CN100552241C - 镁基合金螺钉及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种镁基合金螺钉的制造方法以及镁基合金螺钉，其能生产性好地制造强度优良的由镁基合金构成的螺钉。其具备：头锻造工序，其在温热下进行在通过拉制加工得到的由镁基合金构成的金属线上成型螺钉头部的头加工，以制造螺钉坯件；滚压工序，其在温热下进行在所述螺钉坯件上成型螺纹牙型的滚压加工，以制造螺钉。在所述头锻造工序中的头加工，是使用固定所述金属线的保持冲模和成型螺钉头部的冲头来进行的，在加热所述保持冲模和冲头的同时，至少把保持冲模加热到大于或等于140℃且小于或等于250℃，这样来把所述金属线加热到大于或等于140℃且不到250℃。

Description

镁基合金螺钉及其制造方法

技术领域

本发明涉及由镁基合金构成的螺钉及其制造方法。

背景技术

镁基合金比铝轻，且比强度和比刚性优于钢和铝，除了飞机零件、汽车零件等之外，在各种电器产品的机身等上也被广泛利用。

但Mg及其合金，由于是最密六方晶格(hcp)结构，所以其缺乏延展性，在常温下的塑性加工性非常不好。例如，在使用一般金属材料的情况下，螺钉加工就在常温下进行，而在使用镁基合金的情况下，就不能在常温下进行螺钉加工那样的锻造加工。

所述镁基合金的加工性，其随温度不同而有大的变化，通过提高坯料温度就能进行螺钉加工那样的大的塑性加工。于是，现有在使用镁基合金制造螺钉时，在进行螺钉加工时就把坯料加热到能进行塑性加工的程度。例如，在专利文献1～3中就记载了把镁基合金坯料加热到出现超塑性现象的温度或加热到塑性加工性大的温度，而进行螺钉加工的技术。

专利文献1：特开2000-283134号公报

专利文献2：特开2000-343178号公报

专利文献3：特开2001-269746号公报

但所述产生超塑性现象的温度和塑性加工性大的温度是大于或等于250℃的高温。因此，现有的方法中，在进行螺钉加工时所使用的保持冲模和冲头等模具(加工部件)就暴露在高温中，所以寿命明显降低，存在制造螺钉生产性不好的问题。

现有，为了得到由镁基合金构成的螺钉，在进行螺钉加工那样的强加工时，就如所述专利文献1～3中记载的那样，大体需要把被加工材料，即镁基合金的挤压材料加热到大于或等于250℃。因此，不仅需要加热到大于或等于250℃高温用的设备，而且也由于螺钉加工时所使用的加工部件也暴露在高温中，而寿命变短，成本提高。因此，加热到大于或等于250℃，在工业生产中决不是理想的。

近年来，要求螺钉强度进一步提高，而把挤压材料加热到大于或等于250℃来进行螺钉加工得到的螺钉，其强度的提高有限。因此，对于由镁基合金构成的螺钉来说就要求得为了提高强度的合适的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种镁基合金螺钉的制造方法，其能生产性好地制造由镁基合金构成的螺钉。且本发明的其他目的在于一种拉伸强度优良的由镁基合金构成的螺钉。

本发明者们，对于一般在不到250℃的温度下进行螺钉加工的强加工困难的镁基合金，进行了各种讨论，其结果是，发现了使用通过预先特定拉制加工得到的金属线，在不到250℃的温度下就也能进行螺钉加工，以至于完成本发明。且根据得到的镁基合金螺钉具有优良拉伸特性的认识，规定了本发明。

即，本发明镁基合金螺钉的制造方法具备：头锻造工序，其把在通过拉制加工得到的由镁基合金构成的金属线上成型螺钉头部的头加工，在温热下进行，来制造螺钉坯件；滚压工序，其把在所述螺钉坯件上成型螺纹牙型的滚压加工在温热下进行，来制造螺钉。在所述头锻造工序中的头加工，是使用固定所述金属线的保持冲模和成型螺钉头部的冲头来进行的，在加热所述保持冲模和冲头的同时，至少把保持冲模加热到大于或等于140℃且小于或等于250℃，这样来把所述金属线加热到大于或等于140℃且不到250℃。

现有的使用镁基合金得到螺钉时，其被加工材料是使用挤压材料，不加热到大于或等于250℃就不能进行加工。相反，本发明为了在不到250℃的加热下进行螺钉加工，是规定为使用通过后述特定拉制加工而得到的金属线。

通过拉制加工得到的拉制材料，与合金的平均晶体粒径大于或等于20μm且偏差大的挤压材料相反，其合金的平均晶体粒径是小于或等于10μm，且具有最大晶体粒径是小于或等于15μm的均匀的微细组织。与挤压材料相比，由于拉制材料的尺寸精度好且径偏差小，所以在通过进行螺钉加工的保持冲模等加工部件对金属线进行加热时，能进行稳定可靠的加热。与挤压材料相比，由于拉制材料能制成长的线材，所以能连续地供给线材，因此例如能连续地进行从线材的切断到螺钉头部的成形。本发明通过使用具有上述特性的拉制材料，来实现降低加热温度，即不到250℃下的螺钉加工。

以下更详细地说明本发明。

本发明中，由镁基合金构成的金属线只要是把断面圆形的线材切断而得到就可以。为了得到所述线材的拉制加工，例如能举出：到加工温度的升温速度：1℃/sec～100℃/sec，加工温度：大于或等于50℃而小于或等于200℃(最好是小于或等于150℃)，加工度：对于一次拉制加工(通过一次)是大于或等于10％，线速：大于或等于1m/sec，在这样的条件下把挤压材料进行拉制后，把得到的线材加热到大于或等于100℃且小于或等于400℃，更理想的是大于或等于150℃且小于或等于400℃的温度。该加热退火对于由拉制引起的变形的恢复和促进再结晶的晶粒更加微细化是有效的。该加热温度的保持时间最好是5～20分钟左右。通过进行这种特定的拉制加工，能如上述那样使合金组织微细化，具体说就是能使平均晶体粒径小于或等于10μm，最大晶体粒径小于或等于15μm。通过所述合金组织的微细化，即使金属线的加热温度不到250℃，也能提高塑性加工性，能得到希望的螺钉。

使用通过所述拉制加工得到的由镁基合金构成的金属线，首先由锻造制造螺钉坯件(成型了头部而轴部上还没有螺纹牙型状态的中间制品)。这时的锻造，具体说就是头加工是在温热下进行的。作为具体的温度，是把由镁基合金构成的金属线加热到大于或等于140℃且不到250℃。若由镁基合金构成的金属线的加热温度不到140℃，则有可能在锻造中途出现裂纹等而不能进行头加工。特别是在制作M6这样粗径螺钉时，加热温度最好是大于或等于180℃。加热温度越高则塑性加工性就越提高，而反之冲模等加工部件的寿命就降低，因此，考虑到生产性，把上限设定为是250℃。根据加工的头部的形状(一字螺钉、十字螺钉、六角螺钉、铆钉等)、加工速度、螺钉尺寸等，在更低的温度下，具体说就是小于或等于180℃也能进行加工。

在所述头锻造工序中的头加工，只要是使用固定由镁基合金构成的金属线的保持冲模和成型螺钉头部的冲头进行就可以，也可以使用在通常的头加工中使用的加工部件。本发明头锻造工序中的金属线加热，是通过加热所述保持冲模和冲头的双方来进行的。这时，至少把保持冲模加热到大于或等于140℃且小于或等于250℃。当把保持冲模和冲头的双方加热到所述温度时，则能把金属线整体均匀地加热，所以是理想的。若加热温度不到140℃，则金属线不能被加热到大于或等于140℃，其在锻造中途出现裂纹等而不能进行头加工，如果超过250℃，则使保持冲模和冲头的寿命缩短。

所述保持冲模和冲头，分别被固定在冲模保持座和冲头保持座上，这些保持座上具备加热装置，也可以通过该加热装置来进行所述保持冲模和冲头的加热。作为加热装置，能举出电热式筒式加热器等。加热装置的安装，是在保持座上设置孔，并且插入孔内的结构，这在维修保养方面是理想的。也可以在保持座上具备能调节温度的温度传感器，其安装与所述加热装置同样地设置孔，并且把温度传感器插入孔内。

在保持座上具备加热装置的情况下，考虑到为了维持加热状态而提高热效率和对安装有保持座的锻造装置本体的热影响，最好在保持座外周的至少一部分上，特别是在保持座中与锻造装置本体接触的部分上，配置隔热材料。也可以把保持座外周包围住地来配置隔热材料。

在具备多个冲头，以多步骤成型螺钉头部时，最好在任一步骤中都把由镁基合金构成的金属线加热到所述温度来进行头加工。这时，若把多个冲头固定在同一个冲头保持座上，则能把冲头的加热装置通用。

为了更有效地进行头加工，最好是把下列工序连续进行，即：供给工序，其把由所述拉制加工得到的由镁基合金构成的线材向切断装置供给；切断工序，其通过切断装置把供给的线材切断成一定长度尺寸而得到被加工材料即金属线；运送工序，其把被切断的金属线向锻造装置运送；头锻造工序，其在通过所述工序运在送来的金属线上成型头部。这种加工，通过能连续加工的锻造装置就能进行，也可以使用公知的锻造装置。

所述切断装置上具备保持金属线的切断冲模，该切断冲模被固定在具备所述加热装置的冲模保持座上，所述切断工序，最好通过该切断冲模来保持金属线，通过冲模保持座的加热装置来加热切断冲模并加热金属线。通过在切断工序中加热金属线，使金属线在向进行头加工的保持冲模和冲头等加工部件运送时就已经被加热到一定程度的温度，使头锻造工序中的加热容易且进行的时间短，能提高加工速度。即，能更加提高生产性。特别是通过把保持冲模和切断冲模保持在同一个冲模保持座中的结构，能使保持冲模的加热装置和切断冲模的加热装置通用，所以在保持冲模加热的同时，切断冲模的加热也能进行，能更有效地进行。由于零件通用，所以还能减少锻造装置的零件个数。

如上述那样在切断工序中，通过由切断冲模的加热而使金属线被加热，使在头锻造工序中的加热容易性和加工速度提高，在该效果上还能改善切断性。在切断时若金属线的温度不充分，则切断面变粗糙，有可能出现切断加工时产生切屑的不良情况。由于切断面会影响到头加工后的形状，所以希望其是光滑的。且若有切屑，则在含有切屑的状态下实施头加工时，与上述同样地会影响到头加工后的形状，所以希望不出现切屑。而且，若在金属线的温度不充分的状态下进行切断，则被切断的金属线的精度不好，就可能使向锻造装置(保持冲模)的插入性恶化。因此，为了更加提高切断性，就希望把金属线充分加热。于是，为了能更高速、更稳定地充分加热金属线，最好是具备直接加热金属线的金属线加热装置，通过切断冲模的加热和金属线加热装置的加热的双方来加热金属线。通过切断冲模的间接加热和金属线加热装置的直接加热，能谋求提高金属线的切断性，提高头部形状的稳定化和向向保持冲模的插入性。在制作温度上升需要时间的粗径螺钉时，由于能更迅速地加热，所以非常有效果。作为金属线加热装置，能举出进行吹出热风的电吹风等。

本发明如上述那样通过使用塑性加工性优良的拉制材料，还能提高头加工的加工速度，能确保螺钉的生产性。具体说就是，能把头加工的加工速度设定在大于或等于100mm/sec。一般来说，镁基合金的加工度受加工速度的影响大，随着加工速度变大而能加工的加工度变小。相反，本发明如上述那样通过使用具有优良塑性加工性的拉制材料，能在不到250℃的加热温度下且以大于或等于100mm/sec的工业生产水平的加工速度进行螺钉加工。

对在上述锻造工序中得到的螺钉坯件实施成型螺纹牙型的滚压加工，来制造螺钉。这时的滚压是在温热下进行。具体说就是，最好把经过上述头锻造工序得到的由镁基合金构成的螺钉坯件加热到大于或等于100℃而不到250℃来进行。若不到100℃，则有可能其在滚压中途出现裂纹等而不能进行螺纹牙型的成形，而超过250℃，则使加工部件的寿命降低。

所述滚压加工，使用搓螺纹板进行便可，也可以使用在通常滚压加工中使用加工材料。滚压工序中螺钉坯件的加热，能举出通过把所述搓螺纹板加热到大于或等于100℃而不到250℃来进行。若不到100℃，则不能把螺钉坯件加热到大于或等于100℃，如果超过250℃，则使搓螺纹板的寿命缩短。特别是如M6这样粗径螺钉时，最好是加热到大于或等于150℃。

所述搓螺纹板的加热，能举出在搓螺纹板具备直接加热装置，通过该加热装置来进行。作为加热装置，能举出电热式筒式加热器等。加热装置的安装，是在搓螺纹板上设置孔，并且插入在孔内的结构，其维修保养性好，所以是理想的。也可以在搓螺纹板上安装能容易调节温度的温度传感器。该安装也可以与所述加热装置同样地设置孔，并且把温度传感器插入孔内。

在搓螺纹板上具备加热装置的情况下，考虑到为了维持加热状态而提高热效率和对安装有搓螺纹板的滚压装置本体的热影响，最好把搓螺纹板的外周包围住的方式，特别是在搓螺纹板中与滚压装置本体接触的部分上，配置隔热材料。

如上述那样，在头锻造工序和滚压工序中通过把镁基合金坯料加热到特定的范围而能生产性良好地进行螺钉加工，为了更加提高生产效率，最好在从头锻造工序向滚压工序转移时也对坯料进行加热。具体地能举出，通过把由头锻造工序得到的螺钉坯件向搓螺纹板转移的转移装置加热到大于或等于100℃而不到250℃来对螺钉坯件进行加热。作为转移装置能举出滑轨等。其也可以使用在通常螺钉加工中使用的结构。只要在该转移装置上安装电热式筒式加热器等的加热装置就可以。这样，在从头锻造工序向滚压工序转移期间也对镁基合金坯料进行加热。即通过把螺钉坯件进行预热而能缩短进行滚压加工时的加热时间，因此，能使滚压加工高速化，能提高生产效率。

通过上述工序得到的镁基合金螺钉，具有拉伸强度大于或等于220Mpa的优良强度。为了更加提高拉伸强度，在实施了成型螺钉头部的头加工和成型螺纹牙型的滚压加工之后，最好对得到的螺钉实施大于或等于100℃而不到350℃的热处理。通过该热处理，能把螺钉的合金组织变成具有更微细晶粒的组织，能得到大于或等于230Mpa的具有高拉伸强度的螺钉。

本发明不问合金组成，而对在常温程度(例如20℃)下缺乏加工性的具有hcp结构的镁基合金是有效的。例如能利用铸造用镁基合金和延展用镁基合金。具体能举出：含有Al大于或等于0.1％质量而小于或等于12％质量的、含有Zn大于或等于0.1％质量而小于或等于10％质量和含有Zr大于或等于0.1％质量而小于或等于2.0％质量的，另外能举出含有耐热性优良的稀土元素小于或等于5.0％质量的。在含有Al的情况下还能举出含有从Mn：大于或等于0.1％质量而小于或等于2.0％质量、Zn：大于或等于0.1％质量而小于或等于5.0％质量、Si：大于或等于0.1％质量而小于或等于5.0％质量中选择一种或一种以上的。作为所述合金组成，能利用具有代表性的ASTM记号中的AZ系、AS系、AM系、ZK系、EZ系等。作为Al的含有量，也可以以％质量区分为0.1～不到2.0％的和大于或等于2.0～12.0％的。在所述化学成分之外，一般地是作为含有Mg和杂质的合金来利用。杂质能举出Fe、Si、Cu、Ni、Ca等。

AZ系中作为Al的含有量是2.0～12.0％质量的，例如能举出AZ31、AZ61、AZ91等。AZ31例如是以％质量而含有Al：2.5～3.5％、Zn：0.5～1.5％、Mn：0.15～0.5％、Cu：小于或等于0.05％、Si：小于或等于0.1％、Ca：小于或等于0.04％的镁基合金。AZ61例如是以％质量而含有Al：5.5～7.2％、Zn：0.4～1.5％、Mn：0.15～0.35％、Ni：小于或等于0.05％、Si：小于或等于0.1％的镁基合金。AZ91例如是以％质量而含有Al：8.1～9.7％、Zn：0.35～1.0％、Mn：大于或等于0.13％、Cu：小于或等于0.1％、Ni：小于或等于0.03％、Si：小于或等于0.5％的镁基合金。AZ系中作为Al的含有量是0.1～不到2.0％的，例如能举出AZ10、AZ21等。AZ10例如是以％质量而含有Al：1.0～1.5％、Zn：0.2～0.6％、Mn：大于或等于0.2％、Cu：小于或等于0.1％、Si：小于或等于0.1％、Ca：小于或等于0.4％的镁基合金。AZ21例如是以％质量而含有Al：1.4～2.6％、Zn：0.5～1.5％、Mn：0.15～0.35％、Ni：小于或等于0.03％、Si：小于或等于0.1％的镁基合金。

AS系中作为Al的含有量是2.0～12.0％质量的，例如能举出AS41等。AS41例如是以％质量而含有Al：3.7～4.8％、Zn：小于或等于0.1％、Cu：小于或等于0.15％、Mn：0.35～0.60％、Ni：小于或等于0.001％、Si：0.6～1.4％的镁基合金。AS系中作为Al的含有量是0.1～不到2.0％的，例如能举出AS21等。AS21例如是以％质量而含有Al：1.4～2.6％、Zn：小于或等于0.1％、Cu：小于或等于0.15％、Mn：0.35～0.60％、Ni：0.001％、Si：0.6～1.4％的镁基合金。

AM系，例如能举出AM60、AM100等。AM60例如是以％质量而含有Al：5.5～6.5％、Zn：小于或等于0.22％、Cu：小于或等于0.35％、Mn：大于或等于0.13％、Ni：小于或等于0.03％、Si：小于或等于0.5％的镁基合金。AM100例如是以％质量而含有Al：9.3～10.7％、Zn：小于或等于0.3％、Cu：小于或等于0.1％、Mn：0.1～0.35％、Ni：小于或等于0.01％、Si：小于或等于0.3％的镁基合金。

ZK系，例如能举出ZK40、ZK60等，ZK40例如是以％质量而含有Zn：3.5～4.5％、Zr：大于或等于0.45％的镁基合金。ZK60例如是以％质量而含有Zn：4.8～6.2％、Zr：大于或等于0.45％的镁基合金。

作为EZ系的稀土元素(RE)，通常多是利用Pr和Nd的混合物。EZ系，例如能举出EZ33等。EZ33例如是以％质量而含有Zn：2.0～3.1％、Cu：小于或等于0.1％、Ni：小于或等于0.01％、RE：2.5～4.0％、Zr：0.5～1％的镁基合金。

镁单体难于得到足够的强度，而含有了上述的化学成分就能得到理想的强度。

本发明如上述那样通过使用由镁基合金构成的拉制材料，就能在进行螺钉加工时使加热温度不到250℃。因此，本发明在进行螺钉加工时不需要如对挤压材料原封不动进行螺钉加工的现有那样加热到大于或等于250℃的高温，所以能延长保持冲模等加工部件的寿命，而且不需要现有那样高温用加热装置。因此，若利用本发明的制造方法，则能得到生产性好的镁基合金螺钉。

通过所述本发明制造方法得到的镁基合金螺钉，其具有优良的强度，特别是螺钉加工后通过进行特定的热处理，能制造出具有更优良强度的螺钉。

附图说明

图1是模式表示试验例1使用的锻造装置中保持冲模和切断冲模部分的概略结构图；

图2是模式表示试验例1使用的锻造装置中冲头部分的概略结构图；

图3是模式表示试验例2使用的滚压装置中搓螺纹板部分的概略结构图；

图4是模式表示试验例2使用的滚压装置中滑轨和搓螺纹板部分的概略结构图。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。(试验例1-1)

准备以％质量而含有Al：3.0％、Zn：1.0％、Mn：0.15％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AZ31材料)的挤压材料(φ8.0mm、φ5.25mm)。把φ8.0mm的挤压材料以约160℃的温度和每通过一次的断面减少率是小于或等于20％的加工度，拉制到φ5.25mm(到160℃的升温速度：约10℃/sec，线速：16m/sec)后，实施350℃×15min的热处理，除去拉制时的变形，进行再结晶的组织均匀微细化。调查得到的φ5.25mm拉制材料的组织，结果是平均晶体粒径是7.5μm，最大晶体粒径是10.2μm。在同样的条件下又制作了φ1.66mm的拉制材料(平均晶体粒径是6.8μm，最大晶体粒径是9.8μm)。

把由上述得到的φ5.25mm和φ1.66mm的拉制材料，以及没进行拉制加工的φ5.25mm的挤压材料(平均晶体粒径是28μm，最大晶体粒径是75μm)，以长尺寸线材保持不变地向锻造装置供给，进行螺钉头部的加工。

本例中的头加工，是使用在进行头加工时具有固定金属线的保持冲模和成型螺钉头部的多个冲头的锻造装置来进行的。该锻造装置还具有：把供给的长尺寸线材能切断成定尺寸长度的切断装置和把被切断的金属线向保持冲模运送的运送装置，其能从线材的切断到头部的成型连续实施。

本例中分别具有能加热保持冲模和冲头的加热装置，由该加热装置通过保持冲模和冲头而能加热被切断的金属线。图1是模式表示本例使用的锻造装置中保持冲模和切断冲模部分的概略结构图。保持冲模10被固定在冲模保持座11上，该冲模保持座11上设置有加热器孔11a，电热式筒式加热器12则插入在该加热器孔11a内，同时，为了能调整冲模保持座11的温度，温度传感器13也同样地插入在另外设置的孔内。该冲模保持座11被固定在未图示的锻造装置本体上。因此，在冲模保持座11的与锻造装置本体接触的面(图1中的左右面和纸面后的这三面)上配置有隔热材料14，以谋求保持冲模保持座11的加热温度而提高热效率和保护装置本体。且本例中，冲模保持座11上除了保持冲模10之外，还具有在切断工序中保持金属线的切断冲模15。因此，加热器12能把保持冲模10和切断冲模15这双方进行加热，在切断工序中通过加热切断冲模15，能在把线材切断成定尺寸长度的金属线时由切断冲模15的加热而加热金属线。与此同时，还能进行保持冲模10的加热。

图2是模式表示本例使用的锻造装置中冲头部分的概略结构图。本例结构是，具有两个冲头20A、20B，通过冲头20A进行螺钉坯件的预备成型，通过冲头20B得到完成头部的螺钉坯件，作为冲头20B是使用十字头。这些冲头20A、20B，被保持在冲头保持座21上，该冲头保持座21上设置有加热器孔21a，电热式筒式加热器22则插入在该加热器孔21a内，同时，为了能调整冲头保持座21的温度，温度传感器23也同样地插入在另外设置的孔内。该冲头保持座21也被固定在未图示的锻造装置本体上。因此，为了谋求提高热效率和防止热向装置本体流出，在冲头保持座21中，与锻造装置本体接触的面(图2中的纸面后的一个面)上配置有隔热材料24。

使用上述结构的锻造装置，通过以下的顺序来连续进行从线材的切断到头部的成型。首先把线材插入到由加热器12加热的切断冲模15的切断刀具孔15a内，然后用刀具(未图示)切断，把被切断的金属线通过运送装置(未图示)运送到由加热器12加热的保持冲模10的中心孔10a位置处，通过冲头20A插入到中心孔10a的同时来进行头加工。通过该操作进行螺钉坯件的预备成型，接着由冲头20B进行头加工，得到头部完成了的螺钉坯件。

使用所述锻造装置根据所述顺序，通过变化加热器12、22的输出来使各加热器12、22的加热温度变化，使金属线的温度变化，在各种温度条件下进行头加工，调查头加工是否可能。本例制作了M6用的螺钉坯件和M2用的螺钉坯件。其结果表示在表1。表1中，○表示能进行2步骤的头加工，×表示产生裂纹等不能进行头加工，▲表示能进行2步骤的头加工，但加热温度高，在保持冲模和冲头等加工部件寿命的点上有问题。拉制材料和和挤压材料的锻造速度都是约120mm/sec。头加工时金属线的温度，通过接触温度计进行测温。

[表1]

在如表1所示那样使用拉制材料的情况下，了解到M2用的螺钉坯件在金属线的温度是大于或等于140℃时，能进行头加工。了解到即使是粗径的M6用的螺钉坯件在金属线的温度是大于或等于180℃时，也能进行头加工。根据表1了解到，在使用拉制材料的情况下，即使金属线的温度不到250℃，也能充分地进行头锻造加工。特别是在本例中，把锻造速度以120mm/sec的工业生产水平来进行的加工，能没问题地进行了头加工。本例中进行了十字头这样的加工度大的加工，在这种情况下，即使金属线的温度不到250℃，也能充分地进行头加工。把金属线的温度加热到超过250℃时也能进行头加工，但考虑到保持冲模和冲头等加工部件的寿命，则最好是进行加热不到250℃的加工。

以此相对，如表1所示在使用没进行拉制加工的挤压材料时，如果不进行使金属线的温度大于或等于250℃的加热，就不能进行头加工。且能推测头加工的加工速度也比使用拉制材料的情况慢，生产性不好。

本例中，使用图1所示冲模保持座11上具备的加热器12来加热切断冲模15，是利用该加热把线材间接进行加热再切断的结构，但也可以具备把线材直接进行加热的结构。例如也可以是具备电吹风，把热风直接向线材吹去的结构。这时，通过由切断冲模15的加热和由热风的加热而能使线材更迅速、稳定地被充分加热，能更提高切断性。特别是在制作超过M4这样粗径的螺钉时，是有效的。

(试验例1-2)

对组成不同的镁基合金进行了同样的试验。即，使用对挤压材料实施了上述拉制加工后又进行了热处理的拉制材料，使用与上述同样的锻造装置，在各种温度下进行头加工(制作M2用的螺钉坯件和M6用的螺钉坯件)。下面表示的是试验中使用的镁基合金的组成。

以％质量而含有Al：1.2％、Zn：0.4％、Mn：0.3％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AZ10材料)

以％质量而含有Al：6.4％、Zn：1.0％、Mn：0.28％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AZ61材料)

以％质量而含有Al：9.0％、Zn：0.7％、Mn：0.1％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AZ91材料)

以％质量而含有Al：1.9％、Mn：0.45％、Si：1.0％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AS21材料)

以％质量而含有Al：4.2％、Mn：0.50％、Si：1.1％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AS41材料)

以％质量而含有Al：6.1％、Mn：0.44％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的AM60材料)

以％质量而含有Zn：5.5％、Zr：0.45％，其余部分由Mg和杂质构成的镁基合金(相当于ASTM记号的ZK60材料)

这样，所有的试验材料对于M2用的螺钉坯件都能在把金属线加热到大于或等于140℃而不到250℃的条件下进行头加工。特别是对于M6这样的粗径，也能通过加热到大于或等于180℃而进行头加工。

(试验例2-1)

把在试验例1中制作的具有头部的M2用螺钉坯件和M6用螺钉坯件分别进行滚压加工。

本例的滚压加工，是使用具有搓螺纹板的滚压装置来进行的。且本例具有能加热搓螺纹板的加热装置，由该加热装置通过搓螺纹板能对螺钉坯件进行加热。图3是模式表示本例使用的滚压装置中搓螺纹板部分的概略结构图。本例使用的搓螺纹板，把能滑动的活动搓螺纹板30A和固定搓螺纹板30B分别相对配置，任一搓螺纹板30A、30B上都设置有加热器孔31，电热式筒式加热器32则插入在该加热器孔31内。为了能调整温度而温度传感器33同样地被插入在固定搓螺纹板30B上另外设置的孔内。这些活动搓螺纹板30A和固定搓螺纹板30B被固定在未图示的滚压装置本体上。因此，为了谋求提高热效率和保护装置本体，在活动搓螺纹板30A和固定搓螺纹板30B上与滚压装置本体接触的面(图3中，活动搓螺纹板30A是左面、纸面跟前和后面这三面，固定搓螺纹板30B是右面、纸面跟前和后面这三面)上，分别配置有隔热材料34。虽然未图示，但在各搓螺纹板30A、30B的相对面上形成有为了在螺钉坯件的轴部上成型螺纹牙型用的槽，把螺钉坯件的轴部配置在该相对面之间，通过使活动搓螺纹板30A滑动来进行滚压。

本例为了对螺钉坯件进行预备加热，利用的是在把螺钉坯件向搓螺纹板转移的滑轨上也具备加热装置的滚压装置。图4是模式表示本例使用的滚压装置中滑轨和搓螺纹板部分的概略结构图。滑轨40是用于使在头锻造工序中得到的螺钉坯件100整齐排列，而顺序向搓螺纹板侧转移的部件，并且夹持螺钉坯件100的轴部101。该滑轨40被固定在支承部件41上。在活动搓螺纹板30A和固定搓螺纹板30B之间，具备转移螺钉坯件100的杆42。本例在该滑轨40的外侧配置了电热式筒式加热器43的同时，还配置了能调整温度的温度传感器44。

使用所述滚压装置，使加热器32的输出变化而变化搓螺纹板的加热温度而使螺钉坯件的温度变化，在各种温度条件下对在试验例1中得到的M2用螺钉坯件和M6用螺钉坯件进行滚压加工，调查能否进行滚压加工。把其结果表示在表2。表2中，○表示能进行滚压加工，△表示能进行滚压加工，但产生微细裂纹，×表示产生裂纹等不能进行滚压加工，▲表示能进行滚压加工，但加热温度高，在搓螺纹板等加工部件寿命的点上有问题。

[表2]

了解到如表2所示，在使用由拉制材料构成的螺钉坯件的情况下，通过把搓螺纹板加热到大于或等于100℃就使螺钉坯件被加热，能进行滚压加工。而且从表2了解到，即使把搓螺纹板的温度加热到不到250℃，也能充分地进行滚压加工。特别是在M6这样粗径螺钉的情况下，把搓螺纹板的温度加热到大于或等于150℃就也充分地能进行滚压加工。在把搓螺纹板的温度加热到超过250℃时也能进行滚压加工，但考虑到搓螺纹板等加工部件的寿命，则最好是进行加热不到250℃时的加工。

调查得到的M6螺钉的强度，其结果是扭转断裂扭矩是3.5～4.5N·m，强度优良。

与此相对，如表2所示在使用没进行拉制加工的由挤压材料构成的螺钉坯件时，是不把搓螺纹板加热到大于或等于250℃，就不能进行滚压加工。

(试验例2-2)

对组成不同的镁基合金进行同样的试验。即对于在试验例1-2中制作的螺钉坯件(M2用的和M6用的)，使用加热到各种温度的搓螺纹板进行滚压加工。镁基合金是使用与上述所示成分同样的相当于AZ10的材料、相当于AZ61的材料、相当于AZ91的材料、相当于AS21的材料、相当于AS41的材料、相当于AM60的材料、相当于ZK60的材料。

试验的结果是，所有的试料都与所述试验例2-1同样地，在把搓螺纹板加热到大于或等于100℃而不到250℃的条件下能充分地进行滚压加工。即使对M6这样的粗径，也与所述试验例2-1同样地，通过加热到大于或等于150℃就充分地能进行滚压加工。

(试验例3)

通过与试验例1、2同样的顺序对拉制材料进行头部的头加工和螺纹牙型的滚压加工，并对得到的螺钉在各种温度条件下进行热处理，评价得到螺钉的拉伸特性和韧性。本试验中作为拉伸特性是测定拉伸强度。作为韧性是进行JIS B1051中所述的头部打击试验，调查有无龟裂。本例所使用的拉制材料，是使用把与试验例1-1同样组成之物在同样条件下所制作的(φ5.25mm，平均晶体粒径7.5μm，最大晶体粒径10.2μm)。

对该拉制材料在与试验例1-1同样的条件下实施头加工。对实施了头加工的螺钉坯件在与试验例2-1同样的条件(加热温度150℃)下进行滚压加工。

把试验结果表示在表3。表3中“锻造温度”是利用接触温度计直接测量金属线的温度。“滚压温度”是通过搓螺纹板上具有的温度传感器测量搓螺纹板的温度。热处理，对于任何温度都是进行15分钟。

[表3]

了解到如表3所示那样使用拉制材料进行螺钉加工时，不仅加热不到250℃也能充分进行螺钉加工，而且能得到拉伸强度大于或等于220Mpa的高强度，且韧性优良的螺钉。特别是了解到在螺钉加工后通过进行热处理，更能谋求提高拉伸强度。且从表3了解到，热处理的温度最好是100～350℃。

本发明镁基合金螺钉的制造方法，最适合于得到拉伸特性优良的镁基合金螺钉。特别是本发明的制造方法，由于在进行螺钉加工时的加工温度更低，在生产性上优良，所以能适用于生产性好地得到强度优良的镁基合金螺钉。得到的镁基合金螺钉能在要求高强度的领域中利用。

Claims (16)

1、一种镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，其具备：

头锻造工序，其在温热下进行在通过拉制加工得到的由镁基合金构成的金属线上成型螺钉头部的头加工，以制造螺钉坯件；

滚压工序，其在温热下进行在所述螺钉坯件上成型螺纹牙型的滚压加工，以制造螺钉，

在所述头锻造工序中的头加工，是使用固定所述金属线的保持冲模和成型螺钉头部的冲头来进行的，

在加热所述保持冲模和冲头的同时，至少把保持冲模加热到大于或等于140℃且小于或等于250℃，这样来把所述金属线加热到大于或等于140℃且不到250℃。

2、如权利要求1所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，保持冲模和冲头分别被固定在具有能进行加热的加热装置的冲模保持座和冲头保持座上，并通过所述加热装置进行加热，

在所述保持座外周的至少一部分上具有隔热材料，通过该隔热材料来维持保持冲模和冲头的加热状态。

3、如权利要求1所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，其把下列工序连续进行，即：

供给工序，其把由所述拉制加工得到的由镁基合金构成的线材向切断装置供给；

切断工序，其通过切断装置把供给的线材切断成一定长度尺寸而得到被加工材料，即金属线；

运送工序，其把被切断的金属线向锻造装置运送；

头锻造工序，其在运送来的金属线上成型头部。

4、如权利要求3所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，

切断装置上具备保持金属线的切断冲模，

保持冲模被固定在具有能进行加热的加热装置的冲模保持座上，并通过该加热装置进行加热，

所述切断冲模被固定在保持冲模的冲模保持座上，

所述切断工序，其通过所述切断冲模来保持金属线，通过冲模保持座的加热装置来加热切断冲模并加热金属线。

5、如权利要求4所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，

其还具备直接加热金属线的金属线加热装置，

在切断冲模的加热的基础上，再通过所述金属线加热装置来加热金属线，并且进行切断工序。

6、如权利要求1所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，头加工的加工速度是大于或等于100mm/sec。

7、如权利要求1所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，滚压加工是使用搓螺纹板进行，

把所述搓螺纹板加热到大于或等于100℃而不到250℃来进行滚压加工。

8、如权利要求7所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，搓螺纹板具备能加热搓螺纹板的加热装置，通过该加热装置来进行加热，且具备把搓螺纹板外周包围住的隔热材料，利用该隔热材料来维持搓螺纹板的加热状态。

9、如权利要求7所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，其还把由头锻造工序得到的螺钉坯件向搓螺纹板转移的转移装置加热到大于或等于100℃而不到250℃来进行转移。

10、如权利要求1所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，其还具备热处理工序，其对进行了滚压加工的螺钉实施大于或等于100℃而不到350℃的热处理。

11、如权利要求1～10任一项所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，镁基合金的平均晶体粒径小于或等于10μm，且最大晶体粒径小于或等于15μm。

12、如权利要求1～10任一项所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，镁基合金含有0.1～12％质量的Al。

13、如权利要求12所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，其含有以％质量是从Mn：0.1～2.0％、Zn：0.1～5.0％、Si：0.1～5.0％中选择的一种或大于一种。

14、如权利要求1～10任一项所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，镁基合金含有以％质量的Zn：0.1～10％、Zr：0.1～2.0％。

15、如权利要求1～10任一项所述的镁基合金螺钉的制造方法，其特征在于，镁基合金含有小于或等于5.0％质量的稀土元素。

16、一种由权利要求1所述的镁基合金螺钉的制造方法得到的镁基合金螺钉，其特征在于，拉伸强度大于或等于220Mpa。

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