CN102554214B - 形变材料、形变材料用原料、以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及形变材料、形变材料用原料、以及其制造方法。根据本发明，可以提供一种高品质的形变材料用原料，其能够以比较低的成本防止混杂。此外，当将通过对碎片进行加压成形而获得的成形体用作挤出材料用坯料等时，可以提供以过饱和状态溶解有合金元素而不会导致凝固偏析等的均质形变材料用坯料，且可以稳定地提供具有高特性的形变材料。

Description

形变材料、形变材料用原料、以及其制造方法

技术领域

本发明涉及诸如挤出材料的形变材料、适用于制造所述形变材料的形变材料用原料、以及其制造方法。

背景技术

通过将连续形变材料如挤出材料、拉伸材料和压延材料切割成合适长度来有效地获得具有诸如管状、棒状、线状和板状的各种给定截面的金属制品。此外，即使对于具有复杂截面形状的金属制品，使用挤出材料也使得可以在保持高尺寸精度的同时，实现有效的生产。

在这里，形变材料是通过对称为坯料、坯板等的形变材料用原料进行热加工或冷加工而获得的材料。对于这种形变材料用原料，迄今使用以具有期望组成的方式制备且形成为圆柱状、矩形柱状等的铸块(例如坯料或坯板)。实际上，由于常规的铸块具有比较大的尺寸，所以根据成分组成，表层部分与中心部分之间的凝固结构大大不同，或者由于偏析等而易于出现组成中的不一致。这种原料特性最终大大影响形变材料的特性，并影响最终产品。因此，要求均质的形变材料用原料。

考虑到上文，在下列专利文献等中已经提出了通过对微细雾化的粉末或通过将塑性加工材料微细粉碎而获得的粉末进行加压成形而获得的挤出材料用坯料(形变材料用原料)。

专利文献1：日本专利4185549

专利文献2：日本特开2009-35766号公报

专利文献3：日本特开2010-36203号公报

发明内容

然而，具有不同组成的粉末粒子容易混杂在微细金属粉末中，并且难以将混杂的粉末粒子分离并除去。因此，由金属粉末等构成的坯料易于成为包含杂质的状态，且存在导致形变材料劣化并导致最终产品劣化的担忧。

当然，如果使用特定用于单一种类金属粉末的专用装置，或者每次改变金属粉末的种类时均通过采用大量工时来仔细地清洗装置，则可以防止混杂。然而，所有这些情况都是不实际的，因为使得形变材料或其原料的成本大大增加。

鉴于上述情形而完成了本发明。即，本发明的目的是提供一种能够稳定地实现高特性的形变材料、适用于制造所述形变材料的形变材料用原料以及其制造方法。

为了解决这些问题，本发明人进行了广泛而深入的研究，并且一次又一次地对试验和错误进行重复考察。结果，本发明人想到使用通过将作为形变材料用原料的铸块破碎而获得的碎片，并对该想法进行发展，从而如下所述完成了本发明。

《形变材料用原料》

(1)本发明提供了形变材料用原料，其包含通过将铸块破碎而获得的碎片。

(2)与粉末粒子的尺寸相比，根据本发明的碎片的尺寸比较大。因此，显示了优异的处理性能；几乎不导致混杂；且即使残留上述碎片，也可以目视确认并能够通过清洁设备等而将其容易地除去。另外，即使在各设备中残留微细的碎片，也可以在随后的分级步骤中将其除去。以这种方式，根据本发明，可以提供一种高品质的形变材料用原料，其能够以比较低的成本防止混杂。

(3)本文中提及的根据本发明的形变材料用原料的碎片优选为通过将带铸(SC)的片(铸块)粉碎而获得的碎片(下文中合适地称为“薄碎片”)。该带铸的片(包括“箔”)由快速凝固结构构成，且其晶粒也是微细且均质的。因此，即使在以过饱和状态包含合金元素(溶质元素)的情况下，所得片也易于形成整体上几乎不出现偏析等的过饱和固溶体。当使用这种片时，能够获得其中以过饱和状态溶解有合金元素的均质的形变材料用原料(薄碎片以及其成形体)，而无需在铸造后施加均质化热处理等，并可由此获得能够发挥高特性的高品质均质形变材料。

举例来说，当将由这种薄碎片构成的成形体用作挤出材料用坯料时，可以稳定地提供高品质挤出材料，所述挤出材料能够容易地解决在由铸块构成的常规挤出材料用坯料中造成的表层部分与中心部分之间的凝固结构中的差异以及偏析等，且所述挤出材料还具有优异的机械特性如强度和韧性。

此外，与制造半连续铸造(DC铸造或直接激冷铸造)常规铸块(例如坯料或坯板)的情况不同，通过带铸法制造片以及将所述片破碎等可通过比较小型的设备来实施，且还易于处理各种少量形变材料的生产。

顺便提及，带铸法是众所周知的。例如，通过使以具有期望组成的方式制备的熔融金属连续流动到由高导热性材料(例如，铜制材料或铜合金制材料)制成的旋转辊(单辊或双辊)上，从内部对所述旋转辊进行冷却(例如，水冷)，从而对所述熔融金属进行铸造，可容易地获得连续的片(包括箔)。在这种情况下，通过合适控制并选择辊的旋转速度、辊的冷却条件、熔融金属到辊上的供给量和供给方法等，可以对连续的片(下文中合适地称为“连续片”)的厚度和结构等进行调节。

(4)根据本发明的碎片是供应于形变加工的原料，且以通过对碎片进行加压成形而获得的成形体的形式进行处理也是合适的。顺便提及，该成形体可对应常规坯料和坯板等。

以这种方式，本发明中提及的“形变材料用原料”可以涉及作为最小构成单位的碎片、所述碎片的集合体、以及通过对所述碎片进行加压成形而获得的块状成形体，且当仅提及“形变材料用原料”时，也包括这些多种形态。

《制造方法和形变材料》

(1)本发明不仅可涉及上述形变材料用原料，而且还涉及其制造方法。例如，本发明还提供了一种制造形变材料用原料的方法，所述方法包括：将铸块破碎以获得碎片的破碎步骤；以及将所述碎片进行加压成形以获得成形体的成形步骤。

(2)本发明可还涉及形变材料的制造方法。例如，本发明还提供了一种制造形变材料的方法，所述方法包括：对形变材料用原料进行加热的加热步骤，所述形变材料用原料由通过对铸块的碎片进行加压成形而获得的成形体构成；以及将经加热的形变材料用原料进行形变加工以获得形变材料的形变加工步骤。这里，例如，在该形变材料为挤出材料的情况下，所述形变加工步骤是将所述形变材料用原料从模孔挤出以获得挤出材料的挤出步骤。

(3)此外，本发明可还涉及形变材料本身，即通过将上述形变材料用原料进行形变加工而获得的材料或产品，而与制造方法无关。该形变加工包括挤出、拉伸和压延，且挤出材料、拉伸材料和压延材料分别通过这些加工而获得。

顺便提及，本发明的形变材料的种类或形状不受限制。实在要说的话，本发明的形变材料优选为具有复杂截面形状、能够因通过快速凝固形成过饱和固溶体而发挥高特性、或者能够通过挤出而设法使得氧化物膜无害的高品质挤出材料。在这种情况下，本发明的形变材料用原料(成形体)是挤出材料用原料(挤出材料用坯料)。

《其他》

(1)尽管根据本发明的形变材料用原料和形变材料的材质或合金组成不受限制，但是例如，根据本发明的形变材料用原料和形变材料优选由例如形变性优异的铝合金或镁合金制成。

(2)除非另有说明，否则本说明书中提及的术语“x～y”包括下限值x和上限值y。本说明书中所述的各种数值可以任选地为上限值或下限值，其组合起来构成诸如“a～b”的范围。此外，落在本说明书所述范围内的任意数值都可以成为为了设定数值范围的上限值或下限值。

(3)对于作为碎片集合体的成形体的尺寸，例如，只要坯料尺寸相对于碎片的分布平均见方(square)之比落入6.25～1200的范围内，可以使混杂最小化并使得氧化物膜无害。优选的是，成形体的厚度为例如50mm以上，因为该成形体可以容易地在工业上进行处理。

附图说明

图1A是示出薄碎片的制造过程的示意图。

图1B是示出成形体的制造过程的示意图。

图1C是示出了形变材料(挤出材料)的制造过程的示意图。

图2A是示出第1-1号试样的连续片的照片。

图2B是示出第1-2号试样的连续片的照片。

图2C是示出第1-3号试样的连续片的照片。

图3是示出第1-4号试样的连续片的照片。

图4A是示出第1-2号试样的薄碎片的照片。

图4B是示出第1-2号试样的成形体的照片。

图5A是示出第1-4号试样的薄碎片的照片。

图5B是示出第1-4号试样的成形体的照片。

图6A是示出第2-1号试样的薄碎片的照片。

图6B是示出第2-1号试样的成形体的照片。

图7是示出挤出材料的实例的照片。

附图标记的说明

1：单辊铸造机

2：破碎机

3：成形模具

4：挤出机

P：薄碎片

Q：连续片

B：挤出材料用坯料

F：挤出材料

具体实施方式

下文中通过参考本发明的实施方式对本发明进行了更详细的描述。顺便提及，包括以下实施方式的本说明书所述的内容不仅可合适地适用于根据本发明的形变材料用原料，而且可合适地适用于其制造方法以及形变材料等。此外，可以向本发明的上述构成中添加任意选自本说明书中的一种或两种以上构成。在这种情况下，与制造方法有关的构成，只要按“由方法限定的产品(product by process)”来理解，也可以成为与产品有关的构成。顺便提及，任何一种实施方式是否是最好的随目的、所需性能等而变化。

《铸块/碎片》

(1)碎片通过将铸块破碎而获得。首先，如上所述，铸块优选为通过辊铸等进行带铸的片。尽管碎片的厚度不受限制，但是其优选为0.05～3mm，更优选为0.1～1mm，且还更优选为0.2～0.7mm，从而满足高冷却速率下的铸造性、破碎性、随后的成形性等。

尽管碎片的尺寸不受限制，但是从破碎性、分级性、成形性等的观点来看，优选对应于0.5～8mm见方，更优选1～3mm见方，还更优选1.5～2.5mm见方的尺寸。本文中提及的术语“见方”是指与尺寸相对应的面积。例如，0.5～8mm见方的尺寸是指就最大投影面积而言为0.25～64mm2的尺寸。因此，不论碎片本身形状如何，按照投影面积的平方根确定的数值对应术语“见方”。

(2)尽管待破碎的铸块的材质不重要，但是例如优选经常用于挤出材料等的铝合金或镁合金。尽管铸块的组成也不受限制，但是优选不经常用于常规坯料和坯板等的组成。这是因为，即使在含有大量合金元素的情况下，通过带铸法等进行快速凝固而获得的铸块在结构和组成上是均质的，且通过将该铸块破碎而获得的碎片以及通过对该碎片进行加压成形而获得的成形体也变为均质的。

具体地，这种组成的实例包括Al-Fe体系、Al-Fe-Zr体系、Al-Fe-Zr-Ti体系、Al-Fe-Zr-Ti-Mg体系、Al-Si-Cu体系、Al-Si-Cu-Mg体系、Al-Si-Mg-Cr-Ti体系、Al-Mg-Si体系、Al-Zn-Mg体系、Al-Cu体系、以及Al-Mn体系。

顺便提及，待破碎的铸块优选为整体上以10℃/秒以上，更优选100℃/秒以上，还更优选1000℃/秒以上的冷却速率进行淬火后的铸块。尽管冷却速率的上限不受限制，但是从实际生产率的观点来说，冷却速率优选不大于5000℃/秒。

《成形体》

成形体通过将上述碎片(破碎的粉末)加压成形而获得。成形压力可根据碎片的材质或尺寸等而合适地调整。例如，当考虑铝合金时，成形压力可以为约100～600MPa。在任何情况下，成形体的相对密度(堆积密度/真密度)都优选为70％以上，更优选为75％以上，还更优选为80％以上，还更优选为85％以上，且还更优选为90％以上。

当相对密度太低时，成形体的保形性降低，因此在运输等时可能造成部分坍塌。特别地，在碎片粗糙的情况下，当成形体的相对密度低时，在碎片之间的界面处产生微细空隙，使得该成形体易于被氧化，因此，这是不优选的。尽管相对密度的上限不受限制，但是从实际生产率的观点来看，其合适地不大于99％。尽管成形体的尺寸也不受限制，但是其合适地为与形变加工装置(例如，挤出机等)等的容器一致的尺寸。例如，成形体的尺寸优选使得其直径(φ)为50～600mm且长度(厚度)为50mm以上。当成形体的直径相对于碎片的见方的比率落在5～1200的范围内时，则可使混杂最小化且使得氧化物膜无害。该比率的下限优选为10以上，更优选为100以上，还更优选为300以上。

顺便提及，根据碎片的材质和尺寸、成形压力等，通过将合适的润滑剂涂覆到成形模具的腔的内表面上而进行成形是合适的。

《形变材料》

通过对上述成形体进行形变加工而获得的形变材料的种类、形状、尺寸等不受限制。实际上，与由铸块制成的常规DC坯料或坯板等不同，在该成形体中，各碎片仅发生变形和相互缠结。因此，为了获得机械特性优异的形变材料，在施加热和压力而使得各碎片的表面氧化物膜破裂且新生面相互结合的同时实施形变加工是合适的。尽管温度和压力未进行明确规定，但是例如，在由铝合金碎片制成的成形体的情况下，在形变加工时优选在350℃～500℃下对成形体进行加热。此外，在对该成形体进行挤出的情况下，将挤出比调整为优选10以上，且更优选15以上。

实施例

将参考以下实施例更具体地描述本发明。

《概要》

(1)连续片和薄碎片：

将作为本发明形变材料用原料的实例的薄碎片P的制造过程的概要示于图1A中。首先，通过使用单辊铸造机1，将以具有期望组成的方式制备的熔融金属M铸造(带铸)成为连续片Q。随后，通过破碎机2将该连续片Q破碎以获得薄碎片P。

所述单辊铸造机1装备有中间罐11和冷却辊12。所述中间罐11暂时储存从浇桶(ladle)倒入的熔融金属M，并使得所述熔融金属M可以从设置在其底部的喷嘴流入到冷却辊12中。所述设置在中间罐11底部的喷嘴具有圆形或矩形截面，且其孔径是可变的。所述冷却辊12是从内周侧进行水冷的铜合金制圆筒体，且其旋转速度是可调节的。

破碎机2由一对旋转圆筒21和22构成，所述旋转圆筒21和22各自具有设置在其外周上的破碎刀片，且所述旋转圆筒21和22各自的旋转速度是可调节的。通过旋转的破碎刀片对引入到旋转圆筒21和22之间的空间中的连续片Q进行破碎，从而获得薄碎片P。顺便提及，根据薄碎片P的期望尺寸，破碎机2可以由2对或3对旋转圆筒构成。

(2)挤出材料用坯料

将作为本发明形变材料用原料的实例的挤出材料用坯料B(成形体)的制造过程的概要示于图1B中。所述挤出材料用坯料B通过在成形模具3的圆筒腔31中进料薄碎片P，并通过上下冲杆(未示出)对其进行加压而获得。

(3)挤出材料：

将作为本发明形变材料的实例的挤出材料F的制造过程的概要示于图1C中。所述挤出材料F通过以下方法获得：通过设置在挤出机4的容器41中的加热装置(未示出)，对填充在容器41中的挤出材料用坯料B进行充分加热，随后从模具42的模孔挤出坯料。顺便提及，待填充于容器41中的挤出材料用坯料B可以是层压层或单层。另外，在填充到容器41中之前，可以通过不同于挤出机4的装置来对挤出材料用坯料B进行加热。

《各试样的制造》

通过使用上述装置，制造了组成或形态相互不同的各种试样(例如，连续薄体、薄碎片和挤出材料用坯料)。将这些试样的特征总结并示于表1中。具体地，所述试样如下。

(1)对于单辊铸造机1的辊12，使用外径为200mm、内径为30mm且宽度为100mm的无氧铜制圆筒。在辊12中，以5L/分钟的速率用水对其圆筒内部进行冷却。以360～1200rpm(铸造速度：225～750m/分钟)对辊12的旋转速度进行调节。通过对该辊12的铸造速度以及设置在中间罐11中的喷嘴的形状和孔径进行调节而制造各自具有表1所示厚度的连续薄体。将这些连续薄体的一部分的外观分别示于图2A至2C和图3中。

(2)对于破碎机2，使用三刀型粉碎机。通过调节该操作条件(旋转速度)和破碎刀距而获得具有表1所示尺寸(见方尺寸)的薄碎片。将这些薄碎片的一部分的外观分别示于图4A、图5A和图6A中。

顺便提及，表1中示出的碎片尺寸是通过以下方法获得的碎片尺寸：通过使用具有期望范围的孔径的筛将碎片分级，使用卡尺测量其每一边，并从成形体和挤出材料的评价结果来指定合适的碎片尺寸。

(3)对于成形模具3，使用超硬模具。将腔31的内径调节为50mm。预先通过带式加热器在150℃下对成形模具3进行加热。另外，通过使用喷枪，将通过将作为高级脂肪酸基润滑剂的硬脂酸锂(List)分散在水溶液中而获得的分散液喷涂到腔31的内周面上。按照该操作，在腔31的内周面上预先形成了厚度为约1μm的List膜。在该腔31中，投料42g的各薄碎片，随后在施加490MPa的成形压力的同时对所述碎片进行成形。顺便提及，本文中采用的成形方法详细描述于日本专利3309970中。

由此获得了用作挤出材料用坯料B的各成形体(φ50×10mm)。确定各成形体的相对密度。另外，观察各成形体的外观和保形性。将结果也示于表1中。

将一些成形体的外观分别示于图4B、图5B和图6B中。顺便提及，相对密度是由每个成形体的尺寸和质量确定的堆积密度对由其合金组成确定的真密度的比例。

(4)对模具42的模孔的孔径进行调节，使得其直径(φ)为15mm。将三片成形体堆叠，并投料到涂覆有二硫化钼的容器41中，在430℃下加热，随后将各成形体从模孔中挤出。此时，将挤出比调节为11。由此获得了用作挤出材料F的实心棒材。将其一部分的外观示于图7中。

《评价》

在所有这些试样中，在连续片、薄碎片、成形体和形变材料(挤出材料)的每一种的制造中，均不存在阻碍。另外，也可将每一种的成形体作为挤出材料用坯料来进行处理。

然而，当薄碎片的厚度变大时，容易在各薄碎片之间产生空隙。另一方面，当薄碎片的尺寸变小时，成形体的保形性倾向于下降。因此，优选的是，连续片的厚度为0.05～3mm，且尺寸为0.5～8mm见方。实际上，通过相对于薄碎片的厚度或尺寸来调节成形压力，完全可以获得具有优异处理性能的成形体(挤出材料用坯料)。

Claims (6)

1.一种形变材料，其包含通过将成形体进行挤出而得到的挤出材料，所述成形体是通过对将铸块破碎而获得的碎片进行加压成形而获得的成形体，

其中所述碎片的尺寸为对应于0.5～8mm见方的尺寸，且

所述挤出的挤出比为10以上。

2.根据权利要求1所述的形变材料，其中

所述铸块是带铸(SC)的片；以及

所述碎片是通过将所述片破碎而获得的薄碎片。

3.根据权利要求1所述的形变材料，其中所述铸块是以过饱和状态溶解有作为溶质元素的合金元素的过饱和固溶体。

4.根据权利要求2所述的形变材料，其中所述铸块是以过饱和状态溶解有作为溶质元素的合金元素的过饱和固溶体。

5.一种制造形变材料的方法，所述方法包括：

将铸块破碎以获得碎片的破碎步骤；

将所述碎片进行加压成形以获得成形体的成形步骤；以及

对所述成形体进行挤出的挤出步骤，

其中所述碎片的尺寸为对应于0.5～8mm见方的尺寸，且

所述挤出的挤出比为10以上。

6.一种制造形变材料的方法，所述方法包括：

对形变材料用原料进行加热的加热步骤，所述形变材料用原料由通过对铸块的碎片进行加压成形而获得的成形体构成；以及

将经加热的形变材料用原料进行挤出以获得挤出材料的挤出步骤，

其中所述碎片的尺寸为对应于0.5～8mm见方的尺寸，且

所述挤出的挤出比为10以上。