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TW201207123A - High impact resistant material - Google Patents

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TW201207123A
TW201207123A TW100112805A TW100112805A TW201207123A TW 201207123 A TW201207123 A TW 201207123A TW 100112805 A TW100112805 A TW 100112805A TW 100112805 A TW100112805 A TW 100112805A TW 201207123 A TW201207123 A TW 201207123A
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TW
Taiwan
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mass
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intermetallic compound
Prior art date
Application number
TW100112805A
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English (en)
Inventor
Koji Mori
Yukihiro Oishi
Nobuyuki Okuda
Masatada Numano
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries filed Critical Sumitomo Electric Industries
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    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
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Description

201207123 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於有助於緩和碰撞時的衝擊能量 構件。特別是關於重量輕、高強度且具有優異的 吸收性之耐衝擊構件。 【先前技術】 各種構造構件所要求的特性之一,是能緩和 的衝擊能量,亦即優異的耐衝擊性。作爲如此般 擊性的構件(耐衝擊構件),例如爲保險桿組件 零件。 一般而言,在汽車的車體之前部、後部,爲 車碰撞其他物體等時的衝擊能量,係設有用來保 的乘客之保檢桿組件。保險桿組件係具備:遍及 度方向而配置之強化構件(以鋼板之衝壓材、鋁 爲代表)、受強化構件支承而在碰撞時產生變形 撞能量之吸收構件(以發泡苯乙烯爲代表)、以 化構件及吸收構件而構成組件的外觀之保險桿表 成樹脂爲代表)。 另一方面’重量輕、比強度及比剛性優異之 逐漸利用於各種領域的材料。例如,在汽車零件 圈、換檔撥片等。鎂合金,一般而言室溫的塑性 佳,因此鎂合金所構成的構件,是以模鑄法或觸 形法所製得的鑄造材(ASTM規格之AZ91合金) 之耐衝擊 衝擊能量 動態負荷 要求耐衝 等的汽車 了緩和汽 護汽車內 車體的寬 之擠製材 以吸收碰 及覆蓋強 面(以合 鎂合金, 可列舉輪 加工性不 發射出成 爲主流^ 201207123 上述汽車零件也是使用模鑄材等的鑄造材。近年來,在攜 帶用的電氣電子機器類的框體等的小型構件,正在使用對 拉伸用鎂合金(以ASTM規格之AZ31合金爲代表)所構成 的板材實施衝壓加工而成的構件。專利文獻1提出一種由 與ASTM規格之AZ91合金相當的合金所構成之衝壓加工性 優異的鎂合金。 〔專利文獻1〕日本特開2007-098470號公報 【發明內容】 期望能進一步提昇耐衝擊構件之耐衝擊性。 例如,在上述保險桿組件,爲了謀求乘客之保護確實 性及安全性的提昇,期望具有更大的衝擊能量之吸收性, 更優異的耐衝擊性。此外,汽車零件爲了提昇燃料消耗率 ,則期望其重量更輕。 因應上述要求,在構造用的金屬當中,重量輕且高強 度的鎂合金應是適當的耐衝擊構件之構成材料。但經本發 明人調査的結果,AZ91合金之鑄造材、AZ31合金之軋製 材,並不具備充分的耐衝擊性。 於是,本發明的目的之一,是爲了提供一種鎂合金所 構成之耐衝擊性優異的耐衝擊構件。 本發明的耐衝擊構件,是由含有超過7.3質量%、12質 量%以下的A1之鎂合金所構成,進行耐衝擊試驗而測定以 下的落下高度時,不發生凹陷的落下高度超過340mm。
S -6- 201207123 (耐衝擊試驗) 從耐衝擊構件製作出厚度0.6mmx長度lOOmmx寬度 70mm的試驗板片,在將該試驗板片的兩端部予以保持的 狀態下,朝向該試驗板片的中央部讓質量22 5 g的鐵球自由 ‘落下。將從鐵球落下的地點到試驗板片爲止的距離設爲落 下高度(mm),測定不會因鐵球而在試驗板片上發生凹 陷之落下高度。 在本發明,作爲定量地規定耐衝擊性的指標,是製作 出上述般特定大小的薄型試驗板片,而使用對該試驗板片 進行上述特定的耐衝擊試驗時之落下高度。而且,當上述 試驗板片不致發生凹陷之落下高度較高的情況,具體而言 爲超過340mm的情況,評價爲耐衝擊性優異。 本發明人等,如後述試驗例所示般,使用各種材質的 金屬板製作出上述特定大小的試驗板片,朝向試驗板片從 各個高度讓特定質量的鐵球自由落下時,在試驗板片上發 生凹陷之落下高度是不同的。特別是含有特定量A1之鎂合 金的板材所製作之試驗板片,上述落下高度非常高。於是 ,作爲耐衝擊性的評價指標,是利用上述落下高度。 本發明的耐衝擊構件,即使是對上述般薄型試驗板片 " 賦予動態負荷的衝擊(上述鐵球的自由落下)的情況,仍 不致發生凹陷或不容易發生凹陷。此外’如後述的試驗例 所示般,不僅不容易發生凹陷,受到衝擊也不容易發生斷 裂。如此般本發明的耐衝擊構件’其耐衝擊性非常優異。 當上述落下高度爲340mm以下時’並不具備充分的耐衝擊 201207123 性,難以承受大的衝擊。落下高度越高則衝擊能量的吸收 性越優異,可說是具有高耐衝擊性,因此不致發生上述凹 陷之落下高度並未設定上限。 作爲本發明的一形態,在上述鎂合金中分散存在有包 含A1及Mg之至少一方的金屬間化合物的粒子,上述金屬間 化合物的粒子之平均粒徑爲0.5μιη以下,在上述耐衝擊構 件的截面上,上述金屬間化合物的粒子之合計面積的比例 爲超過0%、1 1 %以下。 本發明人等發現,含有特定量的Α1且具有特定組織之 鎂合金’耐衝擊性非常優異。依據上述形態,藉由分散存 在有微細的金屬間化合物的粒子,利用上述粒子的分散強 化可提昇鎂合金構成之耐衝擊構件本身的剛性。因此,即 使是上述般薄型試驗板片,仍具有優異的剛性而不容易凹 陷。而且’在上述形態,藉由含有多量的Α1,且讓上述金 屬間化合物以特定的範圍(面積比例)存在,縱使在基質 (matrix )相中仍能維持Α1之充分固溶狀態,因此可謀求 A1之固溶強化所促成之高強度化。此外,在上述形態,實 質上並不存在碰撞時成爲裂痕起點之粗大的金屬間化合物 。因此,上述形態之本發明的耐衝擊構件,即使受到衝擊 仍不容易發生凹陷、裂痕,而具有非常優異的剛性、耐衝 擊性。 再者,由具有上述特定組織之基質鎂合金所構成之上 述形態的耐衝擊構件,使耐蝕性比鎂合金之母材(基質相 )更優異之金屬間化合物所構成的微細粒子,存在於本發
S -8- 201207123 明的耐衝擊構件之至少表面區域(在耐衝擊構件之厚度方 向,從該耐衝擊構件表面至厚度30 %的區域。例如,耐衝 擊構件是將板材實施塑性加工所成形出之成形構件的情況 ,在該板材的厚度方向,從該板材表面至板厚30%的區域 ),可獲得優異的耐蝕性。特別是,使上述金屬間化合物 以特定的範圍(面積比例)存在,即使是在基質相中仍能 讓A1成爲充分固溶的狀態,A1成爲金屬間化合物而能抑制 該基質相本身之耐蝕性變差。如此也能使上述形態的耐衝 擊構件具有優異的耐蝕性。 具有上述特定組織之本發明的耐衝擊構件之代表形態 ,是遍及其表面之實質全面而形成均一厚度的氧化膜。如 此般具有氧化膜的形態,可有效地抑制大氣 '水等的腐蝕 要因接觸鎂合金本身,因此具有優異的耐蝕性。因此,該 形態,雖然是由一般耐蝕性較差之鎂合金所構成但仍具有 優異的耐蝕性,因此可期待其能充分利用於縱使是汽車零 件之外裝構件等之曝露於風雨等腐蝕環境的情況。此外, 該形態可減少腐蝕所造成之耐衝擊性的劣化,因此可期待 長期維持優異的耐衝擊性。 在具有上述特定組織的形態,在取該耐衝擊構件的截 面時,上述金屬間化合物的粒子個數爲0.1個/μιη2以上。 在上述形態,讓上述微細的金屬間化合物的粒子有多 數個存在’且均一分散於基質相中,利用該粒子的分散強 化不僅可獲得更優異的耐衝擊性,且能期待耐蝕性的提昇 。上述個數更佳爲0.3個/μηι2以上。但若較大的金屬間化合 201207123 物粒子過多,如上述般會降低基質相的A1濃度而導致強度 和耐蝕性降低,因此如上述般金屬間化合物的粒子宜爲較 小。 作爲本發明的一實施形態,上述耐衝擊構件是對上述 鎂合金構成的板材實施塑性加工所成形出之成形構件,且 具有未發生抽拉變形之平坦部分。在此形態,上述試驗板 片是從上述平坦部分切出而進行製作》 上述形態,由於可藉由衝壓加工等的塑性加工進行成 形,適於大量生產。特別是,上述板材是由具有特定組織 (讓微細的金屬間化合物分散存在)之鎂合金所構成的情 況,即使是衝壓加工等的塑性加工性也非常的優異。因此 ,藉由對該板材實施衝壓加工等的塑性加工,可生產性良 好地製造出重量輕、高強度且耐衝擊性優異之耐衝擊構件 〇 又未發生抽拉變形之平坦部分是指:從耐衝擊構件切 出具有可採取上述試驗板片的面積的部分而製作切出片並 配置於水平台,在該切出片之與水平台接觸的面當中,測 定離水平台最遠的部位和水平台之垂直方向距離時,該距 離爲1mm以下的部分。藉由從該平坦部分製作上述試驗板 片,能使該試驗板片也同樣的平坦(符合上述距離爲1mm 以下)。此外,當耐衝擊構件具有上述平坦部分的情況, 上述金屬間化合物之粒子的面積及個數的測定、後述之孔 洞的最大直徑的測定,是取該平坦部分的截面來進行❶ 作爲本發明的一形態,在上述耐衝擊構件之截面上,
S -10- 201207123 孔洞的最大直徑爲5 μηι以下。 模鑄材等的鑄造材’被稱爲孔洞(pore )之鑄造缺陷 很容易存在。藉由對具有上述孔洞之鑄造材實施輥軋等的 塑性加工,可將該孔洞消滅或使其縮小,但在鑄造材的形 態下,孔洞無法完全消滅而仍會存在。當有最大直徑超過 5 μιη之粗大的孔洞存在’特別是露出鎂合金構件(耐衝擊 構件)表面的情況,會成爲裂痕起點,而難以充分地吸收 衝擊能量。此外,上述粗大的孔洞,容易成爲腐蝕起點而 導致耐蝕性降低。相對於此,在上述形態,藉由減少上述 粗大的孔洞或讓其實質不存在,由於上述粗大孔洞的存在 所造成之裂痕不容易發生,可獲得優異的耐衝擊性。孔洞 是越小越好,由於最好讓其不存在,因此孔洞的數量及最 大直徑並未設定下限。如此般粗大的孔洞很少或實質不存 在之耐衝擊構件,例如後述般可利用對鑄造板(較佳爲連 續鑄造板)實施輥軋後之軋製板作爲材料而製得。 作爲本發明的一形態,上述鎂合金係含有Α1: 8.3質 量%以上、9.5質量%以下,Ζη : 0.5質量%以上、1.5質量% 以下。 含有 Α1: 8.3~9.5 質量。/〇、Ζη: 0.5〜1.5質量% 之 Mg-Al 系合金,由於強度優異,適用於期望高強度之耐衝擊構件 的材質。上述Mg_Al系合金之代表性的組成,是ASTM規格 之AZ91合金。 作爲本發明之一形態,上述耐衝擊構件是保險桿構件 -11 - 201207123 本發明的耐衝擊構件,由於可充分地緩和衝擊能量, 可適用於特別要求耐衝擊性之汽車的保險桿構件,具體而 言爲強化構件、保險桿表面等。 本發明之耐衝擊構件具有優異的耐衝擊性。 【實施方式】 以下對本發明做更詳細的說明。 〔耐衝擊構件〕 〔組成〕 構成本發明的耐衝擊構件之鎂合金,是在Mg中含有添 加元素之各種組成者(Mg : 50質量%以上+添加元素+剩餘 部分:雜質)。特別是在本發明,係將用添加元素中至少 A1含量爲超過7.3質量°/。且12質量%以下之Mg-Al系合金。 A1含量越多,不僅強度、耐塑性變形性(剛性)等的機械 特性更優異,且耐蝕性也有更優異的傾向。但若A1含量超 過1 2質量%,會導致塑性加工性降低,因此上限爲1 2質量 %,更佳爲1 1質量%。 A1以外的添加元素’是選自Zn,Mn,Si,Ca,Sr,Y,Cu, Ag, Zr,Ce,Be, Sn,Li, Ni,Au 及稀土類元素(Y,Ce 除外 )之一種以上的元素。在含有該等元素的情況’其含量合 計宜爲10質量%以下’更佳爲5質量%以下;各兀素含量宜 爲〇. 0 1質量%以上、1 0質量%以下’更佳爲0.1質量%以上 、5質量%以下。更具體的Mg-A1合金’例如爲ASTM規格
S -12- 201207123 的AZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn: 0.2質量%~1.5質量% )、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Μη: 0.15質量%〜0.5 質量%) ' Mg-Al-RE (稀土類元素)系合金、ΑΧ系合金(
Mg-Al-Ca系合金、Ca : 0.2質量%〜6.0質量% ) 、AJ系合金 (Mg-Al-Sr系合金、Sr : 0.2質量%~7.0質量% )等。雜質 可列舉Fe等。其他之選自Y,Ce,Ca,及稀土類元素(Y,Ce 除外)之至少一種元素若合計含有0.001質量%以上,較佳 爲合計含有0.1質量%以上、5質量%以下,可獲得優異的耐 熱性、難燃性。 (組織) <組成> 構成本發明的耐衝擊構件之鎂合金的代表性組織,是 在基質相中讓微細析出物的粒子以特定範圍進行分散的組 織。析出物,主要是金屬間化合物。金屬間化合物,例如 爲1'^17八112等之含有Mg及A1的化合物,Al(MnFe)等之 含有A1的化合物。 <平均粒徑、面積比例> 上述「微細」是指平均粒徑爲〇·5μιη以下,「分散的 組織」是指:將本發明的耐衝擊構件之截面設定爲1〇〇面 積%時,上述金屬間化合物粒子合計存在1 1面積%以下。 藉由使上述面積比例超過〇面積%,能在鎂合金中使上述金 屬間化合物充分地存在’且藉由使平均粒徑爲〇 . 5 μ m以下 -13- 201207123 ,能充分地獲得讓微細的金屬間化合物分散所產生之分散 強化效果。若上述平均粒徑過大、或上述面積比例過大, 在鎂合金中會存在過剩的金屬間化合物,或有5μιη以上之 粗大粒子存在,使基質相中的Α1固溶量(Α1濃度)降低而 導致強度降低。再者,上述粗大的粒子,在碰撞時成爲裂 痕等的起點,而導致耐衝擊性降低。此外,若金屬間化合 物的粒子是以粗大粒子的形式稀疏地存在於基質相中,在 該粗大粒子和基質相之間會形成局部電池,容易產生孔蝕 等的腐蝕。因此,金屬間化合物較佳爲儘量小的粒子,而 讓該小粒子均一地分散,上述平均粒徑更佳爲〇.3μιη以下 。上述面積比例更佳爲8面積%以下。 (氧化膜) 由於鎂合金是活性的,一般而言若未實施防蝕處理或 塗裝,會在其表面形成氧化膜。模鑄材等的鑄造材,上述 氧化膜是以不均一的厚度形成,這種鑄造材的耐蝕性差。 相對於此,在本發明.,在遍及表面之實質全面具有均一厚 度氧化膜的形態,也具有優異的耐蝕性。在表面之實質全 面是指:除了因檢查裝置的測定界限等而無法高精度地確 認氧化膜的部位以外的區域,是表面積的90%以上,特別 是9 5 %以上。此外,氧化膜,實質上是由鎂氧化物所形成 (90質量%以上),但容許含有Α1等的雜質。 (厚度)
S -14- 201207123 本發明之耐衝擊構件,是對材料板 板材爲代表)實施衝壓加工等的塑性加 狀之成形構件的情況,由於材料板的厚 可遍及耐衝擊構件全體而具有實質均一 件的厚度越厚,雖能增大衝擊能量的吸 量化,若過薄則無法充分地進行衝擊能 耐衝擊構件之平均厚度宜爲〇.6mm以上 均厚度是耐衝擊構件之任意五個部位的 的耐衝擊構件,除了上述般遍及全體具 的形態以外,也容許具有肋部、貫通孔 不同的部位之形態。 (表面處理) 作爲本發明的一形態,是在耐衝擊 例如,對板材實施塑性加工之成形構件 兩面)雙方都未實施防蝕處理的形態。 往必須的防蝕處理,而能提高耐衝擊構 ’作爲本發明的一形態,是在耐衝擊構 都未實施防蝕處理,且僅在上述表面背 裝層。該形態,藉由在一面具有塗裝層 擊構件之耐蝕性,且能賦予著色、圖案 性和商品價値。 除此外,作爲本發明的一形態,是 面背面雙方都實施化學轉化處理、陽極 (以實施輥軋後的 工而成’形爲既定形 度可實質地維持, 的厚度。耐衝擊構 收量,但會阻害輕 量的吸收。因此, 、3.0mm以下。平 厚度平均。本發明 有實質均一的厚度 而在局部具有厚度 構件之表面背面( 的情況,是板材的 該形態,可省去以 件之生產性。或是 件之表面背面雙方 面之任一面具有塗 ,不僅能補強耐衝 等,而能提昇裝飾 在耐衝擊構件之表 處理等的防蝕處理 -15- 201207123 之形態(具有防蝕層的形態),或除了防蝕層還具有塗裝 層的形態。該等的形態,除了構成耐衝擊構件之鎂合金本 身的耐蝕性’藉由防蝕處理可提高耐蝕性,而成爲耐蝕性 極優異的耐衝擊構件。 〔製造方法〕 本發明的耐衝擊構件,是將板材實施塑性加工之成形 構件的情況,例如可藉由具有以下的鑄造步驟、溶體化步 驟、輥軋步驟以及衝壓步驟之製造方法而製造出。 鑄造步驟:藉由連續鑄造法,製造含有A1:超過7.3 質量%、1 2質量%以下的鎂合金所構成的鑄造材的步驟。 溶體化步驟:對上述鑄造板以35(TC以上的溫度實施 溶體化處理,而製造固溶板的步驟。 輥軋步驟:對上述固溶板實施溫軋而製造軋製板的步 驟。 衝壓步驟:對上述軋製板實施衝壓加工而製造耐衝擊 構件的步驟。 特別是在溶體化步驟以後的製造步驟中,是將下述材 料板的熱經歷控制成:將作爲加工對象之材料板(以軋製 板爲代表)保持於150°C以上、3 00 °C以下的溫度區域之總 合計時間控制在0.5小時以上、12小時以內,且不以超過 3 00°C的溫度進行加熱。 上述製造方法,可進一步具備對上述軋製板實施矯正 之矯正步驟。該矯正,例如是將上述軋製板以加熱至1 〇〇
S -16- 201207123 °C以上、3 00 °C以下的狀態進行矯正之溫矯 述溫矯正的情況,在矯正步驟中將軋製板f 上、3 00 °C以下的溫度區域的時間是包含於 間中。除此外,上述製造方法,可進一步具 板或經由上述矯正步驟後的矯正板實施硏磨 如上述般,在鑄造之後,特別是溶體化 成爲最終製品之製造步驟中,將鎂合金構成 容易析出金屬間化合物的溫度區域(1 50t 間控制在既定範圍內,且將該材料在溶體化 超過3 0(TC的溫度進行加熱,藉此能讓金屬 析出物析出且將其量控制在既定範圍內。此 保持於上述特定溫度區域的時間,可抑制金 的析出物之過度成長,而成爲分散有微細的 〇 以下對各步驟做更詳細的說明。 (鑄造步驟) 上述鑄造板較佳爲利用:藉由雙輥法等 ,特別是WO/2006/003899所記載的鑄造方法 造板。連續鑄造法,由於可進行急冷凝固, 化物、偏析等,且能抑制成爲裂痕起點之超 晶析物的生成。因此,可獲得輥軋加工性優 鑄造板的厚度沒有特別的限制,若過厚容易 偏析在輥軋等時會成爲裂痕的原因,因此宜 正。在進行上 装持於1 5 0 °C以 上述總合計時 備對上述軋製 之硏磨步驟。 處理之後,迄 的材料保持於 〜3 0 0 °C )之時 處理之後不以 間化合物等的 外,藉由控制 屬間化合物等 析出物之組織 的連續鑄造法 所製造出的鑄 不僅可減少氧 過1 Ομηι的粗大 異的鑄造板。 發生偏析,該 爲1 Ομηι以下, -17- 201207123 更佳爲5μηι以下。鑄造板的寬度可適當地矣 (溶體化步驟) 對上述鑄造板實施溶體化處理,使其 讓Α1等的添加元素固溶而製造固溶板。溶 爲將保持溫度設定在350 °C以上,更佳赁 〜420°C,保持時間60分〜2400分(1小時〜 時間較佳爲,A1含量越多則設定成越長。 保持溫度開始的冷卻步驟,若利用水冷、 卻等而將冷卻速度加快(例如50°C /min以 大析出物的析出而較爲理想。藉由進行上 理,能在鎂合金中讓A1充分地固溶。 (輥軋步驟) 對上述固溶板實施輥軋時,藉由將材 實施最終輥軋前之輥軋中的板)加熱以提 輥軋加工性)。因此,至少一道次(pass 特別是,若將上述材料於超過300 °C進行 提高塑性加工性而容易進行輥軋。然而, 間化合物(析出物)之過剩生成和粗大化 性降低、耐蝕性降低、發生材料的熔執, 變得粗化大而導致輥軋後獲得的板材之機 此’在輥軋步驟也是將材料的加熱溫度設 。特別是,材料的加熱溫度較佳爲1 5〇t以 擇。 組成均質化,且 體化處理,較佳 ;保持溫度3 8 0 °C 40小時)。保持 此外,在從上述 噴氣等的強制冷 上),可抑制粗 述般的溶體化處 料(固溶板、或 高塑性加工性( )是進行溫軋。 加熱,可充分地 如上述般因金屬 而會導致耐衝擊 或使材料結晶粒 械特性變差。因 定爲3 0 0 °C以下 (上、2 8 0 °C以下
S -18- 201207123 。藉由實施複數次(多道次)的輕軋,可成爲期望的板厚 (例如〇.6mm~3.0mm ),且縮小材料之平均結晶粒徑(例 如1 Ομιη以下,較佳爲5μιη以下),而提昇輥軋、衝壓加工 等的塑性加工性。輥軋亦可利用公知的條件,例如不僅是 材料而將軋輥也加熱’或組合專利文獻1所揭示之控制輥 軋等。此外’當在精輥軋等進行減縮比小的輥軋的情況, 亦可實施冷軋。此外’在輕軋時,若適當地利用潤滑劑, 可減低輥軋時的摩擦阻力,防止材料的熔執等,而容易實 施輥軋。 在進行多道次輥軋的情況,在上述150 t〜300。(:溫度 區域之保持時間包含於上述總合計時間的範圍內,於道次 間進行中間熱處理亦可。藉由該中間熱處理,可將經由該 中間熱處理前的塑性加工(主要爲輥軋)而導入加工對象 (材料)之應變、殘留應力、集合組織等予以除去、減輕 ’以防止在該中間熱處理後的輥軋發生不必要的裂痕、應 變、變形,而更順利地進行輥軋。在進行中間熱處理的情 況也是,將材料的加熱溫度設定爲3 00 °C以下》更佳爲加 熱溫度爲2 5 0 °C以上、2 8 0 °C以下。 (矯正步驟) 經由上述輥軋步驟獲得之軋製板,雖可如專利文獻1 所記載般實施最終熱處理(最終退火),但較佳爲不實施 該最終熱處理或是最終熱處理後如上述般實施矯正,能獲 得優異的衝壓加工等的塑性加工性。矯正,例如 -19- 201207123 WO/2009/001 5 1 6所記載般,是使用將複數個輥子呈鋸齒狀 配置之輥子校平器等,將軋製板於10CTC〜300°C、較佳爲 1 50°C以上、280°C以下加熱而進行溫軋。若對進行上述溫 矯正後之矯正板實施衝壓加工等的塑性加工,在塑性加工 時會產生動態再結晶化,而獲得優異的塑性加工性。又雖 依實施溫矯正加工之材料厚度而異,但在厚度薄的情況, 溫矯正步驟之上述溫度區域的保持時間可縮短至數分鐘左 右,甚至縮短至1分鐘以內。 在進行上述最終熱處理的情況,可將輥軋所產生之應 變除去。最終熱處理的條件,例如材料的加熱溫度:1 00 °C以上、3 00 °C以下,加熱時間:5分以上' 60分以下。雖 可如專利文獻1所記載般將加熱溫度設定爲300°C〜340°C, 但爲了如上述般儘量抑制金屬間化合物的成長,在提高加 熱溫度的情況較佳爲縮短加熱時間,例如爲未達3 0分。 (將材料保持於特定溫度區域之總合計時間) 如上述般將金屬間化合物容易生成、容易成長之上述 溫度區域(1 5 0 °C ~3 00 °C )之保持時間控制於特定的範圍 ,可形成特定量的微細金屬間化合物分散存在的組織》 當保持於上述150°C ~3 00 °C之溫度區域的總合計時間 未達0.5小時,金屬間化合物無法充分地析出,若超過12 小時,或將材料於超過3 00 t下加熱進行輥軋等,會獲得 存在有平均粒徑1 μηι以上之粗大的金屬間化合物之組織、 或存在有超過1 1面積%之過剩的金屬間化合物之組織。較
S -20- 201207123 佳爲,控制輥軋步驟之各道次的加工度、輥軋步驟的總加 工度、中間及最終熱處理時的條件、矯正時的條件等,而 使溫度區域1 5 0 °C以上、2 8 0 °C以下之總合計時間爲1小時 以上6小時以下。此外,由於A1含量越多越容易析出金屬 間化合物,上述總合計時間較佳爲對應於A1含量進行調整 (衝壓步驟) 對上述軋製板、或對上述軋製板實施上述最終熱處理 後之熱處理板、或對上述軋製板實施上述矯正後之矯正板 、或對上述軋製板及熱處理板及矯正板之任一者實施硏磨 (較佳爲濕式硏磨)後之硏磨板,藉由實施衝壓加工等之 塑性加工,可獲得本發明之耐衝擊構件(成形構件)。上 述塑性加工,若採用200°C以上、300°C以下之溫加工,可 提高材料之塑性加工性而容易進行塑性加工。該塑性加工 時將材料保持於200°C〜300 °C的時間非常短,例如衝壓加 工時會有60秒以內的情況。因此,在該衝壓步驟,上述般 金屬間化合物之粗大化等的異常實質上並不會發生。 上述塑性加工後實施熱處理,以除去藉由塑性加工所 導入之應變、殘留應力,而謀求機械特性的提昇。該熱處 理條件例如爲加熱溫度100t ~3 00 °C、加熱時間5〜60分左 右。但在該熱處理也是,較佳爲150 °C〜300 °C之溫度區域 的保持時間包含於上述總合計時間。 再者,在上述塑性加工後可實施防蝕處理,或能基於 -21 - 201207123 提昇耐蝕性、機械性保護、裝飾(商 的而如上述般設置塗裝層。 (材料的形態) 在製造上述成形構件的形態之本發 若作爲該材料是利用線圈材,由於能對 地供應材料,可大量生產而極具工業上 的製造方法,例如是將藉由上述連續鏡 之帶狀的鑄造板捲繞成線圈狀而製作鑄 鑄造線圈材實施溶體化處理(批式處理 將其退繞而實施輥軋、矯正等的加工, 出。特別是在製造鑄造線圈材時,藉由 的部位例如以加熱至1 5 0 °C以上的狀態 捲繞直徑較小的情況,仍能不發生裂痕 捲繞直徑較大的情況,進行冷間捲繞亦 以下,根據試驗例來說明本發明之 〔試驗例〕 對各個金屬板調查耐衝擊性及組織 在本試驗,是準備有:如以下般製 的板材(試料No. 1 )、作爲比較之市售 ,試料No. 1 00,厚0.6mm )、市售的不 試料No. 1 1 0,厚0.6mm )、市售的延伸 料No.120,厚0.6mm )、市售的鑄造板 價値的提昇)等目 明耐衝擊構件時, 衝壓成形裝置連續 的意義。該線圈材 造法所連續製造出 造線圈材後,對該 或連續處理)後, 再進行捲繞而製造 將鑄造材之捲繞前 進行捲繞,即使是 等地進行捲繞。當 可〇 具體的實施形態》 作出之鎂合金構成 的鎂合金板(5 05 2 鏽鋼板(SUS3 04, 板(AZ31合金,試 (AZ91合金)。上
S -22- 201207123 述鑄造板(AZ91合金),是與以試料No.l所實施之後述硏 磨處理相同的條件實施濕式硏磨而製作硏磨板,將該硏磨 板(厚度0.6mm)當作試料No.130。 試料No.l的板材是如以下般製作出。使用具有相當於 AZ91 合金的組成(9·0%Α1-1 ·0%Ζη-0· 1 5%~0.5%Mn (都是 質量%),剩餘部分Mg)之鎂合金的熔融液,藉由雙輥連 續鑄造法製作帶狀的鑄造板(厚度4mm )後捲繞成線圈狀 ,製作成鑄造線圈材。將該鑄造線圈材裝入批式爐內實施 400 °C X24小時的溶體化處理。將製得的固溶線圈材予以退 繞後,依以下條件實施複數道次的輥軋後進行捲繞,製作 出厚度約〇.6mm的軋製線圈材。 (輥軋條件)
減縮比:5%/道次〜40%/道次 材料的加熱溫度:250°C~28 0°C 輥子溫度:1 〇〇°C〜25 0°C 將製得的軋製線圈材予以退繞後,將材料板以加熱至 200°C的狀態實施溫矯正而進行捲繞,製作成矯正捲繞材 。溫矯正是使用輥子校平裝置來進行,該輥子校平裝置係 具備:可將材料板(軋製板)加熱之加熱爐、以及用來對 加熱後的材料板連續地賦予彎曲(應變)之具有複數個輥 子的輥子部。上述輥子部,係具備上下對置且呈鋸齒狀地 配置之複數個輥子。藉由上述輥子校平裝置,材料板一邊 在上述加熱爐內進行加熱一邊送往上述輥子部,每當通過 -23- 201207123 輥子部之上下的輥子間時,就藉由該等的輥子依序賦予彎 曲。 將製得的矯正線圈材予以退繞後,對材料(矯正板) 的表面,使用#6 00的硏磨帶體實施濕式帶式硏磨使其平滑 後進行捲繞,製作成硏磨線圈材(厚度〇.6mm)。將該硏 磨線圈材當作試料No.l »又試料No.l,在溶體化處理以後 的製造步驟,保持於15(TC ~300°C的溫度區域之總合計時 間爲0.5小時〜1 2小時,且未進行超過3 0 0 °C的加熱。 <耐衝擊性> 〔凹陷試驗〕 從所準備的各板材製作出厚度0.6mmx長度1: lOOmmx 寬度w : 70mm之長方形的試驗板片,進行以下的耐衝擊試 驗,評價耐衝擊性。 試驗板片,是從各板材切出上述長方形的小片而製作 出。在所切出的小片之兩端部側分別設置固定孔。在分開 配置的一對支承台間(間隔W : 76mm ),以跨越兩支承台 間的方式配置試驗板片並在固定孔內鎖入螺栓,藉此將試 驗板片固定於兩支承台,將試驗板片的兩端部藉由支承台 予以保持。在此狀態下,以讓鐵球接觸試驗板片的中央部 的方式,對於試驗板片的表面從垂直方向的上方讓鐵球( 質量:225g,直徑D: 38 mm)自由落下。將從上述鐵球落 下的地點至試驗板片表面的距離設定爲落下高度Η,測定 不致在試驗板片上發生凹陷之落下高度Η。其結果顯示於
S -24- 201207123 表1。又凹陷之有無是利用目視確認。 〔表1〕 試料No. 材質 落下高度(mm) 100 A5052 110mm 110 SUS304 325mm 120 AZ31 215mm 130 AZ91(鑄造) 340mm 1 AZ91 360mm 從表1可知,使用A1含量屬於高濃度之鎂合金所構成 之軋製線圈材(軋製板)來製作試驗板片之試料No.l,上 述耐衝擊試驗之落下高度比不鏽鋼板(試料No. 110)更高 。此外可知,試料No . 1,縱使是相同的組成但比鑄造板構 成之試料No.130之落下高度更高。可知如此般的試料No.1 ,在若干衝擊下並不會凹陷,而具有非常優異的耐衝擊性 〔斷裂試驗〕 接下來,製作第1 (II)圖所示之試驗板片10,進行斷 裂試驗。具體而言,試驗板片1〇是形成厚度〇.6mmx長度1 :lOOminx寬度w: 70mm之長方形狀,在各長邊11分別在 長邊方向的中心部設置半圓弧狀的缺口 12 (直徑d: 7.5mm ),而且,在兩端部側分別設有固定孔1 3。如第1 ( I )圖 所示般在分開配置的一對支承台21、22間(間隔W : 76mm ),以跨越兩支承台21、22間的方式配置試驗板片10並在 -25- 201207123 固定孔13內鎖入螺栓23,藉此將試驗板片10固定於兩支承 台21、22,將試驗板片10的兩端部藉由支承台21、22予以 保持。在此狀態下,以讓鐵球30接觸設有上述缺口 12之試 驗板片10的中央部的方式,對於試驗板片10的表面從垂直 方向的上方讓鐵球30(質量:225g,直徑D: 38 mm)自由 落下。測定經由鐵球30的碰撞而使試驗板片10斷裂時之落 下高度Η (從鐵球30落下的地點至試驗板片10表面的距離 )。結果,當落下高度Η爲900mm時試料No.130發生斷裂 ,但試料No.l並未裂開。如此亦可知,試料No.l具有非常 優異的耐衝擊性。 <組織觀察> 接著,對於所準備之鎂合金板材進行組織觀察。 對於試料No.l之硏磨材、以及比較用的試料No.130之 硏磨後的鑄造板,任意地取各板材的表層區域(從板材表 面起沿板厚方向至板厚30 %的區域)之截面,將其截面藉 由掃描式電子顯微鏡(SEM )觀察,測定金屬間化合物的 粒子之平均粒徑(μιη )、金屬間化合物的粒子之合計面積 的比例(% )、金屬間化合物的粒子個數(個/μιη2 )、孔 洞之最大直徑(μιη ),其結果顯示於表2。並測定相鄰的 金屬間化合物之粒子間的平均間隔(μπι )、金屬間化合物 的粒子之圓形度係數,其結果也顯示於表2。再者,對試 料No.l、試料No. 13 0進行鹽水腐蝕試驗,測定該試驗所產 生之腐蝕減量(pg/cm2)。其結果也顯示於表2。
S -26- 201207123 金屬間化合物的粒子之平均粒徑是如下述般進行測定 。對各試料分別沿板厚方向取五個截面(上述般之表層區 域的截面),從各截面的觀察像任意取三個視野(在此爲 22.7μιηχ17μιη的區域)。對每個觀察視野,分別求出一個 觀察視野內所存在的各粒子之圓等效直徑(各粒子的面積 之等效面積圓的直徑),將上述圓等效直徑的總和除以一 個觀察視野內所存在的粒子數的値:(圓等效直徑的合計 )/(粒子的合計數)當作該觀察視野的粒子之平均粒徑 。而且,對於各試料,將15個觀察視野的粒子之平均粒徑 的平均値顯示於表2。 金屬間化合物的粒子之合計面積的比例,是如下述般 進行測定》如上述般取觀察視野,對於每個觀察視野,分 別調查一個觀察視野內所存在的全部粒子的面積而算出合 計面積,將該合計面積除以一個觀察視野的面積(在此爲 3 8 5·9μιη2 )的値:(粒子的合計面積)/ (觀察視野的面積 )當作該觀察視野的粒子之面積比例。而且,對於各試料 ,將1 5個觀察視野的粒子之面積比例的平均値顯示於表2 〇 金屬間化合物的粒子個數,是如下述般進行測定。如 上述般取觀察視野,對於每個觀察視野,分別調查一個觀 察視野內所存在的全部粒子數而算出合計數,將該合計數 除以一個觀察視野的面積(在此爲3 8 5.9 μιη2 )的値:(粒 子的合計數)/(觀察視野的面積)當作該觀察視野的粒 子個數。而且,對於各試料,將15個觀察視野的粒子個數 -27- 201207123 的平均値顯示於表2。 金屬間化合物的粒子之平均間隔,是如下述般進行測 定。如上述般取觀察視野,對於每個觀察視野,根據一個 觀察視野內所存在的全部粒子的合計面積及粒子的合計數 ,求出一個粒子的平均面積:(粒子的合計面積)/(粒 子的合計數),將全部的粒子的合計面積除以上述平均面 積的値設定爲該觀察視野的粒子數。將該觀察視野的粒子 數除以該觀察視野的面積(在此爲3 8 5.9μπι2),求出單位 面積的粒子數,將該單位面積的粒子數之平方根定爲單位 距離的粒子數,單位距離的粒子數的倒數就是該觀察視野 的粒子之平均間隔。而且,對於各試料,將15個觀察視野 的粒子之平均間隔的平均値顯示於表2。 金屬間化合物的粒子之圓形度係數,是如下述般進行 測定。如上述般取觀察視野,對於每個觀察視野,測定一 個觀察視野內所存在的各粒子的面積及周長,對於各粒子 算出圓形度係數=4 πχ面積/ (周長)2,當作該粒子的圓形 度係數,將全部粒子的圓形度係數之平均當作該觀察視野 的粒子之圓形度係數。而且,對於各試料,將15個觀察視 野的粒子之圓形度係數的平均値顯示於表2。 . 孔洞的最大直徑是如下述般進行測定。如上述般取觀 察視野’對於每個觀察視野’將一個觀察視野內所存在的 孔洞利用目視確認,當存在有孔洞的情況,分別求出各孔 洞之最大直徑長度(孔洞的任意兩點的連結線之最大長度 ),以其等的最大値作爲該觀察視野之孔洞的最大直徑。
S -28 - 201207123 而且’對於各試料,將15個觀察視野的孔洞最大直徑的平 均値顯示於表2。 ±述平均粒徑等之與金屬間化合物粒子有關之各參數 値及孔洞的最大直徑,可利用市售的影像處理裝而容易地 算出。此外’上述粒子,藉由EDS (能量分散型X射線分 析裝置:Energy Dispersive X-ray Spectrometer)調査其 組成,結果爲Mg17Al12、A1 ( MnFe )等之含有A1 ' Mg的 金屬間化合物。該金屬間化合物的存在,利用X射線繞射 等調查組成及構造亦可判別。此外,對於試料的截面,利 用EDS分析等,調查鎂合金板的表面上所存在的物質組成 確認出,試料No.1、No.130是在鎂合金構成的板材表面存 在氧化膜,該氧化膜主要是由鎂氧化物所形成。此外,試 料No.1的氧化膜的厚度是均一的。 關於腐蝕減量,作爲鹽水腐蝕試驗,是依J IS Η 8 5 02 (1 999 )而進行鹽水噴霧試驗,並如以下般實施測定。藉 由上述般實施硏磨後的板材,另外製作出腐蝕試驗用的試 驗片,測定該試驗片之質量(初期値)後,對試驗片之不 需要的部位實施遮蔽,而使試驗片之事先設定大小的試驗 面露出。將被遮蔽後的試驗片裝入腐蝕試驗裝置內,以相 對於該裝置底面呈既定角度傾斜的方式靠在裝置上而配置 (在此,裝置底面與試驗片的夾角爲70°~80°)。在將試驗 液(5質量%的N a C1水溶液’溫度3 5 ± 2 °C )呈霧狀噴附於 試驗片的狀態下保持既定時間(在此爲96小時)。經過既 定時間後,將試驗片從腐蝕試驗裝置取出’除去遮蔽物後 -29- 201207123 ,依JIS Z 2371 (2000)之參考表1所記載的方法,將試驗 片上所生成的腐蝕生成物藉由鉻酸溶解來除去。測定除去 腐蝕生成物後之試驗片的質量,將該質量與上述初期値之 差除以試驗片的試驗面面積所得的數値當作腐蝕減量( |xg/cm2 ) 〇 〔表2〕 試料No. 1 130 平均粒徑 (μπι) 0.27 0.95 面積比例 (%) 10.59 4.58 個數 (個/μιη2) 1.4 0.03 孔洞的最大直徑 (μιη) <1 23 平均間隔 (μπι) 0.85 5.53 圓形度係數 0.86 0,74 腐蝕減量 (μξ/οτα2) 625 2200 如表2所示,試料No.l所具有的組織,是分散存在著 帶圓角之微細的金屬間化合物粒子,鑄造板之試料No . 1 3 0 ’則是稀疏地存在有異形的大粒子,可知是完全不同的組 織。此外’試料No.l實質上無法觀察到孔洞,相對於此, 鑄造板之試料No. 130則存在有多數個大孔洞。 如此可知,在特定範圍內含有高濃度的A1且具有特定 組織(微細的金屬間化合物形成均一地分散,其面積比例 爲11面積%以下)之鎂合金所構成的板材,具有優異的耐 衝擊性。此外,具有該特定組織的上述板材,也具有優異 -30-
S 201207123 的耐蝕性。 再者,對試料No.l之硏磨線圈材實施溫衝壓加工(材 料的加熱溫度:250 °C )而製作截面〕狀的衝壓構件(成 形構件)時,能以不致發生裂痕等的方式實施衝壓加工。 對於該衝壓構件之未發生抽拉變形之平坦部分,與上述硏 磨線圈材同樣地進行組織觀察時,確認出實質上可維持構 成該硏磨線圈材之板材的組織。亦即,該衝壓構件,是由 特定組織(微細的金屬間化合物形成均一地分散,且不存 在粗大的孔洞)之鎂合金所構成。此外,所製得的衝壓構 件,藉由塑性硬化,能使強度比板材更優異。因此,若從 該衝壓構件之上述平坦部分製作上述試驗板片並如上述般 進行耐衝擊試驗,不發生凹陷之落下強度Η會更高,而具 有更優異的耐衝擊性。如此般,對具有上述特定組成及組 織之鎂合金所構成之板材實施溫衝壓加工而形成之強化構 件、保險桿表面等的耐衝擊構件,具有優異的耐衝擊性, 而能期待能量吸收量的提昇。 又上述實施形態,在不脫離本發明的要旨下可適當地 改變,並不限定於上述構造。例如,鎂合金的組成(特別 是Α1的含量)、作爲材料之鎂合金的板材之厚度、大小、 製造條件等可適當地改變。 本發明的耐衝擊構件,可適當地利用於要求耐衝擊性 之各個領域的構成構件,例如保險桿構件等的汽車零件、 框體和殻體的外裝構件、骨架構件、行李箱和滅火器等的 可預料使用時會落下之製品的外裝構件等。 -31 - 201207123 【圖式簡單說明】 第1(1)圖係說明耐衝擊試驗的試驗方法之說明圖, 第1 ( II )圖係斷裂試驗所使用的試驗板片之俯視圖。 【主要元件符號說明】 1 0 :試驗板片 1 1 :長邊 1 2 :缺口 1 3 :固定孔 2 1、22 :支承台 23 :螺栓 30 :鐵球
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Claims (1)

  1. 201207123 七、申請專利範圍: 1. 一種耐衝擊構件,其特徵在於:是由含有超過7.3 質量%、12質量%以下的A1之鎂合金所構成, 進行耐衝擊試驗而測定以下的落下高度時,不發生凹 陷的落下高度超過3 4 0mm ; (耐衝擊試驗) 從耐衝擊構件製作出厚度0.6mmx長度lOOmmx寬度 70mm的試驗板片,在將該試驗板片的兩端部予以保持的 狀態下,朝向該試驗板片的中央部讓質量225g的鐵球自由 落下,將從鐵球落下的地點到試驗板片爲止的距離設爲落 下高度(mm),測定不會因鐵球而在試驗板片上發生凹 陷之落下高度。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的耐衝擊構件,其中, 在前述鎂合金中分散存在有包含A1及Mg之至少一方的金屬 間化合物的粒子, 前述金屬間化合物的粒子之平均粒徑爲0.5 μιη以下, 在前述耐衝擊構件的截面上,前述金屬間化合物的粒 子之合計面積的比例爲超過0%、1 1 %以下。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的耐衝擊構件,其中, 在前述耐衝擊構件的截面上,前述金屬間化合物的粒子個 數爲0.1個/μιη2以上。 4-如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的耐衝擊 構件,其中,前述耐衝擊構件,是對前述鎂合金構成的板 材實施塑性加工所成形出之成形構件,且具有未發生抽拉 -33- 201207123 變形之平坦部分; 前述試驗板片是從前述平坦部分切出而進行製作。 5. 如申請專利範圍桌1至3項中任一項所述的耐衝擊 構件,其中,在前述耐衝擊構件的截面上,孔洞之最大直 徑爲5 μιη以下。 6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的耐衝擊 構件,其中,前述鎂合金係含有Α1: 8.3質量%以上、9.5 質量%以下,Ζη : 0.5質量%以上、1.5質量%以下。 7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的耐衝擊 構件,其中,前述耐衝擊構件是保險桿構件。 S -34 -
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