahren beinhaltet das Walzen eines Magnesiumlegierungsformlings bei einer Oberflächentemperatur von 250°C bis 350°C mit einer Reduktionswalze mit einer Oberflächentemperatur von 80°C bis 230°C.
Andere bekannte Prozeduren zur Verbesserung der plastischen Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungsblechen sind in den Patentdokumenten 2 bis 5 offenbart.
Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2005-2378
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2003-27173
Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2005-29871
Patentdokument 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-294966
Patentdokument 5: ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2004-346351
Offenbarung der Erfindung
Probleme, die von der Erfindung zu lösen sind.
Verfahren der Wiederholung einer Vorerwärmung eines Formlings bei 300°C oder mehr und des Walzens mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur vergröbert jedoch die Kristallkörner der Magnesiumlegierung bei der Vorerwärmung und senkt somit die plastische Bearbeitbarkeit des daraus resultierenden Magnesiumlegierungsblechs ab.
Auf der anderen Seite wird in dem Verfahren gemäß Patentdokument 1 das Walzen eines Magnesiumlegierungsblechs bei einer Oberflächentemperatur von 250°C bis 350°C ausgeführt und eine Vielzahl von Walzstichen entfernt unter diesen Bedingungen die im Legierungsblech im letzten Walzstich erzeugte Bearbeitungsspannung. Daher akkumuliert die Bearbeitungsspannung nicht im Blech mit einer abschließenden Dicke und die Kristallkörner des Magnesiumlegierungsblechs werden in einigen Fällen nicht ausreichend fein hergestellt. Als Ergebnis hiervon wird die plastische Bearbeitbarkeit des daraus resultierenden Magnesiumlegierungsblechs nicht ausreichend verbessert.
Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Magnesiumlegierungsblechs, das AZ91 enthält. Das Dokument spezifiziert jedoch nicht einen speziellen Eigenschaftswert der mechanischen Festigkeit und der Pressformbarkeit des dünnen Magnesiumlegierungsblechs.
Patentdokument 3 offenbart ein Aluminiumblechmaterial AZ91. Patentdokument 3 offenbart ebenso ein Beispiel eines Zugtests, in dem eine Superplastizität unter Bedingungen ausgedrückt wurde, die 300°C und eine Spannungsrate von 0,01 (s^–1) sowie eine Verlängerung von 200 beinhalteten. Das Dokument spezifiziert jedoch nicht die plastische Bearbeitbarkeit und die Zugeigenschaften bei der Temperatur (250°C oder niedriger) der tatsächlichen Pressformung des Blechmaterials und beschreibt ebenso kein Beispiel der Pressformung.
Die Patentdokumente 4 und 5 offenbaren ebenso keine speziellen Werte der Zugeigenschaften.
Darüber hinaus offenbaren die oben beschriebenen Dokumente 1 bis 5 nicht, dass die Menge an Kristallen und die in der Magnesiumlegierung während des Gießens erzeugte Seigerung abgesenkt werden, um die plastische Bearbeitbarkeit und die insbesondere die Press-Bearbeitbarkeit zu verbessern.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, ein Magnesiumlegierungsblech mit exzellenter plastischer Bearbeitbarkeit so wie Pressbearbeitbarkeit zu erzeugen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Magnesiumlegierungsblech mit exzellenter plastischer Bearbeitbarkeit so wie Pressbearbeitbarkeit zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Magnesiumlegierungsblech mit hoher Festigkeit und Verlängerung sowie exzellenter Pressbearbeitbarkeit unter Verwendung eines mit Zwillingswalzen vergossenen Rohmaterials zur Verfügung zu stellen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Walzen eines Magnesiumlegierungsformlings mit einer Reduktionswalze. Das Walzen beinhaltet das kontrollierte Walzen, das unter den folgenden Bedingungen (1) und (2) ausgeführt wird, wobei M (in Gewichtsprozent) der Aluminiumgehalt in einer Magnesiumlegierung ist, die den Formling („blank") ausbildet.

(1) Die Oberflächentemperatur Tb in °C des Magnesiumlegierungsformlings erfüllt direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze die folgende Gleichung: 8,33 × M + 135 ≤ TB ≤ 8,33 × M + 165wobei 1,0 ≤ M ≤ 10,0 ist.
(2) Die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze beträgt 150°C bis 180°C.

Wenn die Reduktionswalzen-Temperatur Tr und die Oberflächentemperatur Tb des Formling („blank") wie oben eingestellt wurden, kann das Walzen innerhalb eines Bereichs ausgeführt werden, der keine Rekristallisation der Kristallkörner der Magnesiumlegierung bewirkt. Infolgedessen kann eine Vergröberung der Kristallkörner der Legierung unterdrückt werden und das Walzen kann ausgeführt werden, während das Auftreten von Rissen in der Oberfläche des Formlings („blank") verhindert wird.
Ein Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren zur Herstellung des Magnesiumlegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Das mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Magnesiumlegierungsblech weist eine hohe plastische Bearbeitbarkeit auf und ist in der Lage, das Auftreten von Rissen während der Bearbeitung effektiv zu senken.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
(Hauptpunkt des Verfahrens gemäß der Erfindung)
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Walzen eines Magnesiumformlings verwendet, um ein Magnesiumlegierungsblech vorab eingestellter Dicke herzustellen. In diesem Verfahren wird der Formling („blank") typischerweise nach dem Gießen unter Bedingungen vorgewalzt, die sich von den Bedingungen des kontrollierten Walzens unterscheiden, und anschließend unter den oben beschriebenen kontrollierten Bedingungen abschließend gewalzt. In anderen Worten wird das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf das über den gesamten Bereich des Walzschritts nach dem Gießen durchgeführten kontrollierten Walzen angewendet, sondern ebenso auf das in einem Bereich dieses Abschnitts ausgeführte kontrollierte Walzen
(Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze)
Die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze beträgt 150°C bis 180°C. Bei einer Oberflächentemperatur von weniger als 150°C kann dann, wenn die Walzreduktion pro Strich angehoben wird, eine feine Krokodilhautstruktur in einer Richtung senkrecht zur Verfahrrichtung des Formlings („balnk") während des Walzens des Formlings („blank") auftreten. Auf der anderen Seite wird bei einer Temperatur höher als 180°C die Spannung des Formlings („blank"), die sich im vorhergehenden Walzen angesammelt hat, durch die Rekristallisation der Legierungskristallkörner entfernt, wodurch das Maß der Arbeitsspannung abgesenkt wird und eine Schwierigkeit bei der Herstellung feiner Kristallkörner bewirkt wird.
Die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze kann durch ein Verfahren des Anordnens eines Aufwalzelements sowie eines Erhitzers in der Reduktionswalze oder ein Verfahren des Aufsprühens von heißer Luft auf die Oberfläche der Reduktionswalze gesteuert werden.
(Oberflächentemperatur Tb des Formlings („blank"))
Die Oberflächentemperatur in °C des Magnesiumlegierungsformlings direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze erfüllt die folgende Gleichung: 8,33 × M + 135 ≤ TB ≤ 8,33 × M + 165wobei 1,0 ≤ M ≤ 10,0 ist.
In anderen Worten liegt die untere Grenze der Oberflächentemperatur Tb bei etwa 140°C und die obere Grenze ist bei etwa 248°C. Die Temperatur Tb hängt vom Aluminiumgehalt M (in Gewichtsprozent) in der Magnesiumlegierung ab. Insbesondere für den ASTM-Standard AZ31 kann die Temperatur Tb bei etwa 160°C bis 190°C eingestellt werden, während für AZ91 die Temperatur Tb bei etwa 210°C bis 247°C eingestellt werden kann. Bei einer Temperatur niedriger als die untere Grenze kann für jede Zusammensetzung ähnlich wie bei einer Reduktionswalze bei einer niedrigeren Oberflächentemperatur eine feine Krokodilhautstruktur in einer Richtung senkrecht zur Verfahrrichtung des Formlings auftreten während bei einer Temperatur höher als die obere Grenze bei jeder Zusammensetzung die Spannung des Formlings, die im vorhergehenden Walzen akkumulierte, durch die Rekristallisation der Legierungskristallkörner während der Walzbearbeitung entfernt wird, wodurch die Absenkung der Menge an Arbeitsspannung abgesenkt wird und eine Schwierigkeit bei der Herstellung feiner Kristallkörner auftritt.
Auch dann, wenn die Oberflächentemperatur Tb des Formlings in dem oben beschriebenen speziellen Bereich beispielsweise mit einer Reduktionswalzenoberfläche bei Raumtemperatur fällt, wird die Oberflächentemperatur des Formlings zum Zeitpunkt des Kontakts mit der Walze abgesenkt, wodurch Risse in der Oberfläche des Formlings erzeugt werden. Durch eine Spezifizierung nicht nur der Oberflächentemperatur der Reduktionswalze, sondern ebenso der Oberflächentemperatur des Formlings kann das Auftreten von Rissen effektiv unterdrückt werden.
(Walzreduktion des kontrollierten Walzens)
Die Gesamtwalzreduktion des kontrollierten Walzens liegt vorzugsweise bei 10% bis 75%. Die Gesamtwalzreduktion wird durch (Dicke des Blechs vor dem kontrollierten Walzen – Dicke des Blechs nach dem kontrollierten Walzen)/(Dicke vor dem kontrollierten Walzen) × 100 ausgedrückt. Wenn die Gesamtwalzreduktion niedriger als 10% ist, wird die Bearbeitungsspannung des bearbeiteten Objekts abgesenkt und der Effekt der Erzeugung feiner Kristallkörner wird abgesenkt. Im Gegensatz hierzu wird dann, wenn die Gesamtwalzreduktion 75% übersteigt, die Bearbeitungsspannung nahe der Oberfläche des zu bearbeitenden Objekts erhöht und somit kann eine Rissbildung auftreten. Beispielsweise kann dann, wenn die abschließende Dicke des Blechs 0,5 mm beträgt, ein Blechmaterial von 0,56 bis 2.0 mm Dicke einer kontrollierten Walzung unterzogen werden. Insbesondere die Gesamtwalzreduktion des kontrollierten Walzens im Bereich von 20% bis 50%.
Darüber hinaus liegt die Walzreduktion pro Stich (durchschnittliche Walzreduktion pro Stich) des kontrollierten Walzens vorzugsweise bei 5% bis 20%. Wenn die Walzreduktion pro Stich exzessiv niedrig ist, wird ein effizientes Walzen schwierig, während dann, wenn die Walzreduktion pro Stich exzessiv hoch ist, Defekte sowie Risse leicht im zu walzenden Objekt auftreten können.
(Andere Walzbedingungen)
Eine Vielzahl von den oben erwähnten kontrollierten Walzstichen wird ausgeführt. Unter der Vielzahl von Stichen wird zumindest ein Stich vorzugsweise in einer Richtung entgegengesetzt der Walzrichtung in den anderen Stichen ausgeführt. Durch das Walzen in entgegen gesetzter Richtung wird die Bearbeitungsspannung leicht gleichmäßig in das zu bearbeitende Objekt verglichen mit einer Vielzahl von Walzstichen in der gleichen Richtung eingeführt. Als Ergebnis hiervon können generell Variationen in der Kristallkorngröße nach der nach dem kontrollierten Walzen ausgeführten abschließenden Wärmebehandlung abgesenkt werden.
Zusätzlich beinhaltet wie oben erwähnt das Walzen des Formlings generell ein Vorwalzen und ein abschließendes Walzen. In diesem Fall ist zumindest das abschließende Walzen vorzugsweise das kontrollierte Walzen. Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der plastischen Bearbeitbarkeit wird das kontrollierte Walzen vorzugsweise über den gesamten Bereich des Walzschritts ausgeführt. Das abschließende Walzen wird jedoch vorzugsweise als kontrolliertes Walzen ausgeführt, da das abschließende Walzen am meisten mit der Unterdrückung der Vergröberung der Kristallkörner des abschließenden Magnesiumlegierungsblechs befasst ist.
In anderen Worten ist das Vorwalzen anders als das abschließende Walzen durch die Walzbedingungen des kontrollierten Walzens eingeschränkt. Insbesondere ist die Oberflächentemperatur des Formlings, der vorzuwalzen ist, nicht besonders beschränkt. Die Oberflächentemperatur und die Walzreduktion des Formlings, der vorgewalzt werden soll, kann so gesteuert werden, dass Bedingungen der größtmöglichen Absenkung der Kristallkorngröße des Legierungsblechs ausgewählt werden. Beispielsweise kann dann, wenn die Dicke des Formlings vor dem Walzen und die Dicke des abschließenden Blechs 4,0 mm bzw. 0,5 mm betragen, der Formling auf eine Dicke von 0,56 mm bis 2,0 mm vorgewalzt werden und anschließend abschließend gewalzt werden.
Insbesondere wird unter Vorwalzbedingungen, in denen die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze auf 180°C oder mehr eingestellt wird und die Walzreduktion pro Stich erhöht wird, erwartet, dass die Bearbeitungseffizienz des Vorwalzens erhöht wird. In diesem Fall beträgt beispielsweise die Walzreduktion pro Stich vorzugsweise 20% bis 40%. Auch wenn die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze 180°C oder mehr beträgt, ist die Oberflächentemperatur vorzugsweise jedoch 250°C oder niedriger, um die Rekristallisation der Legierungskristallkörner zu unterdrücken.
Zusätzlich beträgt im Vorwalzschritt die Oberflächentemperatur Tb des Formlings direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze vorzugsweise 300°C oder höher und die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze 180°C oder höher. In diesem Fall weist das Blech nach dem Vorwalzen einen verbesserten Oberflächenzustand ohne Kantenrisse auf. Wenn die Formlingoberflächentemperatur und die Walzenoberflächentemperatur 300°C oder niedriger bzw. 180°C oder niedriger betragen, kann die Walzreduktion nicht erhöht werden, wodurch die Bearbeitungseffizienz des Vorwalzschritts abgesenkt wird. Obwohl die obere Grenze der Formlingoberflächentemperatur nicht besonders beschränkt ist, kann der Oberflächenzustand des Blechs nach dem Vorwalzen bei einer höheren Oberflächentemperatur abgesenkt werden. Daher liegt die Oberflächentemperatur vorzugsweise bei 400°C oder niedriger. Obwohl die obere Grenze der Oberflächentemperatur für die Walze beim Vorwalzen nicht besonders beschränkt ist, kann die Walze selbst jedoch durch thermische Ermüdung bei einer höheren Temperatur beschädigt werden. Daher beträgt die Oberflächentemperatur der Walze vorzugsweise 300°C oder niedriger.
Wenn die Walzreduktion pro Stich beim Vorwalzen des oben beschriebenen Temperaturbereichs 20% bis 40% beträgt, kann die Variation in der Korngröße des Magnesiumlegierungsblechs, das nach dem Vorwalzen abschließend gewalzt wird, in wünschenswerter Weise abgesenkt werden. Wenn die Walzreduktion pro Stich beim Vorwalzen weniger als 20% beträgt, wird der Effekt der Absenkung der Variation der Korngröße nach dem Walzen abgesenkt, während dann, wenn die Walzreduktion 40% übersteigt, Kantenrisse an der Kante des Magnesiumlegierungsblechs während des Walzens auftreten. Die Anzahl von Stichen (Stichanzahl) des Walzens mit einer Walzreduktion innerhalb dieses Bereichs ist vorzugsweise zumindest zwei, da ein Stich beim Walzen einen geringeren Effekt ausübt.
Darüber hinaus wird beim Walzen (anfängliches Vorwalzen) des gegossenen Formlings bevorzugt, die Temperatur des Formlings anzuheben und die Walzreduktion innerhalb des oben beschriebenen Walzreduktionsbereichs so anzuheben, dass Walzen direkt vor dem abschließenden Walzen die Formlingtemperatur bei 300°C liegt und die Walzreduktion bei 20% ist.
Ein Vorwalzen unter den oben erwähnten Bedingungen kann die plastische Bearbeitbarkeit des Magnesiumlegierungsblechs, welches durch abschließendes Walzen im Anschluss an das Vorwalzen erreicht wurde, verbessern. Insbesondere ist es möglich, den Oberflächenzustand des Legierungsblechs zu verbessern, das Auftreten von Kantenrissen zu unterdrücken und die Variation der Korngröße des Legierungsblechs abzusenken. Ebenso kann das Maß an Seigerung in dem Magnesiumlegierungsblech abgesenkt werden.
(Formling)
Der beim Walzen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Formling kann aus einer Magnesiumlegierung zusammengesetzt sein, die Aluminium und andere Komponenten sind nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Materialien sowie die ASTM-Standards AZ, AM und AS-Legierungen vorzugsweise verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des Magnesiumlegierungsformlings ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann ein durch ein Gussblock-Gießverfahren, ein Extrusionsverfahren sowie ein Zwillingswalzen-Gießverfahren hergestellter Formling verwendet werden.
Beim Gussblock-Gießverfahren wird beispielsweise zur Herstellung des Formlings ein Gussblock von 150 mm bis 300 mm Dicke gegossen und der gegossene Gussblock wird nach dem Schneiden der Oberfläche des gegossenen Gussblocks warmgewalzt. Das Gussblock-Gießverfahren ist für eine Massenproduktion geeignet und in der Lage, den Formling bei niedrigen Kosten herzustellen.
Im Extrusionsverfahren für die Herstellung des Formlings wird beispielsweise ein Block von 300 mm Durchmesser gegossen und der daraus resultierende Block wird wieder erwärmt und anschließend extrudiert. Das Extrusionsverfahren beinhaltet eine starke Kompression des Blocks während der Extrusion und somit können die Kristalle in dem Block in einem gewissen Maße gebrochen werden, wobei diese Kristalle leicht Startpunkte für eine Rissbildung während des anschließenden Walzens des Formlings und der plastischen Bearbeitung des gewalzten Materials bewirken.
Beim Zwillingswalzen-Gießverfahren zur Herstellung des Formlings wird eine Schmelze von einem Einlass zwischen einem Paar von Walzen an einander gegenüberliegenden umfänglichen Oberflächen befördert und ein erstarrter Formling wird von einem Auslass als dünnes Blech zur Verfügung gestellt.
Unter den durch diese drei Verfahren hergestellten Formlingen wird der durch das Zwillingswalzen-Gießverfahren hergestellte Formling vorzugsweise verwendet. Das Zwillingswalzen-Gießverfahren ist in der Lage, unter Verwendung von Zwillingswalzen eine schnelle Erstarrung zu bewirken und somit kleine innere Defekte sowie Oxide eine Seigerung in dem daraus resultierenden Fomling zu bewirken. Insbesondere können dem ein Blech mit einer abschließenden Dicke von 1,2 mm oder weniger gewalzt wurde, Defekte mit einem gegenläufigen Einfluss nach der plastischen Bearbeitung sowie der Pressbearbeitung eliminiert werden. Insbesondere verbleiben keine Körper von 10μm oder mehr Durchmesser im gewalzten Blech. Zusätzlich kann unabhängig von der Legierungszusammensetzung sowie AZ31 oder AZ91 ein Formling mit einer kleinen Menge an Kristallen erhalten werden. Darüber hinaus kann unter Verwendung eines schwierig zu bearbeitenden Materials ein dünnes Blech erhalten werden und somit kann die Anzahl von abschließenden Walzschritten für den Formling abgesenkt werden und somit können die Kosten verringert werden.
(Andere Bearbeitungsbedingungen)
Als andere Bearbeitungsbedingung kann, falls erforderlich, eine Lösungsbehandlung des Formlings vor dem Walzen ausgeführt werden. Die Bedingungen der Lösungsbehandlung beinhalten beispielsweise 380°C bis 420°C und etwa 60 Minuten und vorzugsweise 390°C bis 410°C und etwa 360 Minuten bis 600 Minuten. Diese Lösungsbehandlung kann die Seigerungen verringern. Insbesondere wird eine Magnesiumlegierung mit hohem Aluminiumgehalt, die mit der AZ91 übereinstimmt, vorzugsweise einer Lösungsbehandlung über eine lange Zeitdauer unterworfen.
Wenn nötig, kann ein Spannungslösungsglühen im Walzschritt (der nicht das kontrollierte Walzen sein muss) ausgeführt werden. Die Spannungslösungsglühung wird vorzugsweise zwischen den Stichen in einem Abschnitt des Walzschritts ausgeführt. Die Stufe im Walzschritt, in der die Spannungslösungsbehandlung ausgeführt wird, und die Anzahl von Spannungslösungsbehandlungen kann geeignet in Hinsicht auf die Menge an im Magnesiumslegierungsblech angesammelter Spannung ausgewählt werden. Die Spannungslösungsbehandlung erlaubt eine sanfte Walzung im anschließenden Stich. Die Spannungslösungsbehandlungsbedingungen beinhalten beispielsweise 250°C bis 350°C und etwa 20 Minuten bis 60 Minuten.
Darüber hinaus wird das gewalzte Material nach der gesamten Walzbearbeitung vorzugsweise abschließend geglüht. Da die Kristallstruktur des Magnesiumlegierungsblechs nach dem abschließenden Walzen eine ausreichend akkumulierte Bearbeitungsspannung enthält, tritt eine Rekristallisierung im abschließenden Glühen ein. Insbesondere weist auch ein Legierungsblech, das abschließend geglüht wurde, um Spannungen zu lösen, eine feiner kristallisierte Struktur auf und wird somit in einem hochfesten Zustand gehalten. Auch dann, wenn die Struktur des Legierungsblechs vorab rekristallisiert wurde, tritt eine große Veränderung der Kristallstruktur sowie eine Vergröberung der Kristallkörner in der Struktur des Legierungsblechs nach der plastischen Bearbeitung bei einer Temperatur von etwa 250°C nicht ein. Daher kann in abschließend geglühten Magnesiumlegierungen ein durch plastische Bearbeitung deformierter Abschnitt in seiner Festigkeit durch Kaltverfestigung verbessert werden und ein nicht plastisch deformierter Abschnitt kann bei seiner Festigkeit wie vor der Bearbeitung beibehalten werden. Die abschließenden Glühbedingungen beinhalten 200°C bis 350°C und etwa 10 Minuten bis 60 Minuten. Insbesondere dann, wenn der Aluminiumgehalt und der Zinkgehalt in der Magnesiumlegierung 2,5 bis 3,5% bzw. 0,5 bis 1,5% betragen, wird die abschließende Glühung bei vorzugsweise 220°C bis 260°C für 10 Minuten bis 30 Minuten ausgeführt. Wenn der Aluminiumgehalt und der Zinkgehalt in der Magnesiumlegierung 8,5 bis 10,0 bzw. 0,5 bis 1,5% betragen, wird die abschließende Glühung vorzugsweise bei 300°C bis 340°C für 10 bis 30 Minuten ausgeführt.
(Mittenseigerung)
In den aus den Zwillingswalzen-Gussmaterial erzeugten Blech tritt Seigerung in einem zentralen Abschnitt in Dickenrichtung während des Gießens auf. In der Aluminium enthaltenden Magnesiumlegierung ist eine geseigerte Substanz eine intermetallische Mischung, die hauptsächlich aus der Zusammensetzung Mg₁₇Al₁₂ besteht, und je höher der Verunreinigungsgehalt in der Magnesiumlegierung ist, desto mehr Seigerung tritt auf. Beispielsweise ist in einer ASTM-Standard-AZ-Legierung das Maß an Seigerung in AZ91 mit einem Aluminiumgehalt von etwa 9 Gew.-% größer als das in AZ31 mit einem Aluminiumgehalt von etwa 3 Gew.-%. Auch in der AZ91, die eine größere Seigerung bewirkt, kann die Länge von Seigerungen in Dickenrichtung des Magnesiumlegierungsblechs auf 20 μm oder weniger durch eine Lösungsglühung und unter geeigneten Bedingungen vor dem oben beschriebenen Vorwärtsschritt und dem abschließenden Walzschritt verteilt werden. Der Ausdruck „Seigerung wird verteilt" bedeutet, dass eine lineare Seigerung in Dickenrichtung und in Längenrichtung unterteilt wird. Das Kriterium für die Länge der Seigerung in Dickenrichtung, die keine Schwierigkeiten bei der Pressbearbeitung bewirkt, ist 20 µm oder kleiner. Daher wird die Länge an Seigerungen in Dickenrichtung vorzugsweise weiter abgesenkt, um kleiner als 20 µm zu sein, und es wird somit vermutet, dass die Festigkeitseigenschaften durch Verteilung der maximalen Länge der Seigerung auf eine Länge kleiner als die Kristallkorngröße des Basismaterials verbessert wird.
(Mechanische Eigenschaften des Magnesiumlegierungsblechs)
Wenn die Spannungen im Walzschritt akkumuliert sind und nicht durch eine Wärmebehandlung bei der Produktion des Magnesiumlegierungsblechs entfernt werden, kann die Zugfestigkeit leicht auf 360 MPa eingeregelt werden. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, die Verlängerung des Legierungsblechs auf 10% oder mehr zu regeln. Insbesondere dann, wenn die Bruchverlängerung bei Raumtemperatur geringer als 15% beträgt, ist die plastische Bearbeitbarkeit niedrig und Beschädigungen sowie Risse oder Einrisse können beim Pressformen bei einer Temperatur von etwa 250°C oder niedriger auftreten. Auf der anderen Seite beträgt dann, wenn die Bruchverlängerung des Magnesiumlegierungsblechs bei Raumtemperatur 15% oder mehr beträgt, die Bruchverlängerung bei 250°C des Legierungsblechs 100 oder mehr und im Wesentlichen treten keine Schädigungen sowie Oberflächenrisse oder Einrisse im Magnesiumlegierungsblech beim Pressformen auf. Das Verfahren zur Herstellung des Magnesiumlegierungsblechs ist gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs mit den oben beschriebenen mechanischen Eigenschaften effektiv. Insbesondere kann auch bei Verwendung einer Magnesiumlegierung mit einem hohen Aluminiumgehalt M von 8,5 bis 10,0 Gew.-% (des Weiteren einen Zinkgehalt von 0,5 bis 1,5 Gew.-% aufweisend) ein Magnesiumlegierungsblech mit einer Zugfestigkeit von 360 MPa oder mehr, eine Streckgrenze von 270 MPa oder mehr sowie eine Bruchverlängerung von 15% oder mehr bei Raumtemperatur erzeugt werden. Das Verfahren zur Herstellung des Magnesiumlegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Magnesiumlegierungsblech mit einem Fließverhältnis von 75% oder mehr erzeugen.
Das Magnesiumlegierungsblech wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich plastisch bearbeitet, indem die mechanischen Eigenschaften des Legierungsblechs nicht signifikant durch die Rekristallisation der Struktur des Legierungsblechs während der plastischen Bearbeitung verändert werden. Beispielsweise wird ein Magnesiumlegierungsblech mit 1,0 bis 10,0 Gew.-% Aluminium vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 250°C oder weniger plastisch bearbeitet. In dem Verfahren zur Herstellung des Magnesiumlegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Magnesiumlegierungsblech mit einem Aluminiumgehalt von M von 8,5 bis 10,0 Gew.-% und einen Zinkgehalt von 0,5 bis 1,5 Gew.-% so erzeugt werden, dass es eine Zugfestigkeit von 120 MPa oder mehr und eine Bruchverlängerung von 80% oder mehr bei 200°C aufweist, sowie eine Zugfestigkeit von 90 MPa oder mehr sowie eine Bruchverlängerung von 100 oder mehr bei 250°C. Daher ist das Verfahren für die plastische Bearbeitung geeignet, insbesondere für eine hohe Deformation sowie die Pressformung. Darüber hinaus kann in dem Verfahren zur Herstellung des Magnesiumslegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung ein mit der AZ31 korrespondierendes Magnesiumlegierungsblech mit einer Zugfestigkeit von 60 MPa oder mehr und einer Bruchdehnung von 120% oder mehr bei 250°C hergestellt werden.
Vorteile der Erfindung
Wie oben beschrieben, bietet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die nachfolgenden Vorteile:
In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Temperatur des Formlings („blank") sowie die Temperatur der Reduktionswalze beim Walzen so festgelegt, dass das Walzen innerhalb eines Bereichs ausgeführt werden kann, der keine Rekristallisation der Kristallkörner der verwendeten Magnesiumlegierung bewirkt. Es ist somit möglich, die Vergröberung der Kristallkörner der Legierung zu unterdrücken und ein Walzen zu ermöglichen, das nur wenige Risse in der Oberfläche des verwendeten Formlings bewirkt. Es ist ebenso möglich, die Länge an Seigerungen im zentralen Abschnitt des Formlings abzusenken und die Variation der Korngröße der Kristallkörner zu verringern.
Insbesondere dann, wenn ein durch Zwillingswalzen-Gießen hergestellter Formling gewalzt wird, dienen die Kristalle als Startpunkte für nur eine geringe Rissbildung, wodurch keine Risse erzeugt werden und eine plastische Bearbeitung ermöglicht wird, die im Wesentlichen keine Rissbildung bewirkt.
Das Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Eigenschaften auf:
Das Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine besonders exzellente plastische Bearbeitbarkeit auf, da es aus feinen Kristallkörnern zusammengesetzt ist.
Das Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt gleichzeitig eine Zugfestigkeit von 360 MPa oder mehr, eine Streckgrenze von 270 MPa oder mehr sowie eine Bruchverlängerung von 15% oder mehr und erzeugen somit keine Probleme auch, wenn es pressgeformt wird.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
(Testbeispiel 1)
Ein Magnesiumlegierungsformling mit einer Dicke von 4 mm und einer Zusammensetzung, die mit der AZ31 übereinstimmt und Magnesium, 3,0% Aluminium sowie 1,0% Zink (in Gew.-%) enthält, wurde mittels des kontinuierlichen Zwillingswalzen-Gießverfahrens hergestellt. Der Formling wurde auf eine Dicke von 1 mm vorgewalzt, um ein vorgewalztes Blech mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von 6,5 µm herzustellen. Das Vorwalzen wurde durch Vorerwärmung des Formlings auf 250 bis 350°C und anschließendes Walzen des Formlings mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur ausgeführt. Die durchschnittliche Kristallkorngröße wurde durch die Berechnungs-Ausdrücke, die in JIS G0551 beschrieben sind, ausgeführt. Anschließend wurde das vorgewalzte Blech auf eine Dicke von 0,5 mm unter verschiedenen Bedingungen abschließend gewalzt. Jedes der abschließend gewalzten Bleche wurde abschließend bei 250°C für 30 Minuten wärmebehandelt und eine Scheibe mit einem Durchmesser von 92 mm wurde aus jedem wärmebehandelten Material herausgeschnitten und als Bewertungsprobe verwendet.
Danach wurde die Beobachtungsoberfläche jeder Probe poliert (abrasive Diamantkörner #200) und anschließend geätzt, um anschließend die Struktur zu überprüfen und die durchschnittliche Kristallkorngröße im Sichtfeld eines optischen Mikroskops mit einer Vergrößerung von 400 zu messen.
Darüber hinaus wurde jede Probe unter Verwendung eines zylindrischen Stempels und einer Pressform mit einem zylindrischen Loch, das mit dem Stempel unter den nachfolgenden Bedingungen in Eingriff steht, tiefgezogen:
Eingestellte Formtemperatur: 200°C
Stempeldurchmesser: 40,0 mm (Radius: Rp = 4 mm)
Presslochdurchmesser: 42,5 mm (Schulterradius: Rd = 4 mm)
Abstand: 1,25 mm
Formrate: 2,0 mm/min
Zugverhältnis: 2,3
Hierbei ist Rp der Radius einer Kurve, die den äußeren Umfang des Stempels in einem Längsschnitt der Stempelspitze darstellt, und Rd ist der Radius einer Kurve, die die Pressloch-Öffnungen in einem Längsschnitt der Presse ausbildet. Das Zugverhältnis wird als (Durchmesser der Probe geteilt durch den Durchmesser des Stempels) definiert.
Die abschließenden Walzbedingungen und die Testresultate sind in Tabelle 1 zusammengefasst. In dieser Tabelle bedeutet jede Kennzeichnung das Folgende:
Blechtemperatur: Die Oberflächentemperatur des Formlings direkt vor dem abschließenden Walzen.
Walztemperatur: Die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze vor dem abschließenden Walzen.
Walzrichtung: „Konstant" bedeutet, dass sämtliche Walzstiche in der gleichen Richtung ausgeführt wurden, und „R" bedeutet, dass die Walzrichtung in jedem Walzstich umgedreht wurde.
Durchschnittliche Walzreduktion pro Stich: Gesamtwalzreduktion (50%) durch Anzahl von Malen des Walzens von einer Dicke 1 mm auf eine Dicke von 0,5 mm.
Blechoberflächenzustand: Symbol „A" bedeutet, dass keine Risse oder Falten im gewalzten Material auftraten; Symbol „B" bedeutet, dass eine leichte Krokodilhaut auftrat; und Symbol „C" bedeutet, dass Risse auftraten.
Kantenriss: Symbol „A" bedeutet, dass keine Risse an der Kante eines gewalzten Materials auftraten; Symbol „B" bedeutet, dass nur geringe Risse auftragen; und Symbol „C" bedeutet, dass Risse auftraten.
Tiefziehfähigkeit: Symbol „a" bedeutet, dass keine Risse an den Körnern des produzierten Guts auftragen; Symbol „B" bedeutet, dass Falten, jedoch keine Risse auftraten; und Symbol „C" bedeutet, dass Risse oder Brüche auftragen.
Tabelle I

Walzrichtung: „R" bedeutet die umgekehrte Walzrichtung.

Diese Tabelle zeigt, dass sämtliche unter den kontrollierten Walzbedingungen der vorliegenden Erfindung, wie sie dargelegt sind, abschließend gewalzten Proben eine kleine durchschnittliche Korngröße, weder Kantenrisse noch feine Risse in den Oberflächen sowie eine exzellente Tiefziehfähigkeit aufwiesen. Die Kristalle in den Proben gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine Größe von 5 µm oder kleiner auf.
(Testbeispiel 2)
Im Anschluss wurde der gleiche Formling mit einer Dicke von 4 mm wie im Testbeispiel 1 vorbereitet und anschließend auf eine vorab bestimmte Dicke vorgewalzt, um vorgewalzte Bleche mit unterschiedlichen Dicken herzustellen. Das Vorwalzen wurde durch Vorerwärmung des Formlings bei 250°C bis 350°C und anschließendes Walzen des Formlings mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur ausgeführt. Jedes der vorgewalzten Bleche wurde auf eine abschließende Blechdicke von 0,5 mm mit unterschiedlichen Gesamtwalzreduktionen abschließend gewalzt, um abschließend gewalzte Bleche herzustellen. Das abschließende Walzen wurde unter den Bedingungen ausgeführt, in denen die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem abschließenden Walzen 160°C bis 190°C betrug, und die Oberflächentemperatur einer Abschluss-Reduktionswalze in dem Bereich von 150°C bis 180°C gesteuert war. Danach wurde jedes der abschließend gewalzten Materialien bei 250°C für 30 Minuten unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 1 wärmebehandelt, um eine Bewertungsprobe auszubilden.
Für diese Proben wurden die Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße, die Bewertung des Blechoberflächenzustands, die Bewertung von Kantenrissen und die Gesamtbewertung dieser Bewertungsergebnisse durch die gleichen Verfahren wie im Testbeispiel 1 ausgeführt. Die Walzreduktion pro Stich und die gesamte Walzreduktion beim abschließenden Walzen sowie die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In dieser Tabelle bedeuten die Begriffe „Blechoberflächenzustand" sowie „Kantenriss" das Gleiche wie im Testbeispiel 1. Der Begriff „Gesamtwalzreduktion" bedeutet die gesamte Walzreduktion beim abschließenden Walzen von der Dicke des vorgewalzten Materials auf die abschließende Blechdicke, d.h. die Gesamtwalzreduktion des Walzens bei einer Blechoberflächentemperatur von 160°C bis 190°C. Der numerische Wert, der in Nr. 2-1 gezeigt ist, stellt jedoch dar, dass das vorgewalzte Blech bei einer Blechoberflächentemperatur von 220°C abschließend gewalzt wurde.
[Tabelle II]
Diese Tabelle zeigt, dass die Proben mit einer Gesamtwalzreduktion von 10% bis 75% exzellente Ergebnisse in der Gesamtbewertung ergaben.
(Testbeispiel 3-1)
Ein Magnesiumlegierungsformling mit einer Dicke von 4 mm sowie einer Zusammensetzung, die mit der AZ91 übereinstimmt und Magnesium 9,0% Aluminium sowie 1,0% Zink (in Gew.-%) enthält, wurde das kontinuierliche Zwillingswalzen-Gießverfahren hergestellt. Der Formling wurde auf eine vorab bestimmte Dicke von 1 mm vorgewalzt, um ein vorgewalztes Blech mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von 6,8 µm herzustellen. Das Vorwalzen wurde durch Vorerwärmen des Formlings bei 300°C bis 380°C und anschließendes Walzen des Formlings mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur ausgeführt. Die durchschnittliche Kristallkorngröße wurde durch die Berechnung, wie sie in JIS G0551 beschrieben wurde, bestimmt. Anschließend wurde das vorgewalzte Blech auf eine Dicke von 0,5 mm unter verschiedenen Bedingungen abschließend gewalzt. Jedes der abschließend gewalzten Bleche wurde bei 320°C für 30 Minuten wärmebehandelt und eine Scheibe mit einem Durchmesser von 92 mm wurde aus jedem wärmebehandelten Material herausgeschnitten und als Bewertungsprobe verwendet.
Anschließend wurde die Betrachtungsoberfläche jeder Probe poliert (abrasive Diamentkörner #200) und dann geätzt, um die Struktur zu betrachten und die durchschnittliche Kristallkorngröße im Gesichtsfeld eines optischen Mikroskops mit einer Vergrößerung von 400 zu messen.
Darüber hinaus wurde jede Probe unter Verwendung eines zylindrischen Stempels und einer Presse mit einem zylindrischen Loch, die mit dem Stempel unter den gleichen Bedingungen wie im Testbeispiel I in Eingriff steht, außer dass die eingestellte Formtemperatur bei 250°C lag, tiefgezogen. Die abschließenden Walzbedingungen und die Testergebnisse sind in Tabelle III zusammengefasst. In dieser Tabelle bedeutet jede Kennzeichnung das Gleiche wie im Testbeispiel 1.
Tabelle III

Walzrichtung: „R" bedeutet die umgekehrte Walzrichtung.

(Testbeispiel 3-2)
Ein Magnesiumlegierungsformling vom Testbeispiel 3-1 unterschiedlichen Aluminiumgehalt wurde für die Bewertung der Einflüsse der Formlingtemperatur und der Walztemperatur beim abschließenden Walzen mittels des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 3-1 verwendet. Die Herstellungsbedingungen waren anders als die abschließenden Walzbedingungen und die Bewertungsverfahren für die Magnesiumlegierungsbleche die Gleichen wie im Testbeispiel 3-1. Der Aluminiumgehalt des Magnesiumlegierungsformlings war 9,8 Gew.-% und der Zinkgehalt war 1,0 Gew.-%. Die Bedingungen für das abschließende Walzen sowie die Testergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefasst.
[Tabelle IV]

Walzrichtung: „R" bedeutet die umgekehrte Walzrichtung.

Die Tabellen III und IV zeigen, dass sämtliche unter den in der vorliegenden Erfindung angegebenen kontrollierten Walzbedingungen abschließend gewalzten Proben kleine durchschnittliche Korngrößen, weder Kantenrisse noch feinerer Risse in den Oberflächen sowie wie exzellente Tiefziehfähigkeit aufweisen.
(Testbeispiel 4-1)
Im Anschluss wurde der gleiche Formling mit einer Dicke von 4 mm wie im Testbeispiel 3-1 vorbereitet und anschließend auf eine vorab bestimmte Dicke vorgewalzt, um vorgewalzte Bleche mit unterschiedlichen Dicken auszubilden. Das Vorwalzen wurde durch Vorerwärmung des Formlings bei 300°C bis 380°C und anschließendes Walzen des Formlings mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur ausgeführt. Jedes der vorgewalzten Bleche wurde auf eine abschließende Blechdicke von 0,5 mm mit unterschiedlichen Gesamtwalzreduktionen abschließend gewalzt, um abschließend gewalzte Bleche herzustellen. Das abschließende Walzen wurde unter den Bedingungen durchgeführt, in denen die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem abschließenden Walzen 210°C bis 240°C betrug und die Oberflächentemperatur einer Abschlussreduktionswalze in dem Bereich von 150°C bis 180°C eingeregelt war. Danach wurde jedes der abschließend gewalzten Materialien bei 320°C für 30 Minuten unter Anwendung des Verfahrens wie im Testbeispiel 3-1 wärmebehandelt, um eine Bewertungsprobe herzustellen.
Für diese Proben wurden die Messung der durchschnittlichen Metallkorngröße, die Bewertung des Blechoberflächenzustands, die Bewertung von Kantenrissen sowie die Gesamtbewertung dieser Bewertungsergebnisse durch die gleichen Verfahren wie im Testbeispiel 3-1 ausgeführt. Die Walzreduktion pro Stich sowie die Gesamtwalzreduktion beim abschließenden Walzen und die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle V gezeigt. In dieser Tabelle bedeuten die Begriffe „Blechoberflächenzustand" sowie „Kantenriss" das Gleiche wie im Testbeispiel 1. Der Begriff „Gesamtwalzreduktion" bedeutet die Gesamtwalzreduktion beim abschließenden Walzen von der Dicke des vorgewalzten Materials auf die abschließende Blechdicke, d.h. die Gesamtwalzreduktion bei einer Oberflächentemperatur von 210°C bis 240°C. Der in Nr. 4-1 in Klammern gezeigte numerische Wert kennzeichnet jedoch, dass das vorgewalzte Blech bei einer Blechoberflchentemperatur von 270°C abschließend gewalzt wurde.
Tabelle V
(Testbeispiel 4-2)
Ein Magnesiumlegierungsformling vom Testbeispiel 4-1 unterschiedlichen Aluminiumgehalt wurde zur Bewertung der Einflüsse der durchschnittlichen Walzreduktion pro Stich sowie der Gesamtwalzreduktion beim abschließenden Walzen unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 4-1 verwendet. Die Herstellungsbedingungen waren anders als die abschließenden Walzbedingungen sowie das Bewertungsverfahren für die Magnesiumlegierungsbleche die Gleichen wie im Testbeispiel 4-1. Der Aluminiumgehalt des Magnesiumlegierungsformlings betrug 9,8 Gew.-% und der Zinkgehalt betrug 1,0 Gew.-%. Die abschließenden Walzbedingungen sowie die Testergebnisse sind in Tabelle VI zusammengefasst.
Tabelle VI
Die Tabellen V und VI zeigen, dass die Proben mit Gesamtwalzreduktionen von 10% bis 75% exzellente Resultate in der Gesamtbewertung zeigen.
(Zusammenfassung der Testbeispiele 1-4)
Auf Basis der Ergebnisse der Testbeispiele 1 bis 4 wurde die Beziehung zwischen der Oberflächentemperatur Tb (°C) des Formlings direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze sowie des Aluminiumgehalts M (in Gew.-%) in den Formling ausbildenden Magnesiumlegierung durch grafische Bewertung dargestellt. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass dann, wenn die Oberflächentemperatur Tb des Formlings die nachfolgende Gleichung erfüllt, ein kontrolliertes Walzen mit einer Reduktionswalze bei einer Oberflächentemperatur Tr von 150°C bis 180°C ein Magnesiumlegierungsblech erzeugt, das feine Kristallkörper enthält und eine exzellente plastische Bearbeitbarkeit aufweist. 8,33 × M + 135 ≤ Tb ≤ 8,33 × M + 165Wobei 1,0 ≤ M ≤ 10,0 ist.
(Testbeispiel 5)
Darüber hinaus wurden Magnesiumlegierungsbleche (die mit AZ31 übereinstimmen) unter Verwendung unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung des Formlings und unterschiedlichen Walzbedingungen hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung des Formlings sowie die Walzbedingungen waren wie folgt:
<Verfahren zur Herstellung des Formlings>

A1: Ein Formling mit einer Dicke von 4 mm wurde durch kontinuierliches Zwillingswalz-Gießen hergestellt.
A2: Ein Gußblock mit einer Dicke von 200 mm wurde gegossen, an dessen Oberfläche geschnitten und anschließend warmgewalzt, um einen Formling mit einer Dicke von 4 mm auszubilden.

<Walzverfahren>

B1: Beim Vorwalzen (Dicke von 4 mm auf 1 mm) wurde der Formling bei 250°C bis 350°C vorerwärmt und anschließend mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur gewalzt. Beim kontrollierten Walzen als abschließendem Walzen (dicke von 1 mm auf 0,5 mm) betrug die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze 150°C bis 180°C und die Oberflächentemperatur des vorgewalzten Blechs direkt vor dem Eintritt in die Reduktionswalze betrug 160°C bis 190°C.
B2: Der Formling wurde bei 300°C bis 400°C vorerwärmt und anschließend mit einer Reduktionswalze bei Raumtemperatur in sämtlichen Walzstichen (Dicke von 4 mm auf 0,5 mm) gewalzt.

Das Magnesiumlegierungsblech wurde in Kombinationen der oben beschriebenen und in Tabelle V gezeigten Bedingungen gewalzt und anschließend wurde das gewalzte Blech abschließend bei 250°C für 30 Minuten wärmebehandelt. Für die daraus resultierenden Magnesiumlegierungsbleche wurde die Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße, die Bewertung des Blechoberflächenzustands, die Bewertung von Kantenrissen sowie die Gesamtbewertung dieser Bewertungsergebnisse ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII angegeben. Die Ergebnisse der Gesamtbewertung sind durch die Symbole „A", „B" und „C" in der Reihenfolge von einem guten Niveau aus gezeigt.
Tabelle VII
Diese Ergebnisse zeigen, dass das vorab bestimmte gesteuerte Walzen eines durch Zwillingswalz-Gießen hergestellten Formlings eines Magnesiumblechs mit exzellenter plastischer Bearbeitbarkeit erzeugen kann.
(Testbeispiel 6)
Ein Magnesiumlegierungsformling mit einer Dicke von 4 mm und einer mit AZ31 korrespondierenden Zusammensetzung und Magnesium, 3,0% Aluminium sowie 1,0% Zink (in Gew.-%) enthalten, wurde durch das kontinuierliche Zwillingswalzen-Gießverfahren hergestellt. Der Formling wurde auf eine Dicke von 1 mm unter unterschiedlichen Bedingungen vorgewalzt, um eine Vielzahl von vorgewalzten Blechen zu erzeugen. Die Vielzahl von vorgewalzten Blechen wurde auf eine abschließende Dicke von 0,5 mm unter den gleichen Bedingungen abschließend gewalzt, um Magnesiumlegierungsbleche herzustellen. Das abschließende Walzen wurde unter den Bedingungen durchgeführt, indem die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem abschließenden Walzen 160°C bis 190°C betrug, und die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze wurde im Bereich von 150°C bis 180°C eingeregelt. Ebenso wurde die Walzreduktion pro Stich auf 15% eingeregelt. Jedes der abschließend gewalzten Magnesiumlegierungsbleche wurde bei 250°C für 30 Minuten wärmebehandelt und als Bewertungsprobe verwendet. Für jede der Proben war die Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße, die Bewertung des Blechoberflächenzustands sowie die Bewertung von Kantenrissen durch das gleiche Verfahren wie im Testbeispiel 1 ausgeführt.
Die Bedingungen für das abschließende Walzen sowie die Testergebnisse sind in Tabelle VIII zusammengefasst. In dieser Tabelle bedeutet jede Kennzeichnung das Nachfolgende:
Blechtemperatur: Die Oberflächentemperatur des Formlings direkt vor dem Vorwalzen.
Walztemperatur: Die Oberflächentemperatur der Reduktionswalze vor dem Vorwalzen.
Walzreduktion pro Stich: Walzreduktion des Walzens von einer Dicke von 4 mm auf eine Dicke von 1,0 mm pro Stich.
Blechoberflächenzustand: Symbol „A" bedeutet kein Auftreten von Rissen oder Falten im gewalzten Material; Symbol „B" bedeutet kein Auftreten einer kleinen Krokodilhaut; und Symbol „C" bedeutet das Auftreten von Rissen.
Die durchschnittliche Kristallkorngröße wurde unter der in JIS G0551 beschriebenen Berechnung bestimmt.
Tabelle VIII
(Testbeispiel 7-1)
Ein Magnesiumlegierungsformling mit einer Dicke von 4 mm und einer mit AZ91 korrespondierenden Zusammensetzung, wie Magnesium, 9,0% Aluminium sowie 1,0% Zink (Gew.-%) enthält, wurde durch das kontinuierliche Zwillingswalzen-Gießverfahren hergestellt. Der Formling wurde auf eine Dicke von 1 mm unter verschiedenen Bedingungen vorgewalzt, um eine Vielzahl von vorgewalzten Blechen herzustellen. Die Vielzahl von vorgewalzten Blechen wurde auf eine abschließende Dicke von 0,5 mm unter den gleichen Bedingungen abschließend gewalzt, um Magnesiumlegierungsbleche herzustellen. Das abschließende Walzen wurde unter den Bedingungen durchgeführt, in denen die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem abschließenden Walzen 210 bis 240°C betrug und die Oberflächentemperatur einer Reduktionswalze in dem Bereich von 150°C bis 180°C eingeregelt war. Ebenso wurde die Walzreduktion pro Stich auf 15% eingeregelt. Jedes der abschließend gewalzten Magnesiumlegierungsbleche wurde bei 320°C für 30 Minuten wärmebehandelt und als Bewertungsprobe verwendet. Für jede der Proben wurde die Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße, die Bewertung des Blechoberflächenzustands sowie die Bewertung von Kantenrissen durch das gleiche Verfahren wie im Testbeispiel 6 ausgeführt. Darüber hinaus wurde die Gesamtbewertung auf Basis dieser Bewertungsergebnisse ausgeführt.
Die Vorwalz-Bedingungen sowie die Testergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefasst. In dieser Tabelle bedeutet jede Kennzeichnung das Gleiche wie im Testbeispiel 6.
Tabelle IX
(Testbeispiel 7-2)
Ein Magnesiumlegierungsformling mit einem vom Testbeispiel 7-1 unterschiedlichen Aluminiumgehalt wurde zur Überprüfung der Einflüsse der Temperatur des Formlings sowie der Einflüsse beim Vorwalzen unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 3-1 verwendet. Die Herstellungsbedingungen waren anders als die Vorwalzbedingungen sowie das Bewertungsverfahren für die Magnesiumlegierungsbleche die gleichen wie im Testbeispiel 7-1. Der Aluminiumgehalt des Magnesiumlegierungsformlings betrug 9,8 Gew.-% und dessen Zinkgehalt betrug 1,0 Gew.-%. Die abschließenden Walzbedingungen und die Testergebnisse sind in Tabelle X zusammengefasst.
Tabelle X
(Testbeispiel 8)
Der gleiche AZ31-Formling (Dicke von 4 mm) wie der, der in Testbeispiel 6 verwendet wurde, wurde vorbereitet und anschließend auf eine Dicke von 1 mm unter verschiedenen Bedingungen vorgewalzt, um eine Vielzahl von vorgewalzten Blechen herzustellen. Die vorgewalzten Bleche wurden auf eine abschließenden Blechdicke von 0,5 mm unter den gleichen Bedingungen abschließend gewalzt, um Magnesiumlegierungbleche herzustellen.
Das Vorwalzen wurde unter den Bedingungen durchgeführt, in denen die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem Vorwalzen 350°C betrug und die Oberflächentemperatur der Vorwalzreduktionswalze im Bereich von 200°C bis 230°C eingeregelt war. Während des Vorwalzens wurde die Walzreduktion pro Stich verändert. Auf der anderen Seite wurde das abschließende Walzen unter den Bedingungen ausgeführt, in denen die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem abschließenden Walzen 160 bis 190°C betrug, die Oberflächentemperatur der abschließenden Reduktionswalze im Bereich von 150°C bis 180°C eingeregelt war und die Walzreduktion pro Stich beim abschließenden Walzen auf 15% eingeregelt war.
Danach wurde jedes der abschließend gewalzten Bleche bei 250°C für 30 Minuten unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 1 wärmebehandelt, um die Probe auszuformen. Für diese Proben wurde die Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße, die Bewertung des Blechoberflächenzustandes, die Bewertung von Kantenrissen sowie die Bewertung der Variation der Korngröße unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 6 ausgeführt. Darüber hinaus wurde die Gesamtbewertung basierend auf diesen Bewertungsergebnissen ausgeführt. Die Anzahl von Malen für das Vorwalzen mit einer Walzreduktion pro Stich von 20% bis 40% und die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle XI gezeigt. In dieser Tabelle bedeuten die Begriffe „Blechoberflächenzustand" sowie „Kantenriss" das Gleiche wie im Testbeispiel 6. Der Begriff „Anzahl von Malen des Vorwalzen mit einer Walzreduktion von 20% bis 40%" bedeutet die Anzahl von Malen des Vorwalzen mit einer Walzreduktion von 20% bis 40% zu jedem Zeitpunkt, und der Begriff „maximale Walzreduktion pro Stich" bedeutet die maximale Walzreduktion in einer Vielzahl von Stichen beim Vorwalzen. Die Variation der Korngröße ist auf Basis der folgenden Bedeutung gezeigt:
Groß ... maximale Korngröße geteilt durch die minimale Korngröße ≥ 2
Mittel ... 2 ≥ maximale Korngröße geteilt durch die minimale Korngröße ≥ 1,5
Klein ... maximale Korngröße geteilt durch die minimale Korngröße ≤ 1,5.
Tabelle XI
(Testbeispiel 9-1)
Der gleiche AZ91-Formling (Dicke 4 mm) wie der, der in Testbeispiel 7-1 verwendet wurde, wurde hergestellt und anschließend auf eine Dicke von 1 mm unter unterschiedlichen Bedingungen vorgewalzt, um eine Vielzahl von vorgewalzten Blechen zu erzeugen. Die vorgewalzten Bleche wurden auf eine abschließende Dicke von 0,5 mm unter den gleichen Bedingungen abschließend gewalzt, um Magnesiumlegierungsbleche herzustellen.
Das Vorwalzen wurde unter den Bedingungen durchgeführt, in denen die Oberflächentemperatur des Formlings direkt vor dem Vorwalzen 350° betrug und die Oberflächentemperatur der Vorwalz-Walze im Bereich von 200°C bis 230°C eingeregelt war. Während des Vorwalzens veränderte sich die Walzreduktion pro Stich.
Auf der anderen Seite wurde das abschließende Walzen unter den Bedingungen durchgeführt, in denen die Oberflächentemperatur jedes vorgewalzten Blechs direkt vor dem abschließenden Walzen 210°C bis 240°C betrug und die Oberflächentemperatur der Abschlussreduktionswalze im Bereich von 150 bis 180°C eingeregelt war und die Walzreduktion pro Stich beim abschließenden Walzen auf 15% gesteuert wurde.
Danach wurde jedes der abschließend gewalzten Bleche bei 320°C für 30 Minuten unter Anwendung des Verfahrens wie im Testbeispiel 7-1 wärmebehandelt, um eine Wertungsprobe auszubilden. Für diese Proben wurde die Bewertung des Blechoberflächenzustandes, die Bewertung von Kantenrissen, die Messung der durchschnittlichen Kristallkorngröße und die Bewertung der Variation der Korngröße unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 6 ausgeführt. Darüber hinaus wurde die Gesamtbewertung basierend auf diesen Bewertungsergebnissen durchgeführt.
Die Anzahl von Malen des Vorwalzens mit einer Walzreduktion pro Stich von 20 bis 40% und die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle XII gezeigt. In dieser Tabelle bedeuten die Begriffe „Blechoberflächenzustand", „Kantenriss" sowie „Variation der Korngröße" das Gleiche wie im Testbeispiel 8.
Tabelle XII
(Testbeispiel 9-2)
Ein Magnesiumlegierungsformling mit einem im Vergleich zum Testbeispiel 9-1 unterschiedlichen Aluminiumgehalt wurde zur Bewertung der Einflüsse der Temperatur des Formlings sowie der Walztemperatur beim Vorwalzen unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie im Testbeispiel 1 verwendet. Die Produktionsbedingungen waren anders als die Vorwalz- Bedingungen und das Bewertungsverfahren für die Magnesiumlegierungsbleche das Gleiche wie im Testbeispiel 9-1. Der Aluminiumgehalt des Magnesiumlegierungsformlings betrug 9,8 Gew.-% und dessen Zinkgehalt betrug 1,0 Gew.-%. Die abschließenden Walzbedingungen sowie die Testergebnisse sind in Tabelle XIII zusammengefasst.
Tabelle XIII
(Zusammenfassung der Testbeispiele 6 bis 9)
Die Ergebnisse der Testbeispiele 6 bis 9 ergeben, dass das Vorwalzen unter geeigneten Bedingungen ein Magnesiumlegierungsblech mit kleiner Variation in der Korngröße der Kristallkörner, keinem Problem im Hinblick auf Defekte in der Blechoberfläche sowie Kantenrisse und exzellente plastische Bearbeitbarkeit produziert.
(Testbeispiel 10)
Magnesiumlegierungsformlinge (Dicke 4,0 mm) mit einer Zusammensetzung Magnesium-9,0% Alumium-1,0% Zink (in Gew.-%) sowie einer Zusammensetzung Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink (in Gew.-%) wurden durch das kontinuierliche Zwillingswalzen-Gießen hergestellt. Die zentrale Seigerung, die in den Magnesiumlegierungsformlingen erzeugt wurde, wies eine maximale Länge von 50 µm in der Dickenrichtung der Formlinge auf. Die Magnesiumlegierungsformlinge wurden unter drei Arten von Bedingungen, die im Folgenden angegeben sind, behandelt und anschließend gewalzt.
Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink-Zusammensetzung (in Gew.-%)
10-1 ... ohne Lösungsbehandlung
10-2 ... 405°C für 1 Stunde (Lösungsbehandlung)
10-3 ... 405°C für 10 Stunden (Lösungsbehandlung)
Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink-Zusammensetzung (in Gew.-%)
10-4 ... ohne Lösungsbehandlung
10-5 ... 405°C für 1 Stunde (Lösungsbehandlung)
10-6 ... 405°C für 10 Stunden (Lösungsbehandlung)
Jedes der durch die oben beschriebenen Behandlungen erzeugten Magnesiumlegierungsbleche wurde auf eine Dicke von 0,6 mm unter den folgenden Bedingungen gewalzt und anschließend unter geeigneten Bedingungen wärmebehandelt, um ein Blech mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von 5,0 µm auszubilden.
<Vorwalzen: 4,0 mm bis 1,0 mm>

Walzenoberflächentemperatur: 200°C
Blechtemperatur: 330°C bis 360°C
Walzreduktion pro Stich: 20% bis 25%

<Abschließendes Walzen: 1,0 mm auf 0,6 mm>

Walzenoberflchentemperatur: 180°C
Blecherwärmungstemperatur: 230°C
Walzreduktion pro Stich: 10% bis 15%

<Wärmebehandlung>

Glühen bei 320°C für 30 Minuten

Danach wurden JIS 13B Testzugproben für jedes der Bleche hergestellt und einem Zugtest mit einer Spannungsrate von 1,4 × 10^–3 (s^–1) bei Raumtemperatur unterzogen. Ebenso wurde die Legierungsstruktur eines Schnitts jedes Blechs von 0,6 mm Dicke überprüft, um das Maß (maximale Länge in Dickenrichtung) der Mittenseigerung zu messen. Die Testverfahren und die Bedeutungen sind wie folgt:
Zugfestigkeit = Belastung bei Bruch/(Dicke der Probe × Breite des Blechs)
Streckgrenze = gemessen bei einer Prüffestigkeit von 0,2% Fließverhältnis = Streckgrenze/Zugfestigkeit
Bruchverlängerung = (Gage-Länge an den gebrochenen Enden, wo sie wieder zusammengesetzt wurden – 50 mm)/50 mm*1

*1:: Ein so genanntes Butt-Verfahren zur Bestimmung einer Bruchverlängerung aus einer Distanz (50 mm) zwischen zwei Gage-Marken, die vorab vor dem Test eingestellt wurden, sowie eine Distanz zwischen zwei Gage-Marken, wenn die gebrochenen Enden einer in dem Test gebrochenen Probe wieder zusammengesetzt wurden.

Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV gezeigt.
Tabelle XIV
Es konnte aus der Tabelle XIV bestätigt werden, dass eine Lösungsbehandlung von einem mittels des kontinuierlichen Zwillingswalz-Gießverfahren hergestellten Magnesiumlegierungsformling die Länge der Mittenseigerung in Dickenrichtung absenkt, wodurch ein Magnesiumlegierungsblech hergestellt wird, das exzellente mechanische Eigenschaften aufweist. Insbesondere durch Verwendung einer Magnesiumlegierung mit einem hohen Aluminiumgehalt inklusive einer Magnesiumlegierung, die mit der AZ91 korrespondiert, kann ein Magnesiumlegierungsblech mit noch exzellenteren mechanischen Eigenschaften durch eine Lösungsbehandlung über lange Zeit hergestellt werden.
(Testbeispiel 11)
Magnesiumlegierungsformlinge (Dicke 4,0 mm) mit einer Zusammensetzung Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink (in Gew.-%) sowie eine Zusammensetzung Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink (in Gew.-%), die mit der AZ91 korrespodieren, wurden durch das kontinuierliche Zwillingswalz-Gießen hergestellt. Jeder dieser Formlinge wurde einer Lösungsbehandlung bei 405°C für 10 Stunden unterzogen und anschließend auf eine Dicke von 0,6 mm unter den unten angegebenen Bedingungen gewalzt, um ein Magnesiumlegierungsblech herzustellen. Die in den daraus resultierenden Magnesiumlegierungsblechen erzeugten Mittenseigerungen wiesen eine maximale Länge von 20 µm in deren Dicke auf.
<Vorwalzen: 4,0 mm auf 1,0 mm>

Walzen-Oberflächentemperatur: 200°C
Blecherwärmungstemperatur: 330°C bis 360°C
Walzreduktion pro Stich: 20% bis 25%

<Abschließendes Walzen: 1,0 mm bis 0,6 mm>

Walzen-Oberflächentemperatur: 180°C
Blecherwärmungstemperatur: 230°C
Walzreduktion pro Stich: 10% bis 15%

Danach wurde jedes der durch Walzen unter den oben beschriebenen Bedingungen hergestellten Magnesiumlegierungsbleche unter den drei Arten von Bedingungen, die im Folgenden angegeben sind, behandelt, um ein Blech für die Bewertung auszubilden.
<Wärmebehandlung>

(1) Ohne Wärmebehandlung nach dem Walzen
(2) Glühen bei 230°C für 1 Minute
(3) Glühen bei 320°C für 30 Minuten

Danach wurde eine JIS 13B-Zugtestprobe aus jedem der Bleche hergestellt und einem Zugtest bei einer Spannungsrate von 1,4 × 10^–3(s^–1) bei vier Temperaturen (Raumtemperatur, 150°C, 200°C sowie 250°C) unterworfen. Ebenso wurde die Legierungsstruktur eines Schnitts jedes Blechs von 0,6 mm Dicke vor und nach dem Zugtest überprüft. Die Testverfahren sowie die Bedeutungen der Begriffe waren die Gleichen wie im Testbeispiel 10 und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen XV und XVI gezeigt. Tabelle XV zeigt die Ergebnisse des Tests unter Verwendung von Magnesiumlegierungsblechen mit einer Zusammensetzung von Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink und Tabelle XVI zeigt die Ergebnisse des Tests unter Verwendung von Magnesiumlegierungsblechen mit einer Zusammensetzung von Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink.
Tabelle XV
Tabelle XVI
<Struktur des Magnesiumlegierungsblechs vor dem Pressen>
Die Tabellen XV und XVI zeigen, dass die Bleche (11-9 bis 11-12 oder 11-21 bis 11-24), die bei 320°C für 30 Minuten geglüht wurden, keine in den Magnesiumlegierungsblechen durch die Walzarbeit angesammelte Spannung aufweisen und vollständig rekristallisiert sind. Auf der anderen Seite verbleibt in den Blechen (11-5 bis 11-8 oder 11-17 bis 11-20), die bei 230°C für 1 Minute geglüht wurden, die Restspannung der Kristallkörner, die durch Walzarbeit erzeugt wurde, zumindest teilweise. Zusätzlich verbleibt in den Blechen (11-1 bis 11-4 oder 11-13 bis 11-16), die nicht wärmebehandelt wurden, die durch die Walzarbeit erzeugte Restspannung der Kristallkörner.
<Struktur des Magnesiumlegierungsblechs nach der plastischen Deformation>
In den durch Glühen bei 320°C für 30 Minuten vollständig rekristallisierten Blechen wurden die Metallkörner in den Strukturen des Blechs nicht durch die Erwärmung (250°C oder weniger) in der Zugbearbeitung vergröbert, wodurch im Wesentlichen keine Veränderung der durchschnittlichen Kristallkorngröße vor und nach der Bearbeitung bewirkt wurde.
Daher wird vermutet, dass in jedem dieser Bleche ein durch die Zugarbeit deformierter Abschnitt in seiner Härte und Festigkeit durch die akkumulierte Bearbeitungsspannung verbessert wurde und ein Abschnitt, der nicht deformiert wurde, in seiner Härte und Festigkeit nicht verändert wurde. Auf der anderen Seite wurde in den Blechen (die nicht geglüht oder bei 230°C für 1 Minute geglüht wurden) mit der durch Walzen erzeugten restlichen Bearbeitungsspannung die Metallstruktur durch Erwärmung in der Zugarbeit rekristallisiert, um die Festigkeit und Härte abzusenken. Darüber hinaus ist nach der Bearbeitung ein nicht deformierter Abschnitt in seiner Festigkeit abgesenkt und ein deformierter Abschnitt ist in seiner Festigkeit abgesenkt oder gemäß dem Grad der Erwärmung bei der Bearbeitung verbessert. Daher ist es dann, wenn ein Magnesiumlegierungsblech einen in seiner Festigkeit und Härte nach der Bearbeitung abgesenkten Abschnitt aufweist, unmöglich, ein Magnesiumlegierungsprodukt mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften stabil zu erzeugen.
<Hochtemperatur-Zugeigenschaften>
Die bei 320°C für 30 Minuten geglühten Bleche zeigten eine hohe Zugfestigkeit, Streckgrenze sowie Bruchdehnung bei Raumtemperatur und zeigten ebenso eine hohe Bruchdehnung bei 200°C und 250°C. Auf der anderen Seite zeigten die Bleche mit einer Restbearbeitungsspannung abnormal hohe Bruchdehnung bei 200°C und 250°C (Superplastizitäts-Phänomen). Es gab jedoch sehr wenig Bleche, die ein solches Superplastizitäts-Phänomen aufwiesen und die anderen Bleche wiesen eine geringere Bruchdehnung auf und bewirkten eine Schädigung sowie Risse und anderes während der plastischen Bearbeitung. Daher wiesen die durch plastische Bearbeitung von Magnesiumlegierungsblechen erzeugten Produkte eine unstabile Qualität auf, wenn ein großer Streubereich in der Bruchdehnung der Bleche vorlag.
Diese Ergebnisse zeigen, dass ein Blech mit einer Restbearbeitungsspannung durch Erwärmung und Deformation bei der plastischen Bearbeitung bei hohen Temperaturen seine Metallstruktur ändert und eine stabile Bearbeitbarkeit nicht erwartet werden kann, da der Grad an Veränderung unstabil ist. Auf der anderen Seite wird ein Blech mit einer vollständig rekristallisierten Metallstruktur in seiner Metallstruktur nach der Bearbeitung leicht verändert, wodurch die plastische Bearbeitbarkeit stabilisiert wird und die mechanischen Eigenschaften eines durch das Bearbeiten defomierten Abschnitts verbessert werden. Darüber hinaus wird angenommen, dass ein nicht deformierter Abschnitt ebenso die mechanischen Eigenschaften vor der Bearbeitung beibehält. Daher weist ein Blech, in dem die Bearbeitungsspannung, die sich während der Walzbearbeitung angesammelt hat, abgegeben hat, stabile mechanische Eigenschaften auch bei hoher Deformation sowie der Pressformung auf und ist somit zur Herstellung von Gehäuseprodukten durch Pressformen oder dergleichen geeignet.
(Testbeispiel 12)
Anschließend wurde das Gießen, das Vorwalzen sowie das abschließende Walzen unter den im Testbeispiel 11 beschriebenen Bedingungen ausgeführt, um Magnesiumlegierungsbleche mit 0,6 mm Dicke (Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink sowie Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink) herzustellen. Nach dem abschließenden Walzen wurde jedes der Magnesiumlegierungsbleche bei 320°C für 30 Minuten geglüht, um eine im Biegetest verwendete Bewertungsprobe herzustellen. Der Biegetest war ein so genannter Dreipunkt-Biegetest, bei dem jede Probe an zwei Punkten auflag und ein Biegedruck auf die Probe durch ein Formwerkzeug (Stempel) von der Seite gegenüber den Abstützpunkten aufgebracht wurde. Die Bedingungen des Biegetests sind im Folgenden gezeigt.
<Testbedingungen>

Probendimensionen ... Breite 20 mm, Länge 120 mm, Dicke 0,6 mm
Testtemperatur ... 25°C (Raumtemperatur), 200°C, 250°C
Spitzenwinkel des Stempels ... 30°
Radius des Stempels (= Biegeradius der Probe) ... 0,5 mm, 1,0 mm, 2,0 mm.
Abstand der Stützpunkte ... 30 mm
Penetrationstiefe des Stempels ... 40 mm
Penetrationsrate des Stempels ... 1,0 m/min, 5,0 m/min

Der Test wurde unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführt, um den Oberflächenzustand und das Maß des Rückspringens eines Biegeradiusabschnittes einer Probe zu untersuchen. Ebenso wurde eine Gesamtbewertung einer Probe auf Basis des Oberflächenzustands und des Maßes an Rücksprung ausgeführt. Der Begriff „Rücksprung" bedeutet das Phänomen, dass die Deformation einer durch eine Belastung von dem Stempel auf die Blechprobe aufgebrachten Deformation nach der Freigabe der Belastung von dem Stempel verbleibt. Insbesondere dann, wenn das Maß an Rücksprung groß ist, wird die Deformierbarkeit als „schlecht" beschrieben, während dann, wenn das Maß an Rücksprung klein ist, die Deformierbarkeit als „gut" entschieden wird. Daher kann die einfache Bearbeitung einer Probe durch Untersuchung des Maßes an Rücksprung entschieden werden. Die Kriterien für den Oberflächenzustand und das Maß an Rücksprung waren wie folgt:
<Kriterien für den Oberflächenzustand>

Kein Auftreten von Rissen ... A
Auftreten von feinen Rissen ohne Bruch ... B
Auftreten von Bruch ... C

<Kriterien für Rücksprung>
Der Rücksprung wurde durch (durch den Biegeradiusabschnitt einer Probe mit von dem Stempel aufgebrachter Last haltenden Ebenen gebildeten Winkel) – (Winkel, der durch die den Biegeradiusabschnitt ohne aufgebrachte Last haltenden Ebenen ausgebildet wird) auf der Basis der folgenden Kriterien:
Differenz von 45° oder mehr ... großer Rücksprung
Unterschied von 10° bis weniger als 45° ... mittlerer Rücksprung
Unterschied von weniger als 10° ... kleiner Rücksprung
<Gesamtbewertung>

Oberflächenzustand „C" ... Gesamtbewertung „C"
Oberflächenzustand „A" und kleiner Rücksprung ... Gesamtbewertung „A"
Andere Fälle ... Gesamtbewertung „B"

Darüber hinaus wurde ein Biegeeigenschaftswert als ein Index definiert, der den Grad an Bearbeitung anzeigt. Der Biegeeigenschaftswert wird durch (Biegeradius (mm) der Probe) durch (Dicke (mm) der Probe) dargestellt. Wenn der Biegeradius einer Probe absinkt, wird ein lokaler Druck auf einen Biegeradiusabschnitt einer Probe aufgebracht, um leicht eine Beschädigung sowie Risse in der Probe zu erzeugen. Wenn die Dicke einer Probe ansteigt, sinkt die Umformbarkeit der Probe ab, um leicht Beschädigungen sowie Risse auszubilden. Daher kennzeichnet ein kleinerer Biegeeigenschaftswert, der durch den oben angegebenen Ausdruck dargestellt ist, eine hohe Deformation unter schweren Bearbeitungsbedingungen.
Die Ergebnisse der Bewertung des Oberflächenzustands, des Rücksprungs sowie der Biegeeigenschaftswert und die Gesamtbewertung sind in den Tabellen XVII und XVIII gezeigt. Tabelle XVII zeigt die Ergebnisse des Tests unter Verwendung von Magnesiumlegierungsblechen mit einer Zusammensetzung von Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink und Tabelle XVIII zeigt die Ergebnisse des Tests unter Verwendung von Magnesiumlegierungsblechen mit einer Zusammensetzung von Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink.
Tabelle XVII
Tabelle XVIII
Tabelle XVII zeigt, dass in den Proben aus Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink der Oberflächenzustand nur im Biegetest mit einem Biegeradius von 2,0 mm, d.h. unter Biegebearbeitungsbedingungen (Biegeeigenschaftswert 3,33) (siehe Probennummern 12-15 und 12-16) als „A" bewertet wurde. Ebenso war im Biegetest bei Raumtemperatur der Rücksprung groß und die Umformbarkeit war unabhängig vom Biegeradius und der Bearbeitungsrate niedrig (siehe Probennummern 12-1 bis 12-6). Auf der anderen Seite war im Biegetest bei 200°C oder mehr der Rücksprung klein und der Oberflächenzustand war unabhängig vom Biegeradius und der Bearbeitungsrate gut (siehe Probennummern 12-7 bis 12-18).
Auf der anderen Seite zeigten, wie dies aus Tabelle XVIII ersehen werden kann, die Proben mit Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink die genau gleichen Resultate wie die Proben aus Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink. Insbesondere war im Biegetest bei Raumtemperatur die Umformbarkeit niedrig (siehe Probennummer 12-19 bis 12-24), während im Biegetest bei 200°C oder mehr die Umformbarkeit hoch war (siehe Probennummern 12-25 bis 12-36).
(Testbeispiel 13)
Das Gießen, Vorwalzen und abschließende Walzen wurde unter den in Testbeispielen 11 und 12 beschriebenen Bedingungen ausgeführt, um Magnesiumlegierungsbleche von 0,6 mm Dicke (Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink sowie Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink) herzustellen. Dann wurde jede der Magnesiumlegierungsbleche unter zwei Arten von Bedingungen, die im Folgenden angegeben sind, behandelt, um Bewertungsproben herzustellen, die in einem Drucktest zur Überprüfung des Oberflächenzustands jeder Probe nach dem Pressen verwendet wurden.
<Wärmebehandlung>

(1) Keine Wärmebehandlung nach dem Walzen
(2) Glühen bei 320°C für 30 Minuten

<Bedingungen des Drucktests>
Jede probe wurde mittels einer Servodruckmaschine gedrückt. Das Drücken wurde durch Pressen einer parallelepipeden oberen Form gegen jede Probe durchgeführt, die auf einer parallelepipeden unteren Form platziert war, um deren vertieften Abschnitt abzudecken. Die obere Form ist ein Parallelepiped von 60 mm mal 90 mm und wies vier abgerundete Ecken in Kontakt mit der Probe auf, wobei jede dieser Ecken einen vorab bestimmten Biegeradius aufwies. Darüber hinaus wurden ein Erhitzer sowie ein Thermoelement in jeder der oberen und unteren Formen eingebettet, so dass die Temperaturbedingungen beim Pressen auf einen gewünschten Temperaturbereich eingeregelt werden konnten.
<Testbedingungen>

Biegeradius der oberen Form ... 0,5 mm, 2,0 mm
Testtemperatur ... 200°C, 250°C
Bearbeitungrate ... 0,8 m/min, 1,7 m/min, 3,4 m/min, 5,0 m/min

Nach dem Pressen unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde der Oberflächenzustand eines Biegeradiusabschnitts jeder Probe untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen XIX und XX gezeigt. Tabelle XIX zeigt die Ergebnisse des Tests unter Verwendung von Magnesiumlegierungsblechen mit einer Zusammensetzung Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink und Tabelle XX zeigt die Ergebnisse des Tests unter Verwendung von Magnesiumlegierungsblechen mit einer Zusammensetzung von Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink. Der Oberflächenzustand bedeutet das Gleiche wie im Testbeispiel 12 und der Biegeeigenschaftswert wurde durch (Biegeradius der oberen Form)/(Dicke der Probe) bestimmt.
Tabelle XIX
[Tabelle XX]
Tabelle XIX zeigt, dass unter den Proben mit einer Zusammensetzung von Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink diejenigen Proben, die nicht nach dem abschließenden Walzen wärmebehandelt wurden, Risse oder Anrisse in der Oberfläche während des Drückens bei einer Oberflächentemperatur von 200°C aufwiesen. Insbesondere wurden Risse in den Oberflächen bei hoher Deformation mit einem Biegeeigenschaftswert von 0,83 erzeugt. Die gleichen Proben erzeugten ebenso Risse oder Anrisse in den Oberflächen in dem Drucktest bei 250°C mit hoher Deformation (Biegeeigenschaftswert von 0,83). Auf der anderen Seite zeigten die bei 320°C für 30 Minuten nach dem abschließenden Walzen geglühten Proben einen guten Oberflächenzustand beim Pressen einer Probentemperatur von 200°C und einer hohen Bearbeitungsrate (siehe Probennummern 13-9 bis 13-10) und beim Pressen mit einem Biegeeigenschaftswert von 3,33 (siehe Probennummern 13-10, 13-12, 13-14 sowie 13-16). Diese geglühten Proben zeigten ebenso einen guten Oberflächenzustand beim Pressen bei 250°C unabhängig von dem Biegeeigenschaftswert und der Bearbeitungsrate.
Tabelle XX zeigt, dass die Proben aus Magnesium-9,8% Aluminium-1,0% Zink im Wesentlichen die gleichen Testergebnisse wie die Proben aus Magnesium-9,0% Aluminium-1,0% Zink zeigten. Insbesondere zeigten die bei 320°C für 30 Minuten geglühten Proben einen guten Oberflächenzustand nach dem Pressen verglichen mit den nicht geglühten Proben. Darüber hinaus war je höher die Presstemperatur desto besser der Oberflächenzustand der Proben. Insbesondere wurde herausgefunden, dass beim Pressen eines geglühten Magnesiumlegierungsblechs bei 250°C die Pressformbarkeit auch bei hoher Deformation (Biegeeigenschaftswert von 0,83) bei einer Bearbeitungsrate von 5,0 m/min hoch ist.
(Zusammenfassung der Testbeispiele 11 bis 13)
Die Ergebnisse der Testbeispiele 11-13 ergeben, dass dann, wenn die Struktur des Magnesiumlegierungsblechs durch eine Wärmebehandlung bei einer geeigneten Temperatur nach dem Walzen rekristallisiert wird, die Formbarkeit stabilisiert wird. Der Grund für die Stabilisierung der Formbarkeit ist vermutlich der, dass die Metallstruktur sich durch die Erwärmung in der plastischen Bearbeitung (inklusive des Pressens) nicht so sehr verändert, dass die Metallstruktur vor der plastischen Bearbeitung rekristallisiert wurde.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Verfahren zur Herstellung des Magnesiumlegierungsblechs gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeignet zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs mit exzellenter plastischer Bearbeitbarkeit, insbesondere Pressbearbeitbarkeit verwendet werden. Zusätzlich kann das Magnesiumlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet als Legierungsmaterial verwendet werden, das die erforderten hohen Leichtgewicht- und hohen mechanischen Eigenschaften aufweist.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs zur Verfügung, das in der Lage ist, ein Magnesiumlegierungsblech zu erzeugen, dass exzellente plastische Bearbeitbarkeit sowie Druckbearbeitbarkeit aufweist. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Walzen eines Magnesiumlegierungsformlings („magnesium alloy blank") mit einer Reduktionswalze. Das Walzen beinhaltet das kontrollierte Walzen, das unter den folgenden Bedingungen (1) und (2) ausgeführt wird, wobei M (in Gewichtsprozent) der Aluminiumgehalt in einer Magnesiumlegierung ist, die den Formling ausbildet:

(1) Die Oberflächentemperatur TB in °C des Magnesiumlegierungsformlings erfüllt direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze den folgenden Ausdruck: 8,33 × M + 135 ≤ TB ≤ 8,33 × M + 165wobei 1,0 ≤ M ≤ 10,0 ist; und
(2) die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze beträgt 150°C bis 180°C.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumlegierungsblechs, umfassend das Walzen eines Magnesiumlegierungsformlings („magnesium alloy blank") mit einer Reduktionswalze; wobei das Walzen das kontrollierte Walzen beinhaltet, bei dem die Oberflächentemperatur Tb (°C) des Formlings direkt vor der Einführung in die Reduktionswalze den folgenden Ausdruck erfüllt: 8,33 × M + 135 ≤ TB ≤ 8,33 × M + 165wobei 1,0 ≤ M ≤ 10,0 ist und M und M (in Gewichtsprozent) der Aluminiumgehalt in einer Magnesiumlegierung, die den Formling ausbildet, ist; und die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze 150°C bis 180°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die gesamte Walzreduktion des kontrollierten Walzens 10% bis 75% beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Formling durch Zwillingswalzen-Gießen hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das kontrollierte Walzen durch eine Vielzahl von Stichen ausgeführt wird, wobei zumindest einer der Stiche in einer Walzrichtung durchgeführt wird, die der Walzrichtung der anderen Stiche entgegengesetzt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die durchschnittliche Walzreduktion pro Stich des kontrollierten Walzens 5% bis 20% beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Walzen des Formlings das Vorwalzen und abschließende Walzen beinhaltet und zumindest das abschließende Walzen das kontrollierte Walzen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei im Vorwalzschritt die Oberflächentemperatur Tb des Formlings direkt vor der Einführung in die für das Vorwalzen verwendete Reduktionswalze 300°C oder mehr ist und die Oberflächentemperatur Tr der Reduktionswalze 180°C oder mehr beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Walzreduktion pro Stich des Vorwalzens 20% bis 40% beträgt und zumindest zwei Stiche des Walzens mit einer Walzreduktion in diesem Bereich durchgeführt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Magnesiumlegierungsformling einer Lösungsbehandlung bei 380°C bis 420°C für 60 Minuten bis 600 Minuten vor dem Walzen unterzogen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Magnesiumlegierungsblech nach dem abschließenden Walzen unter den folgenden Bedingungen wärmebehandelt wird: bei 220°C bis 260°C für 10 bis 30 Minuten bei einer Magnesiumlegierung mit einem Aluminiumgehalt M von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent und einem Zinkgehalt von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent; oder bei 300°C bis 340°C für 10 bis 30 Minuten bei einer Magnesiumlegierung mit einem Aluminiumgehalt M von 8,5 bis 10,0 Gewichtsprozent und einem Zinkgehalt von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent.
Magnesiumlegierungsblech, hergestellt durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Magnesiumlegierungsblech gemäß Anspruch 11, wobei die Menge an der zentralen Linie in Dickenrichtung des Magnesiumlegierungsblechs vorliegender Seigerung 20μm in Dickenrichtung ist.
Magnesiumlegierungsblech gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Magnesiumlegierung einen Aluminiumgehalt M von 8,5 bis 10,5 Gewichtsprozent aufweist und des weiterten 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Zink enthält und das Magnesiumlegierungsblech eine Zugfestigkeit von 360 MPa oder mehr, eine Streckgrenze von 270 MPa oder mehr und eine Bruchverlängerung von 15% oder mehr bei Raumtemperatur aufweist.
Magnesiumlegierungsblech gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Fließverhältnis („yield ratio") 75% oder mehr beträgt.
Magnesiumlegierungsblech gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Magnesiumlegierung einen Aluminiumgehalt M von 8,5 bis 10,5 Gewichtsprozent aufweist und des weiteren 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Zink enthält, und das Magnesiumlegierungsblech eine Zugfestigkeit von 120 MPa oder mehr sowie eine Bruchverlängerung von 80% oder mehr bei 200°C aufweist und eine Zugfestigkeit von 90 MPa oder mehr sowie eine Bruchverlängerung von 100% oder mehr bei 250°C aufweist.
Magnesiumlegierungsblech gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Magnesiumlegierung einen Aluminiumgehalt M von 8,5 bis 10,0 Gewichtsprozent aufweist und des Weiteren 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Zink enthält und das Magnesiumlegierungsblech weder Risse noch Einrisse in der Oberfläche bei Biegearbeit unter Bedingungen von 200°C oder höher und einem Biegeeigenschaftswert (Biegeradius R/Dicke t) von 1,0 oder weniger zeigt.
Magnesiumlegierungsblech gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Magnesiumlegierung einen Aluminiumgehalt M von 8,5 bis 10,0 Gewichtsprozent aufweist und des Weiteren 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Zink enthält, und das Magnesiumlegierungsblech weder Risse noch Anrisse in der Oberfläche in einer Druckbearbeitung unter den Bedingungen von 200°C oder mehr sowie einem Biegeeigenschaftswert (Biegeradius R/Dicke t) von 1,0 oder weniger zeigt.