CN100467645C - 镁基合金丝及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种镁基合金线以质量%计，含有0.1-12.0%Al和0.1-1.0%Mn，并具有直径d为0.1mm-10.0mm；长度L为1000d或更多；抗拉强度为250MPa或更高；断面收缩率为15%或更高；和伸长率为6%或更高。一种镁基合金丝的制备方法，它包括：提供具有上述组份的原料通过在50℃或更高的加工温度下拉拔原料成形，并所得丝加热到100℃-300℃的温度以制造。以及使用镁基合金丝制的弹簧。镁基合金丝的强度和韧性都优良。

Description

镁基合金丝及其制造方法
技术领域
本发明涉及高韧性的镁基合金丝和制造这种丝的方法。本发明还涉及使用这种镁基合金丝的弹簧。
背景技术
在飞机部件、汽车部件和各种电子产品壳体中已广泛使用比铝轻且其强度和相对刚度都超过钢与铝的镁基合金。
但是，由于其六方密堆集晶体结构，镁及其合金的延展性不足，并且其塑性加工能力非常差。这也是难以由Mg及其合金制造丝的原因。
而且，尽管可通过热轧和热压Mg/Mg合金铸造材料来制造圆棒，但由于它们缺乏韧性和断面收缩(横截面积缩减)率低于15％，因而不适于，例如，冷加工制造弹簧。另外，当镁基合金用作结构材料时，与一般结构材料相比，其YP(拉伸屈服点)比(这里定义为0.2％耐力[即残余形变屈服强度]/抗拉强度)和扭转屈服比τ0.2/τmax(扭转试验中0.2％残余形变强度τ0.2与最大剪切应力τmax的比)之差。
其间，公布号为H07-3375的日本专利申请中公开了高强度Mg-Zn-X系(X:Y，Ce，Nd，Pr，Sm，Mm)镁基合金，并产生600MPa-726MPa的强度。这个公布的专利申请还公开了进行弯曲和压扁测试以评价合金的韧性。
但是，其获得的材料的形式仍未超出直径为6mm、长为270mm的短棒，而且通过描述的方法(粉末挤出)不能制造更长的丝。同时由于它们含有约几个原子％的加入元素如Y、La、Ce、Nd、Pr、Sm、Mm，所以不仅材料成本高，而且可重复利用性差。
另外，在Journal of Materials Science Letters，20，2001，457-459页描述了AZ91合金铸造材料的疲劳强度，大约在20MPa的水平上，也是相当低的。
在日本机械工程师协会第72届全国会议的论文集(I)(Symposium ofPresentations at the 72nd National Convention of the Japan Society ofMechanical Engineers)第35-37页上，描述了AZ21合金挤出材料的旋转弯曲疲劳试验结果，显示疲劳强度为100MPa，但测试未达到107次循环。另外，在Summary of Presentations at the 99th Autumn Convention of the JapanInstitute of Light Metals(2000)第73-74页上，描述了通过触融模制TMAE40、AM60和ACaSr6350p形成的材料的旋转弯曲疲劳性能。室温下的疲劳强度分别为65MPa、90MPa和100MPa，但是，简言之，就镁基合金的旋转弯曲疲劳强度而言，未获得超过100MPa的疲劳强度。
发明的公开
本发明首要目的在于实现强度和韧性都优良的镁基合金丝及其制造方法，以及实现使用这种镁基合金丝制的弹簧。
本发明另一个目的还在于实现YP比和τ0.2/τmax比高的镁基合金丝及其制造方法。
本发明另外的目的还在于实现具有超过100MPa的高疲劳强度的镁基合金丝及其制造方法。
由于对通常难以拉拔镁基合金方法作了多种研究，本发明人发现并因此完成了本发明，即通过在拉拔处理时的特定处理温度，并根据需要使拉拔处理与预定的热处理过程相结合，就能制造强度和韧性优良的丝。
(镁基合金丝)
根据本发明的镁基合金丝的第一个特征在于它是由下面列出的从(A)到(E)中任何化学组成构成的镁基合金丝，其中其直径d为0.1mm-10.0mm，其长度L为1000d或更长，其抗拉强度为220MPa或更高，其断面收缩率为15％或更大，其伸长率为6％或更高。
(A)以质量％计，含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn的镁基合金。
(B)以质量％计，含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且还含有一种或多种选自0.5-2.0％Zn和0.3-2.0％Si的元素的镁基合金。
(C)以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr的镁基合金。
(D)以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，并且还含有0.5-2.0％Mn的镁基合金。
(E)以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素的镁基合金。
可使用镁基铸造合金或镁基可锻合金作为丝用镁基合金。更具体地，可使用ASTM规格的例如AM系列、AZ系列、AS系列、ZK系列、EZ系列等。除了上面列出的化学组成，作为合金使用的是这些含有Mg和杂质的合金。这些杂质可为如Fe、Si、Cu、Ni和Ca。
AM系列中的AM60为含有5.5-6.5％Al；0.22％或更少的Zn；0.35％或更少的Cu；0.13％或更多的Mn；0.03％或更少的Ni；和0.5％或更少的Si的镁基合金。AM100是含有9.3-10.7％Al；0.3％或更少的Zn；0.1％或更少的Cu；0.1-0.35％的Mn；0.01％或更少的Ni；和0.3％或更少的Si的镁基合金。
以质量％计，AZ系列中的AZ10为含有1.0-1.5％Al；0.2-0.6％Zn；0.2％或更多的Mn；0.1％或更少的Cu；0.1％或更少的Si；和0.4％或更少的Ca的镁基合金。以质量％计，AZ21为含有1.4-2.6％Al；0.5-1.5％Zn；0.15-0.35％Mn；0.03％或更少的Ni；和0.1％或更少的Si的镁基合金。AZ31为含有2.5-3.5％Al；0.5-1.5％Zn；0.15-0.5％Mn；0.05％或更少的Cu；0.1％或更少的Si；和0.04％或更少的Ca的镁基合金。AZ61为含有5.5-7.2％Al；0.4-1.5％Zn；0.15-0.35％Mn；0.05％或更少的Ni；和0.1％或更少的Si的镁基合金。AZ91为含有8.1-9.7％Al；0.35-1.0％Zn；0.13％或更多的Mn；0.1％或更少的Cu；0.03％或更少的Ni；和0.5％或更少的Si的镁基合金。
以质量％计，AS系列中的AS21为含有1.4-2.6％Al；0.1％或更少的Zn；0.15％或更少的Cu；0.35-0.60％Mn；0.001％Ni；和0.6-1.4％Si的镁基合金。AS41为含有3.7-4.8％Al；0.1％或更少的Zn；0.15％或更少的Cu；0.35-0.60％Mn；0.001％或更少的Ni；和0.6-1.4％Si的镁基合金。
ZK系列中的ZK60为含有4.8-6.2％Zn和0.4％或更多的Zr的镁基合金。
EZ系列中的EZ33为含有2.0-3.1％Zn；0.1％或更少的Cu；0.01％或更少的Ni；2.5-4.0％的RE；和0.5-1％Zr的镁基合金。这里的“RE”为稀土元素；一般通常使用Pr和Nd的混合物。
尽管单从镁本身获得足够的强度是困难的，但通过包含上面列出的化学组成可得到理想的强度。而且，下文将要描述的制造方法能制造具有优异韧性的丝。
然后使合金具有上述的抗拉强度、断面收缩率和伸长率，以便同时具有强度和韧性，并有利于后续过程如把合金加工成弹簧。对于AM系列、AZ系列、AS系列和ZK系列，较优选的抗拉强度为250MPa或更高；更优选为300MPa或更高；尤其优选为330MPa或更高。对于EZ系列，较优选的抗拉强度为250MPa或更高。
同样，较优选的断面收缩率为30％或更高；尤其优选为40％或更高。AZ31的化学组成尤其适于获得40％或更高的断面收缩率。还有，由于含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn的镁基合金可获得30％或更高的断面收缩率，因此优选这种化学组成。对含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn的镁基合金，较优选的断面收缩率为40％或更高；尤其优选的断面收缩率为45％或更高。这时较优选的伸长率为10％或更高；抗拉强度为280MPa或更高。
本发明的镁基合金丝的第二个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金线，其中其YP比为0.75或更高。
YP比即用“0.2％耐力/抗拉强度”给出的比例。要求在用作结构材料时镁基合金具有高强度。在这种情况下，因为实际工作极限不仅取决于抗拉强度，而且取决于0.2％耐力的大小，所以为了获得高强度的镁基合金，不但要提高抗拉强度的绝对值，还要使YP比更大。通常可通过热挤可锻材料如AZ10合金或AZ21合金来生产圆形棒材，但是其抗拉强度为200-240MPa，其YP比(0.2％耐力/抗拉强度)为0.5到少于0.75％。对于本发明，通过对拉拔处理指定处理温度、温度升到加工温度的速度、成形性和线速度；并且在拉拔处理后，对材料进行预定的热处理，可制造YP比为0.75或更高的镁基合金丝。
例如，可通过在下列条件下进行拉拔处理制造YP比为0.9或更高的镁基合金丝：到加工温度的升温速度为1℃/sec-100℃/sec；加工温度为50℃-200℃(更优选150℃或以下)；成形性为10％或更高；线速度为1m/min或更高。另外，通过在前述拉拔处理后冷却丝，并在150℃-300℃的温度下进行5min或更长停留时间的热处理，可制得YP比为0.75或更高但小于0.90的镁基合金丝。尽管较大的YP比意味着优良的强度，但由于这意味着在必要的后续处理时可加工性差，因此当考虑可加工性时，YP比为0.75或更高但小于0.90的镁基合金丝是实用的。YP比优选为0.8或更高但小于0.90。
本发明的镁基合金丝的第三个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中在扭转试验中其0.2％残余变形强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.50或更高。
对于其中扭转性能有影响的应用，如螺旋弹簧，拉紧时不仅YP比变得至关重要，而且扭转屈服比即τ0.2/τmax也应该大。通过本发明指定的拉拔处理时间、处理温度、到达加工温度的升温速度、成形性和线速度；并且在拉拔处理后，对材料进行预定的热处理，可制造τ0.2/τmax为0.50或更高的镁基合金丝。
例如，可通过在下列条件下进行拉拔处理制造τ0.2/τmax为0.60或更高的镁基合金丝：到达加工温度的升温速度为1℃/sec-100℃/sec；加工温度为50℃-200℃(更优选150℃或以下)；成形性为10％或更高；线速度为1m/min或更高。另外，通过在前述拉拔处理后冷却丝，并在150℃-300℃的温度下进行5min或更长停留时间的热处理，可制得τ0.2/τmax为0.50或更高但小于0.60的镁基合金丝。
本发明镁基合金丝的第四个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中构成丝的合金的平均晶粒尺寸为10μm或更小。
限定镁基合金的平均晶粒尺寸以使镁基合金丝的强度和韧性平衡，可有利于后续处理如弹簧成形。主要通过调整拉拔处理时的加工温度而主要进行平均晶粒尺寸的控制。
更特别地，使合金显微结构具有5μm或更小的平均晶粒尺寸，能制造强度和韧性更加平衡的镁基合金丝。通过在200℃-300℃时，更优选250℃-300℃时，热处理后挤出的材料可得到平均晶粒尺寸为5μm或更小的精细晶体结构。此外，平均晶粒尺寸为4μm或更小的精细晶体结构能提高合金的疲劳性能。
本发明镁基合金丝的第五个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中构成丝的合金的晶粒大小为混合晶粒结构中的细晶粒和粗晶粒。
使晶粒进入混合晶粒结构能制造同时具有强度和韧性的镁基合金丝。举一个具体的例子，混合晶粒结构可以是一种平均晶粒尺寸为3μm或更小的细晶粒和平均晶粒尺寸为15μm或更大的粗晶粒的混合结构。尤其是使平均晶粒尺寸为3μm或更小的晶粒的表面积百分比为全部的10％或更多时，能制造强度和韧性更加优异的镁基合金线。可通过结合下文描述的拉伸和热处理过程而获得这种类型的混合晶粒结构。其中特别的是优选在100-200℃下进行加热处理。
本发明镁基合金线的第六个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中构成丝的合金的表面粗糙度为Rz≤10μm。
制造外表面光滑的镁基合金丝有利于使用丝的弹簧的成形加工。主要通过调整拉拔处理时的加工温度进行表面粗糙度的控制。除此以外，表面粗糙度还受拉丝条件如拉拔速度和润滑剂的选择的影响。
本发明镁基合金丝的第七个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中丝表面的轴向残余应力为80MPa或更低。
由于在轴向上的线表面(拉伸)的残余应力为80MPa或更低，从而能保证在下一阶段再成形或加工过程中有足够的加工精度。可通过如拉拔处理条件(温度、成形性)和随后的热处理条件(温度、时间)等因素来调整轴向残余应力。尤其是丝表面上的轴向残余应力为10MPa或更低时，能制造疲劳特征优良的镁基合金线。
本发明镁基合金线的第八个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中施加重复推拉应力幅度1×107次时疲劳强度为105MPa或更高。
制造具有如刚才所述疲劳特征的镁基合金丝，能使镁基合金在对疲劳特征有更高需求的广泛应用领域内使用，如弹簧、便携式家用电子产品的增固架和螺杆。可通过在拉拔处理后对材料进行150℃-250℃的热处理来得到具有这种疲劳特征的镁基合金丝。
本发明镁基合金丝的第九个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中线的不圆度为0.01mm或更小。“不圆度”为通过丝的同一截面上的直径最大和最小值间的差异。不圆度为0.01mm或更小有利于在自动焊接机上所使用的丝。而且，使弹簧用丝的不圆度为0.01mm或更小能稳定弹簧成形加工，从而稳定弹簧性能。
本发明镁基合金线的第十个特征在于它是具有上述化学组成的镁基合金丝，其中线的横截面为非圆形。
丝在横截面形式上通常是圆的。但是，对于本发明的丝，其韧性优异，不必限制为圆形，并易于地加工成横截面为奇特的椭圆和矩形/多边形。通过改变拉丝模的形式可容易地控制以使丝的横截面形式为非圆形。这种类型的奇特形式的丝适于眼镜框、便携式电子设备的增固架材料等应用。
(镁基合金焊丝)
上述的丝可用作焊丝。特别是理想地适用于拉出卷绕在轴上的焊丝的自动焊接机上。对于焊丝，使用化学组成为AM系列、AZ系列、AS系列或ZK系列的镁合金丝—尤其是上述的从(A)到(C)的化学组成—是适宜的。另外，丝直径优选为0.8-4.0mm。更理想的是抗拉强度为330MPa或更高。通过使丝具有刚提到的直径和抗拉强度，焊丝能被卷到轴上并从轴上被拉出而没有结头。
(镁基合金弹簧)
本发明的镁基合金弹簧的特征在于为由上述镁基合金丝形成的弹簧。
由于上述镁基合金丝一方面具有强度，另一方面又同时具有韧性，因此可无任何障碍地将其加工成弹簧。丝尤其适于冷加工的弹簧成形。
(制造镁基合金线的方法)
本发明制造镁基合金线的方法的特征在于：包括制备由上述从(A)到(E)中任一化学组成构成的镁基合金作为原料基材的步骤，和拉拔原料基材将其加工成丝状的步骤。
根据本发明的方法有利于后续加工如弹簧成形过程，能制造的丝有效地用于便携式家用电子产品增固架、长焊接机、螺杆及其它应用。本方法尤其能使其易于制造长度为其直径的1000倍或更多的线。
可使用通过铸造、挤出或类似方法得到的散料或棒材作为原料基材。通过使原料基材经过如丝模或辊模进行拉拔处理。对于拉拔处理，优选在50℃或以上的加工温度下进行加工，更优选在100℃或以上。加工温度为50℃或以上有利于丝加工。但是，由于较高的处理温度引起强度降低，因此加工温度优选为300℃或以下。更优选地，加工温度为200℃或以下；还更优选地，加工温度为150℃或以下。在本发明中，在模前设置加热器，并设定加热器的加热温度为加工温度。
温度升到加工温度的速度优选为1℃/sec-100℃/sec。同样，拉拔处理时适宜的线速度为1m/min或更高。
还可利用多个丝模和辊模进行多道次拉拔处理。可通过这种重复的多道次拉拔处理来制造较细直径的线。特别是能容易地得到直径小于6mm的丝。
在一次拉拔处理循环时，截面压缩率优选为10％或更高。由于低的成形性使屈服强度就低的事实，通过在截面压缩率为10％或更高时进行处理，就可容易地制造具有适宜强度和韧性的线。每次通过的截面压缩率为20％或更高则更为优选。但是，如果成形性太大，处理就不能进行，所以每道次截面压缩率上限大约为30％或更低。
对拉拔处理同样有利的是其中总截面压缩率为15％或更高。总截面压缩率更优选为25％或更高。按照这种总截面压缩率的拉拔处理与下文将要描述的热处理过程相结合，能制造同时具有强度和韧性的丝，并且金属具有混合晶粒或细晶粒的结构。
现在转向本发明方法中后拉拔的处理，冷却速度优选为0.1℃/sec或更高。如果达不到这个下限，晶粒就开始生长。冷却方式可为例如吹风，这种情况下可通过吹风速度和量等来调整冷却速度。
另外，在拉拔处理后，可通过将线加热到100℃-300℃来提高丝的韧性。加热温度更优选为150℃-300℃。保持加热温度的持续时间优选为约5-20分钟。这种加热(退火)改善了丝可从因拉拔处理引起的形变中恢复，以使其再结晶。当在拉拔处理后进行退火时，拉拔处理的温度应低于50℃。把拉拔处理温度设在30℃以上的水平，能使拉拔工作自动进行，而随后进行的退火能大大提高韧性。
特别是，进行后拉拔退火尤其适于制造至少具有一个下列特征的镁基合金丝：伸长率为12％或更高，断面收缩率为40％或更高，YP比为0.75或更高但低于0.90，和τ0.2/τmax为0.50或更高但小于0.60。
另一方面，拉拔加工后进行150℃-250℃的热处理过程特别适于制造(1)在施加重复推拉应力幅度下1×107次时疲劳强度为105MPa或更高的镁基合金丝；(2)线表面上的轴向残余应力为10MPa或更低的镁基合金丝；和(3)平均晶粒尺寸为4μm或更小的镁基合金丝。
附图简述
图1为本发明的丝的光学微观结构图
发明最佳实施方式
下面将说明本发明的实施例。
实施例1
使用以质量％计，含有3.0％Al、1.0％Zn和0.15％Mn，且余量由Mg和杂质构成的镁合金(一种相当于ASTM规格中AZ-31合金的材料)的φ6.0mm挤出材料，通过在各种条件下经线模拉拔挤出材料而制造丝。将设置在线模前的加热器的加热温度设定为加工温度。温度升到加工温度的速度为1-10℃/sec，拉拔处理时的丝速度为2m/min。另外，通过吹风冷却进行拉拔后冷却处理。通过在显微镜下放大丝断面结构，而测定观察区域内大量晶体的粒度并对尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。处理后的丝直径为4.84-5.85mm(截面压缩处理为19％时为5.4mm；截面压缩率为5-35％时为5.85-4.84mm)。在表I中，列出了改变加工温度时得到的丝的性能，而在表II中，为改变截面压缩率时得到的丝的性能。
Figure C02810981D00181
Figure C02810981D00191
从表I中看出，拉拔处理前挤出材料的韧性为：断面收缩率19％，和伸长率4.9％。相反，经过了50℃或更高温度下拉拔处理的本发明的样品，断面收缩率为50％或更高，伸长率为8％或更高。而且，它们的强度超过了拉拔处理前的强度；并在强度提高的同时获得了增强的韧性。
另外，对于250℃或更高的拉拔处理温度，强度提高的比例小。因此，在50℃-200℃加工温度内能明显显示出强度和韧性间的良好平衡。另一方面，在20℃的室温下，由于丝折断而不能进行拉拔处理。
从表II看出，对于截面压缩率为5％的成形性，断面收缩率和伸长率同时都低，但当成形性为10％或更高时，可得到40％或更高的断面收缩率和8％或更高的伸长率。同时，对于截面压缩率为35％的成形性，则不能进行拉拔。从这些事实明显看出，通过成形性为10％-30％时的拉拔处理能显示出出色的韧性。
制造的这些丝的长度是其直径的1000倍或更多；对经过多道次处理的丝，能进行反复处理。另外，本发明样品的平均晶粒尺寸在各种情况下都为10μm或更小，同时表面粗糙度Rz为10μm或更小。此外，通过X-射线衍射得到丝表面的轴向残余应力，其中对于本发明的样品，其在各种情况下都为80MPa或更低。
实施例2
使用以质量％计，含有6.4％Al、1.0％Zn和0.28％Mn，且余量由Mg和杂质构成的镁合金(一种相当于ASTM规格中AZ-61合金的材料)的φ6.0mm挤出材料，在各种条件下通过使挤出材料经过线模对其进行拉拔处理。将设置在线模前的加热器的加热温度设定为加工温度。温度升到加工温度的速度为1-10℃/sec，拉拔处理时的丝速度为2m/min。另外，通过吹风冷却进行拉拔后的冷却处理。通过在显微镜下放大丝断面结构，测定观察区域内大量晶体的粒度并对尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。处理后的线直径为4.84-5.85mm(截面压缩处理为19％时为5.4mm；截面压缩率为5-35％时为5.85-4.84mm)。在表III中，列出了改变加工温度时得到的丝的性能，而在表IV中，为改变截面压缩率时得到的丝的性能。
Figure C02810981D00211
Figure C02810981D00221
从表III中看出，拉拔处理前挤出材料的韧性为：断面收缩率低至15％，和伸长率3.8％。相反，经过了50℃或更高温度下拉拔处理的本发明的样品，断面收缩率为50％或更高和伸长率为8％或更高。而且，它们的强度超过了拉拔处理前的强度；并且在强度提高的同时获得了增强的韧性。
另外，对于250℃或更高的拉拔处理温度，强度提高的比例小。因此，在50℃-200℃加工温度内能明显显示出强度和韧性间的良好平衡。另一方面，在20℃的室温下，由于丝折断而不能进行拉拔处理。
从表IV看出，对于截面压缩率为5％的成形性，使断面收缩率和伸长率同时都低，但当成形性为10％或更高时，可得到40％或更高的断面收缩率和8％或更高的伸长率。同时，对于截面压缩率为35％的成形性，则不能进行拉拔。从这些事实明显看出，通过成形性为10％-30％时的拉拔处理能显示出出色的韧性。
制造的这些线的长度是其直径的1000倍或更多；对经过多道次处理的线，可进行反复处理。另外，本发明样品的平均晶粒尺寸在各种情况下都为10μm或更小，而表面粗糙度Rz为10μm或更小。
实施例3
使用实施例1和2中制造的丝和同样直径的挤出材料进行弹簧成形。使用直径为5.0mm的丝进行弹簧成形加工来制造外径为40mm的弹簧；研究弹簧能否成形与材料的平均晶粒尺寸和粗糙度的关系。主要通过在拉拔处理时调节加工温度并进行平均晶粒尺寸和表面粗糙度的调整。本实施例的加工温度为50-200℃。通过在显微镜下放大丝断面结构，测定观察区域内大量晶体的粒度并对尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。根据Rz评价表面粗糙度。结果列于表V。
   表V
Figure C02810981D00241
实施例4
使用以质量％计，含有6.4％Al、1.0％Zn和0.28％Mn，且余量由Mg和杂质构成的镁合金(一种相当于ASTM规格中AZ61合金的材料)的φ6.0mm挤出材料，在加工温度为35℃和截面压缩率(成形性)为27.8％时对挤出材料进行拉拔处理。将设置在丝模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为1-10℃/sec，拉拔处理时的丝速度为5m/min。同样，通过吹风进行冷却。冷却速度为0.1℃/sec或更快。得到的丝表现出的性能结果为：抗拉强度460MPa，断面收缩率15％，伸长率6％。在100-400℃温度下对丝进行15分钟的退火；得到的拉伸性能测试结果列于表VI。
         表VI
Figure C02810981D00251
参考表VI可发现，尽管退火导致强度在一定程度上降低，但根据伸长率和断面收缩率的韧性显然恢复得相当充分。也就是说，拉丝处理后在100-300℃下退火对恢复韧性非常有效，而且还能保持330MPa或更高的抗拉强度。即使在400℃下退火，也能获得300MPa或更高的抗拉强度，并且能获得足够韧性。具体地说，拉拔加工后进行100-300℃的退火，使得即使在拉拔处理温度小于50℃时也能制造韧性出色的丝。
实施例5
使用以质量％计，含有5.5％Zn和0.45％Zr，且余量由Mg和杂质构成的镁合金(一种相当于ASTM规格中ZK60合金的材料)的φ6.0mm挤出材料，在各种条件下通过将挤出材料经过线模对其进行拉拔处理。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为1-10℃/sec，拉拔处理时的丝速度为5m/min。另外，通过吹风进行冷却。本发明样品的冷却速度为0.1℃/sec或以上。通过在显微镜下放大线断面结构，测定观察区域内大量晶体的粒度并对尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。通过X-射线衍射得到线表面的轴向残余应力。后处理的线直径为4.84-5.85nm(截面压缩处理为19％时为5.4mm；截面压缩率为5-35％时为5.85-4.84mm)。在表VII中，列出了改变加工温度时得到的丝的性能，而在表VIII中，为改变截面压缩率时得到的丝的性能。
Figure C02810981D00261
Figure C02810981D00271
从表VII中看出，挤出材料的韧性，其断面收缩率低至13％。相反，经过50℃或更高温度下拉拔处理的本发明的样品，强度为330MPa或更高，证实强度大大提高。同时，它们的断面收缩率为15％或更高，伸长率为6％或更高。另外，对于250℃或更高的处理温度，强度提高的比例小。因此，在50℃-200℃加工温度内能明显显示出强度-韧性间的良好平衡。另外，在20℃的室温下，由于丝折断而不能进行拉拔处理。
从表VIII明显看出，成形性为5％时，断面收缩率和伸长率同时都低，当成形性为10％或更大时，强度的提高则是显著的。同时，对于35％的成形性，则不能进行拉拔。这证明应通过成形性为10％-30％的拉拔处理来制造丝。
制造的这些丝的长度是其直径的1000倍或更多；对经过多道次处理的线，可进行反复处理。另外，在本发明中，平均晶粒尺寸在各种情况下都为10μm或更小，表面粗糙度Rz为10μm或更小，轴向残余应力为80MPa或更低。
实施例6
使用实施例5中制造的丝和同样直径的挤出材料进行弹簧成形。使用5.0mm规格的丝进行弹簧成形加工以制造外径为40mm的弹簧；测定弹簧能否成形、材料的平均晶粒尺寸和粗糙度。根据Rz评价表面粗糙度。结果列于表IX。
从表IX明显看出，用平均晶粒尺寸为10μm或更小和表面粗糙度Rz为10μm或更小的镁丝能进行弹簧成形，但在其它情况下，由于丝折断而不能进行加工。本发明因此证实，用平均晶粒尺寸为10μm或更小和表面粗糙度Rz为10μm或更小的镁基合金丝能进行弹簧成形。
        表IX
Figure C02810981D00281
实施例7
将下面列出的相应于合金AZ31、AZ61、AZ91和ZK60的材料制成φ6.0mm挤出材料。化学组成的单位均为质量％。
AZ31：含3.0％Al，1.0％Zn和0.15％Mn；余量为Mg和杂质。
AZ61：含6.4％Al，1.0％Zn和0.28％Mn；余量为Mg和杂质。
AZ91：含9.0％Al，0.7％Zn和0.1％Mn；余量为Mg和杂质。
ZK60：含5.5％Zn和0.45％Zr；余量为Mg和杂质。
使用这些挤出材料，用线模在100℃的加工温度下进行拉丝，保持每道次成形性为15-25％，直到φ为1.2mm。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为1-10℃/sec，拉拔处理时的丝速度为5m/min。同样，通过吹风进行冷却。冷却速度为0.1℃/sec和以上。由于本发明的材料在拉拔加工中没有丝折断，因此能制造长丝。制得丝的长度为其直径的1000倍或更多。
另外，测定不圆度和表面粗糙度。“不圆度”为通过丝的同一截面上直径的最大和最小值间的差异。根据Rz评价表面粗糙度。结果列于表X。还给出了作为对比材料的挤出材料的这些性能。
  表X
 
合金类型 制造方法 抗拉强度MPa 伸长率％ 断面收缩率％ 不圆度mm 表面粗糙度μm
AZ31 拉丝 340 50 9 0.005 4.8
AZ61 ″ 430 21 9 0.005 52
AZ91 ″ 450 18 8 0.008 6.2
ZK60 ″ 480 18 9 0.007 43
AZ31 挤出 260 35 15 0.022 12.8
AZ61 ″ 285 35 15 0.015 11.2
AZ91 ″ 320 13 9 0.018 15.2
ZK60 ″ 320 13 20 0.021 18.3
如表X所示，本发明材料的特征是明显的：抗拉强度为300MPa或更大，而且断面收缩率为15％或更大和伸长率为6％或更大；另外，表面粗糙度Rz≤10μm。
实施例8
对上述实施例，按照与实施例7中同样的方法制造丝规格为φ0.8、φ1.6和φ2.4mm的丝，拉拔加工温度分别为50℃、150℃和200℃，并按照同样方法进行评价。结果证实每个样品的抗拉强度为300MPa或更大，同时断面收缩率为15％或更大和伸长率为6％或更大；另外，不圆度为0.01mm或更小，表面粗糙度Rz≤10μm。
再把得到的丝分别在卷轴上做成1.0-5.0kg的均匀绕组。从卷轴上抽出的丝在卷绕弯曲方面有良好适应性，这意味着在人工焊接、MIG、TIG和类似自动焊接中可期望由线得到良好焊缝。
实施例9
使用AZ-31镁合金φ8.0mm挤出材料，通过在加工温度为100℃下进行拉拔处理直至材料变为φ4.6mm(单次通过成形性为10％或更大；总成形性为67％)来制造丝。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为1-10℃/sec，拉拔处理时的线速度为2-10m/min。拉拔处理后通过吹风进行冷却，冷却速度为0.1℃/sec或更高。将得到的线在100℃-350℃进行15分钟的热处理。其拉伸性能列于表XI。其中标有“本发明样品”的丝的结构为混合晶粒和其平均晶粒尺寸为5μm或更小的线。
      表XI
Figure C02810981D00301
从表XI看出，尽管热处理温度为80℃或更低时强度高，但同时伸长率和断面收缩率低，缺乏韧性。在这种情况下，晶体结构为经加工的结构，平均粒度反映了处理前的粒度，大约为20μm。
同时，当加热温度为150℃或更高时，尽管强度有一定程度下降，但伸长率和断面收缩率恢复显著，其中可得到强度和韧性平衡的丝。在这种情况下，加热温度为150℃和200℃时的晶体结构变为晶粒度为3μm或更小的晶粒和晶粒度为15μm或更小的晶粒的混合晶粒结构(同上)。在250℃或更高时，显示出其中晶粒尺寸几乎均匀的结构；其平均粒度列于表XI。同时保证300MPa或更高的强度并且平均粒度为5μm或更小是可能的。
实施例10
使用AZ-31镁合金的φ8.0mm挤出材料，通过单道次成形性为10％或更大和加工温度为150℃时进行拉拔处理来改变总成形性而制得线，将丝在200℃下热处理15分钟，评价经过热处理的材料的拉伸性能。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为2-5℃/sec，拉拔处理时的线速度为2-5m/min。拉拔处理后通过吹风冷却进行冷却，冷却速度为0.1℃/sec或更高。结果列于表XII。其中标有“本发明样品”的丝是结构为混合晶粒。
  表XII
Figure C02810981D00311
从观察表XII可发现，尽管总成形性为10％或更低时结构控制不适当，但为15％或更高(同上)时，结构成为平均粒度为3μm或更小的晶粒和15μm或更小(同上)的晶粒的混合结构，并同时达到了高强度和高韧性。
图1提供了成形性为23％时，后热处理的丝的结构的光学显微照片。从图中可清楚了解，其结构证实为平均粒度为3μm或更小的晶粒和15μm或更小(同上)的晶粒的混合结构，并且其中3μm或更小的晶粒的表面积百分比约为15％。从本发明实施例中的混合晶粒结构可看到，在任何情况下，3μm或更小的晶粒的表面积百分比为10％或更高。同样，30％或更高的总成形性更加有效地提高了强度。
实施例11
使用ZK-60合金的φ6.0mm挤出材料，在加工温度为150℃时进行拉拔处理直到材料成为φ5.0mm(总成形性为30.6％)。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为2-5℃/sec，拉拔处理时的线速度为2m/min。拉拔处理后通过吹风冷却进行冷却，冷却速度为0.1℃/sec或更高。冷却后在100℃-350℃下对丝进行15分钟的热处理。经过后热处理的丝的拉伸性能示于表XIII。其中标有“本发明样品”的丝的结构为混合晶粒和平均晶粒尺寸为5μm或更小的丝。
         表XIII
Figure C02810981D00321
从表XIII看出，尽管热处理温度为80℃或更低时强度高，但同时伸长率和断面收缩率低，缺乏韧性。在这种情况下，晶体结构为经加工的结构，晶粒尺寸反映了处理前的粒度，大约为十多μm。
同时，当加热温度为150℃或更高时，尽管强度有一定程度下降，但伸长率和断面收缩率恢复显著，并可得到强度和韧性平衡的丝。在这种情况下，加热温度为150℃和200℃时的晶体结构成为平均粒度为3μm或更小的晶粒和15μm或更小(同上)的晶粒的混合晶粒结构。在250℃或更高时，显示出粒度均匀的结构；其粒度列于表XIII。并可同时保证390MPa或更高的强度和平均粒度为5μm或更小。
实施例12
使用AZ31合金、AZ61合金和ZK60合金的φ5.0mm挤出材料，将材料经过线模进行拉拔的热加工处理，直到φ为4.3mm。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为2-5℃/sec，拉拔处理时的线速度为3m/min。拉拔处理后通过吹风冷却进行冷却，冷却速度为0.1℃/sec或更高。拉拔加工时的加热温度和得到的线的性能列于表XIV到XVI。用YP比和扭转屈服比τ0.2/τmax评价线性能。YP比为0.2％耐力/抗拉强度。扭转屈服比为扭转试验中0.2％的残余形变强度τ0.2与最大剪切应力τmax的比。扭转试验中夹具间的距离设为100d(d：线直径)；由试验中的扭矩和扭转角之间的关系得到τ0.2和τmax。作为对比材料的挤出材料的性能也被列于表中。
    表XIV
Figure C02810981D00331
      表XV
Figure C02810981D00332
表XVI
从表XIV到XVI看出，与挤出材料的YP比为0.7左右相比，本发明样品的YP比在各种情况下都为0.9或更大，并且0.2％耐力值增加到或超过抗拉强度的增加。
也可以理解任一挤出材料组成中τ0.2/τmax比小于0.5，而本发明样品却显示出0.6或更高的较高值。这些结果与横断面为奇特形式(非圆形)的线材和棒材一致。
实施例13
使用AZ31合金、AZ61合金和ZK60合金的φ5.0mm挤出材料，将材料经过线模进行拉拔的热加工处理，直到φ为4.3mm。将设置在线模前的加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为5-10℃/sec，拉拔处理时的线速度为3m/min。拉拔处理后通过吹风冷却进行冷却，冷却速度为0.1℃/sec或更高。冷却后对丝进行100℃-300℃×15分钟的热处理。按照实施例12中同样的方式，用YP比和扭转屈服比τ0.2/τmax评价线性能。结果列于表XVII到表XIX。作为对比材料的挤出材料的性能也被列于表中。
Figure C02810981D00351
Figure C02810981D00361
Figure C02810981D00371
从表XVII到XIX可以看出，与挤出材料的YP比为0.7相比，经过拉丝和热处理的本发明样品的YP比为0.75或更大。显然，在其中，对YP比被控制在0.75-0.90的本发明样品，伸长率大，加工性能也相当好。即使需要更高的强度，在YP比为0.80或更高但低于0.90的样品中间，也能得到与伸长率很好的平衡。
同时，对任何一种组成的挤出材料，扭转屈服比τ0.2/τmax小于0.5，但对经过拉丝和热处理的样品，则显示出0.50或更大的高值。在成形性达到要求并且要保证伸长率的情况下，优选扭转屈服比τ0.2/τmax为0.5或更高但小于0.60是可以理解的。
这些结果显示出同样的与组成无关的趋势。另外，热处理的最佳条件受拉丝成形性和加热时间的影响，并取决于拉丝条件而不同。而且这些结果还与横断面为奇特形式(非圆形)的线材和棒材一致。
实施例14
使用以质量％计含有1.2％Al、0.4％Zn和0.3％Mn，余量由Mg和杂质构成的AZ10合金镁合金的φ5.0mm挤出材料，在总截面压缩率为36％时，在100℃加工温度下进行拉拔处理(两道次)，直到材料为φ4.0mm。拉拔处理使用线模。另外对于加工温度，在线模前设置加热器，并将加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为10℃/sec；冷却速度为0.1℃/sec或更快；拉拔处理时的线速度为2m/min。同样，通过吹风冷却进行冷却。然后，在50℃-350℃温度下对得到的丝状产品进行20分钟的热处理，以生产各种丝。
研究抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、YP比、τ0.2/τmax和晶粒尺寸。通过在显微镜下放大丝的断面结构，测定观察区域内大量晶体的粒度并对尺寸平均，得到平均晶粒尺寸。结果列于表XX。φ5.0mm挤出材料的抗拉强度为225MPa；其韧性：断面收缩率38％，伸长率9％；其YP比，0.64；其τ0.2/τmax比，0.55。
Figure C02810981D00391
从表XX明显看出，与挤出材料相比，拉拔加工后丝的强度大大提高。从热处理后的机械性能看，对于100℃或更低的加热温度，在后拉拔性能中丝没有重大变化。显然，对于150℃或更高的温度，断裂后伸长和断面收缩率大大提高。与经过拉拔加工但没有进行热处理的丝相比，抗拉强度、YP比和τ0.2/τmax比可能会降低，但大大超过了原来挤出材料的抗拉强度、YP比和τ0.2/τmax比。如果热处理温度超过300℃，抗拉强度、YP比和τ0.2/τmax比的增加变小，所以选择热处理温度为300℃或以下。
可以理解本实施例中得到的丝可证实具有非常细的晶粒，因为，正如表XX所示，加热温度为150℃以上时，晶粒尺寸为10μm或更小，加热温度为200-250℃时，为5μm或更小。同样，150℃的温度产生3μm以下的晶粒和15μm以上的晶粒的混合晶粒结构，其中，3μm或更小的晶粒的表面积百分比为10％或更高。
制造的这些丝的长度是其直径的1000倍或更多，同时表面粗糙度Rz为10μm或更小。另外，通过X-射线衍射得到线表面的轴向残余应力，其中所述应力为80MPa或更低。此外，不圆度为0.01mm或更小。“不圆度”为通过丝的同一截面上的直径的最大和最小值之间的差。
然后在室温下使用得到的丝(φ4.0mm)进行弹簧成形加工以制造外径为35mm的弹簧，其中本发明的丝可没有任何问题地形成弹簧。
实施例15
使用以质量％计，含有1.2％Al、0.4％Zn和0.3％Mn，余量由Mg和杂质构成的AZ10合金镁基合金的φ5.0mm挤出材料，通过在不同条件下拉拔加工挤出材料来制造不同线材。拉拔处理使用线模。另外对于加工温度，在线模前设置加热器，并将加热器的加热温度设为加工温度。温度升到加工温度的速度为10℃/sec，拉拔处理时的线速度为2m/min。得到线的性能列于表XXI和XXII。表XXI中的条件和结果是在截面压缩率固定、加工温度变化时的情况下进行，表XXII则为加工温度固定、截面压缩率变化时的情况下进行。在本实施例中，拉拔加工仅为单道次，这里的“截面压缩率”为总截面压缩率。
Figure C02810981D00421
从表XXI看出，挤出材料的抗拉强度为205MPa；其韧性：断面收缩率38％，伸长率9％。另一方面，在50℃或更高温度下经过拉拔加工的样品1-3到1-9的断面收缩率为30％或更高，伸长率为6％或更高。而且，这些试验材料显然具有高的250MPa或更高的抗拉强度、0.9或更高的YP比和0.60或更高的τ0.2/τmax比，并且这些样品，具有提高的强度而没有明显降低韧性。尤其是在100℃或更高温度下经过拉拔加工的样品1-4到1-9，断面收缩率为40％或更高，伸长率为10％或更高，就韧性而言，它们都是特别出色的。相反，如果拉拔加工温度超过300℃，抗拉强度的增加减小；在20℃室温下拉拔加工的样品1-2由于丝折断而不能被处理。因此，采用50℃-300℃(优选100℃-300℃)的加工温度，能显示出极好的强度-韧性平衡。
从表XXII看出，对于成形性为5％的样品2-2，抗拉强度、YP比和τ0.2/τmax比的增加率小；但如果成形性为10％或更高，则抗拉强度、YP比和τ0.2/τmax比就变大。同时，对于成形性为35％的样品2-6，不能进行拉拔加工。从这些事实可了解到，成形性为10％-30％的拉拔处理能带来优异的性能—250MPa或更高的高抗拉强度、0.9或更高的YP比和0.60或更高的τ0.2/τmax比，而不牺牲韧性。
表XXI或表XXII中得到的丝的长度是其直径的1000倍或更多，并分别能以多道次重复拉拔加工。而且，表面粗糙度Rz为10μm或更小。通过X-射线衍射得到线表面的轴向残余应力，其中所述应力为80MPa或更低。此外，不圆度为0.01mm或更小。“不圆度”为通过线的同一截面上的直径的最大值和最小值之间的差异。
然后在室温下使用得到的丝进行弹簧成形加工以制造外径为40mm的弹簧，其中本发明的丝可没有任何问题地形成弹簧。
实施例16
使用以质量％计，含有4.2％Al、0.50％Mn和1.1％Si、余量由Mg和杂质构成的AS41镁合金和含有6.1％Al和0.44％Mn、余量由Mg和杂质构成的AM60镁合金的φ5.0mm挤出材料，在截面压缩率为19％时通过线模进行材料拉拔处理，直到其为φ4.5mm。其处理条件和得到线的性能列于表XXIII。
Figure C02810981D00441
从表XXIII看出，AS41合金挤出材料的抗拉强度为259MPa，0.2％耐力为151MPa；而YP比低至0.58。此外，断面收缩率为19.5％，伸长率为9.5％。
AM60合金挤出材料的抗拉强度为265MPa，0.2％耐力为160MPa；而YP比低至0.60。
另一方面，被加热到150℃温度并都经过拉拔处理的AS41合金和AM60合金，断面收缩率为30％或更高，伸长率为6％或更高，并具有300MPa或更高的高抗拉强度和0.9或更高的YP比，显然，在不明显牺牲韧性的情况下就能提高强度。同时，在20℃的室温下由于线折断而不能进行拉拔处理。
实施例17
使用以质量％计，含有4.2％Al、0.50％Mn和1.1％Si、余量由Mg和杂质构成的AS41镁合金和含有6.1％Al和0.44％Mn、余量由Mg和杂质构成的AM60镁合金的φ5.0mm挤出材料，在截面压缩率为19％通过线模在加工温度为150℃的条件下进行材料拉拔处理，直到其为φ4.5mm。处理后的冷却速度为10℃/sec。将这种情况下得到的丝在80℃和200℃加热15分钟，测试其室温拉伸性能和晶粒尺寸。结果列于表XXIV。
表XXIV
Figure C02810981D00451
拉丝处理后，抗拉强度、0.2％耐力和YP比大大提高。就机械性能而言，经过80℃的加工温度，后拉伸和热处理的材料在后拉拔性能上没有重大变化。显然，温度为200℃时，断后伸长率和断面收缩率大大增加。与经过同样拉拔的线材比，抗拉强度、0.2％耐力和YP比可能降低，但具有大大超过原来挤出材料的抗拉强度、0.2％耐力和YP比。
如表XXIV所示，在这个实施例中，加热温度为200℃时得到的晶粒尺寸为5μm或更小，以非常细的晶粒存在。此外，制得的丝的长度为直径的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz为10μm或更小，轴向残余应力为80MPa或更小，不圆度为0.01mm或更小。
另外，在室温下使用得到的丝(φ4.5mm)进行弹簧成形加工以制造外径为40mm的弹簧，其中本发明的丝可没有任何问题地形成弹簧。
实施例18
将以质量％计，含有2.5％Zn、0.6％Zr和2.9％RE，且余量由镁和杂质构成的EZ33镁合金铸造材料通过热铸制成φ5.0mm棒材，并在19％的截面压缩率下通过线模对其进行拉拔处理，直到它为φ4.5mm。其中的处理条件和制得的丝的性能列于表XXV。这里，使用钕镨混合物作为RE。
Figure C02810981D00471
从表XXV可看出，EZ33合金挤出材料的抗拉强度为180MPa，0.2％耐力为121MPa；而YP比低至0.67。此外，断面收缩率为15.2％，伸长率为4.0％。
另一方面，被加热到150℃的温度并经过拉拔处理的材料，断面收缩率超过30％，伸长率超过6％，并具有超过220MPa的高抗拉强度和超过0.9的YP比，显然，在不明显牺牲韧性的情况下就能提高强度。同时，在20℃的室温下由于线折断而不能进行拉拔处理。
实施例19
将以质量％计，含有2.5％Zn、0.6％Zr和2.9％RE，且余量由镁和杂质构成的EZ33镁合金铸造材料通过热铸制成φ5.0mm棒材，并在19％的截面压缩率下通过线模对其进行拉拔处理，直到它为φ4.5mm。处理后的冷却速度为10℃/sec或更高。将这种情况下得到的丝在80℃和200℃加热15分钟，测试其室温拉伸性能和晶粒尺寸。结果列于表XXVI。这里，使用钕镨混合物作为RE。
表XXVI
Figure C02810981D00481
拉丝处理后，抗拉强度、0.2％耐力和YP比大大提高。就机械性能而言，对于80℃的加工温度，经过后拉拔和热处理的材料在后拉拔中的性能上没有大的变化。显然，温度为200℃时，断后伸长率和断面收缩率大大增加。与经过同样拉拔的线材比，抗拉强度、0.2％耐力和YP比可能降低，但仍大大超过原始挤出材料的抗拉强度、0.2％耐力和YP比。
如表XXVI所示，在加热温度为200℃的这个实施例中，得到的晶粒尺寸为5μμm或更小，以非常细的晶粒存在。此外，制得的丝的长度为其直径的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz为10μm或更小，轴向残余应力为80MPa或更小，不圆度为0.01mm或更小。
实施例20
使用以质量％计，含有1.9％Al、0.45％Mn和1.0％Si，且余量由Mg和杂质构成的AS21镁合金的φ5.0mm挤出材料，在截面压缩率为19％时通过线模进行材料拉拔处理，直到其为φ4.5mm。其中的处理条件和制得的丝的性能列于表XXVII。
Figure C02810981D00501
从表XXVII看出，AS21合金挤出材料的抗拉强度为215MPa，0.2％耐力为141MPa；而YP比低至0.66。
另一方面，被加热到150℃的温度并经过拉拔处理的材料，断面收缩率超过40％，伸长率超过6％，并具有超过250MPa的高抗拉强度和超过0.9的YP比，显然，在不明显牺牲韧性的情况下就能提高强度。同时，在20℃的室温下由于线折断而不能进行拉拔处理。
此外，制得的丝的长度为其直径的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz为10μm或更小，轴向残余应力为80MPa或更小，不圆度为0.01mm或更小。另外，在室温下使用得到的丝(φ4.5mm)进行弹簧成形加工以制造外径为40mm的弹簧，其中本发明的丝可没有任何问题地成形为弹簧。
实施例21
使用以质量％计，含有1.9％Al、0.45％Mn和1.0％Si，且余量由Mg和杂质构成的AS21镁合金的φ5.0mm挤出材料，在截面压缩率为19％时通过线模在加工温度为150℃下进行材料拉拔处理，直到其为φ4.5mm。处理后的冷却速度为10℃/sec。将这种情况下得到的线在80℃和200℃加热15分钟，测试室温拉伸性能和晶粒尺寸。结果列于表XXVIII。
     表XXVIII
Figure C02810981D00511
拉丝处理后，抗拉强度、0.2％耐力和YP比大大提高。就机械性能而言，加工温度为80℃的，后拉拔和热处理的材料在后拉拔中的性能没有重大变化。显然，温度为200℃时，断后伸长率和断面收缩率大大增加。与经过同样拉拔的线材相比，抗拉强度、0.2％耐力和YP比可能降低，但仍大大超过原来挤出材料的抗拉强度、0.2％耐力和YP比。
如表XXVIII所示，在这个加热温度为200℃的实施例中，得到的晶粒尺寸为5μm或更小，以非常细的晶粒存在。此外，制得的丝的长度为其直径的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz为10μm或更小，轴向残余应力为80MPa或更小，不圆度为0.01mm或更小。
另外，在室温下使用得到的丝(φ4.5mm)进行弹簧成形加工以制造外径为40mm的弹簧，其中本发明的丝可没有任何问题地成形为弹簧。
实施例22
制备AZ31合金的φ5.0mm挤出材料，在截面压缩率为36％时在加工温度为100℃对材料进行拉拔处理(二道次)，直到其为φ4.0mm。拉拔处理后的冷却速度为10℃/sec。然后，在100℃-350℃温度下对材料进行60分钟的热处理，以生产各种线。然后用Nakamura旋转弯曲疲劳测试仪测定线的旋转弯曲疲劳强度。在疲劳试验中，运行了107次循环。同时还测定样品的平均晶粒尺寸和轴向残余应力。结果列于表XXIX。
   表XXIX
Figure C02810981D00521
从表XXIX明显看出，在150℃-250℃下的热处理使疲劳强度达到最大的105MPa或更大。这种情况下平均晶粒尺寸证实为4μm或更小；轴向残余应力为10MPa或更小。
另外，由AZ61合金、AS41合金、AM60合金和ZK60合金制备的φ5.0mm挤出材料，并按照同样的方式测试。结果列于表XXX到XXXIII。
  表XXX
Figure C02810981D00531
  表XXXI
Figure C02810981D00532
  表XXXII
Figure C02810981D00533
   表XXXIII
Figure C02810981D00541
对于任一种合金系，拉拔处理与随后的热处理过程的结合都能产生105MPa或更高的疲劳强度；在150℃-250℃下的热处理使疲劳强度达到最大值。此外，平均晶粒尺寸证实为4μm或更小；轴向残余应力为10MPa或更小。
工业实用性
如前所述，根据本发明的金属丝制造方法能对按惯例存在问题的镁合金进行拉拔加工，并使其制造强度和韧性优良的镁基合金丝。
而且，由于有高韧性，本发明的镁基合金线有利于随后的成形加工—开始弹簧成形—和有效地作为韧性和相对强度优良的轻质材料。
因此，可期望这种线有效应用于MD播放器、CD播放器、移动电话等的增固架，并在手提箱架上使用；另外还可用于轻质弹簧、自动焊接机上使用的长焊丝等，以及螺杆等。

Claims (66)

1.一种镁基合金丝制造方法，特征在于包括:
制备由下面(A)的镁基合金作为原料基材的步骤:
(A)以质量％计，由0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn且余量的Mg和杂质组成的镁基合金基材；和
将原料基材拉拔并加工成线形的处理步骤，其中拉拔处理时的加工温度为50℃-200℃。
2.一种镁基合金丝制造方法，特征在于包括:
制备由下面(B)的镁基合金作为原料基材的步骤:
(B)以质量％计，由0.1-12.0％Al、0.1-1.0％Mn、一种或多种选自0.5-2.0％Zn和0.3-2.0％Si的元素且余量的Mg和杂质组成的镁基合金基材；和
将原料基材拉拔并加工成线形的处理步骤，其中拉拔处理时的加工温度为50℃-200℃。
3.一种镁基合金丝制造方法，特征在于包括:
制备由下面(C)的镁基合金作为原料基材的步骤:
(C)以质量％计，由1.0-10.0％Zn、0.4-2.0％Zr且余量的Mg和杂质组成的镁基合金基材；和
将原料基材拉拔并加工成线形的处理步骤，其中拉拔处理时的加工温度为50℃-200℃。
4.一种镁基合金丝制造方法，特征在于包括:
制备由下面(D)的镁基合金作为原料基材的步骤:
(D)以质量％计，由1.0-10.0％Zn、0.4-2.0％Zr、0.5-2.0％Mn且余量的Mg和杂质组成的镁基合金基材；和
将原料基材拉拔并加工成线形的处理步骤，其中拉拔处理时的加工温度为50℃-200℃。
5.一种镁基合金丝制造方法，特征在于包括:
制备由下面(E)的镁基合金作为原料基材的步骤:
(E)以质量％计，由1.0-10.0％Zn、1.0-3.0％稀土元素且余量的Mg和杂质组成的镁基合金基材；和
将原料基材拉拔并加工成线形的处理步骤，其中拉拔处理时的加工温度为50℃-200℃。
6.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，一次拉拔处理中的截面压缩率为10％或更高。
7.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，拉拔处理时的总截面压缩率为15％或更高。
8.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，拉拔处理时的线速度为1m/min或更高。
9.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，温度升到拉拔处理温度的速度为1℃/sec-100℃/sec。
10.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，使用线模或辊模进行拉拔处理。
11.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，使用多个线模或辊模进行多道次拉拔处理。
12.如权利要求1-5中任一项所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，拉拔处理完成后，将得到的线形制品在100℃-300℃的温度下加热。
13.如权利要求1-5中任一项的所述的镁基合金丝制造方法，特征在于，进一步包括冷却速度为0.1℃/sec或更高的后拉拔处理。
14.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:
其抗拉强度为250MPa或更高；
其断面收缩率为40％或更高；和
其伸长率为12％或更高。
15.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:
其抗拉强度为300Mpa或更高；
其断面收缩率为15％或更高；和
其伸长率为6％或更高。
16.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:
其直径d为1.0-10.0mm，和
其长度L为1000d或更多；和
其在施加重复推拉应力幅度下在1×107次时其疲劳强度为105MPa或更高。
17.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:
其YP比为0.75或更高。
18.如权利要求17所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比为0.75或更高且小于0.90。
19.如权利要求17所述的镁基合金线，特征在于，以质量％计，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比为0.90或更高。
20.如权利要求17所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比为0.75或更高且小于0.90。
21.如权利要求17所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比为0.90或更高。
22.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:
扭转试验中其0.2％残余变形强度T0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.50或更高。
23.如权利要求22所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭转试验中其0.2％残余变形强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.50或更高且小于0.60。
24.如权利要求22所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭转试验中其0.2％残余变形强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.60或更高。
25.如权利要求22所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭转试验中其0.2％残余变形强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.50或更高且小于0.60。
26.如权利要求22所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭转试验中其0.2％残余变形强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.60或更高。
27.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:构成金属丝的合金的晶粒尺寸为10μm或更小。
28.如权利要求27所述的镁基合金丝，特征在于以质量％计，它含有0.1-小于2.0％Al。
29.如权利要求27所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含2.0-12.0％Al。
30.如权利要求27所述的镁基合金丝，特征在于，构成丝的合金的晶粒尺寸为5μm或更小。
31.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金线的特征在于:构成丝的合金的晶粒为细晶粒和粗晶粒的混合晶粒结构。
32.如权利要求31所述的镁基合金丝，特征在于，细晶粒的平均晶粒尺寸为3μm或更小，粗晶粒的平均晶粒尺寸为15μm或更大。
33.如权利要求31所述的镁基合金丝，特征在于，平均晶粒尺寸为3μm或更小的晶粒的表面积百分比为全部的10％或更多。
34.如权利要求31-33中任一权利要求所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有0.1-小于2.0％Al。
35.如权利要求31-33中任一权利要求所述的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，它含有2.0-12.0％Al。
36.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金，它以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金丝的特征在于:丝表面上的表面粗糙度为Rz≤10μm。
37.一种由权利要求1的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，所述镁基合金丝的特征在于:丝表面上的轴向残余应力为80MPa或更低。
38.如权利要求37所述的镁基合金丝，特征在于，丝表面上的轴向残余应力为10MPa或更低。
39.一种由权利要求2的方法制造的镁基合金丝，特征在于，所述镁基合金丝含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，以及还含有一种或多种选自0.5-2.0质量％Zn和0.3-2.0质量％Si的元素。
40.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:
其直径d为0.1mm-10.0mm；
其长度L为1000d或更多；
其抗拉强度为300MPa或更高；
其断面收缩率为15％或更高；和
其伸长率为6％或更高。
41.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:
其直径d为1.0-10.0mm，和
其长度L为1000d或更多；和
在施加重复推拉应力幅度1×107次时其疲劳强度为105MPa或更高。
42.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:构成丝的合金的晶粒尺寸为10μm或更小。
43.如权利要求42所述的镁基合金丝，特征在于，构成丝的合金的晶粒尺寸为5μm或更小。
44.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:构成丝的合金的晶粒为细晶粒和粗晶粒的混合晶粒结构。
45.如权利要求44所述的镁基合金丝，特征在于，细晶粒的平均晶粒尺寸为3μm或更小，粗晶粒的平均晶粒尺寸为15μm或更大。
46.如权利要求45所述的镁基合金丝，特征在于，平均晶粒尺寸为3μm或更小的晶粒的表面积百分比为全部的10％或更多。
47.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:丝表面上的表面粗糙度为Rz≤10μm。
48.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:
丝表面上的轴向残余应力为80MPa或更低。
49.如权利要求48所述的镁基合金丝，特征在于，丝表面上的轴向残余应力为10MPa或更低。
50.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:其YP比为0.90或更高。
51.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:其YP比为0.75或更高且小于0.90。
52.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:
扭转试验中其0.2％残余形变强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.60或更高。
53.一种由权利要求3的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，所述镁基合金丝的特征在于:扭转试验中其0.2％残余形变强度τ0.2与其最大剪切应力τmax的比τ0.2/τmax为0.50或更高且小于0.60。
54.一种由权利要求4的方法制造的镁基合金丝，特征在于，以质量％计，所述镁基合金丝含有1.0-10.0％Zn、0.4-2.0％Zr和0.5-2.0％Mn。
55.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
其直径d为0.1mm-10.0mm；
其长度L为1000d或更多；
其抗拉强度为220MPa或更高；
其断面收缩率为15％或更高；和
其伸长率为6％或更高。
56.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
构成丝的合金的晶粒尺寸为10μm或更小。
57.如权利要求56所述的镁基合金丝，特征在于，构成丝的合金的晶粒尺寸为5μm或更小。
58.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
丝表面上的表面粗糙度为Rz≤10μm。
59.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
丝表面上的轴向残余应力为80MPa或更低。
60.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
其YP比为0.90或更高。
61.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
其YP比为0.75或更高且小于0.90。
62.一种由权利要求5的方法制造的镁基合金丝，它以质量％计，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，所述镁基合金丝的特征在于:
扭转试验中其0.2％残余形变强度τ0.2为165MPa或更高。
63.如权利要求14-62中任一权利要求中所述的镁基合金丝，特征在于，丝的横截面形式为非圆形截面。
64.如权利要求14-62中任一权利要求中所述的镁基合金丝，特征在于，所述镁基合金丝是直径为0.8-4.0mm的焊丝。
65.如权利要求14-62和64中任一权利要求中所述的镁基合金丝，特征在于，丝的不圆度为0.01mm或更小。
66.一种镁基合金弹簧，特征在于，用权利要求14-63和65中任一权利要求中所述镁基合金丝加工成的弹簧。
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