CN1460129A - 塑性加工制品的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造塑性加工制品的方法，它包括：通过半固体成型法成形塑性加工用的部件，其中，将包含固相和液相的融熔金属注入模子中；对塑性加工用的部件进行塑性加工前热处理，使包含在塑性加工制品中的气孔发生膨胀产生气泡；对经过塑性加工前热处理的塑性加工用的部件，进行塑性加工来成形塑性加工制品。对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使在所得的塑性加工制品实际使用时拉伸应力所主要作用的部分上的拉伸应力作用方向，基本上和塑性加工用的部件与该拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。

Description

塑性加工制品的制造方法

                             技术领域

本发明涉及塑性加工制品的制造方法，在此方法中，是对半固体成型法成形的用于塑性加工的部件，在经过塑性加工前热处理使包含在用于塑性加工的部件中的气孔发生膨胀而产生气泡后，进行塑性加工的。

                             背景技术

铸件锻造，是将经过铸造成为接近最后形状的，用于锻造的部件锻造成锻造制品，即最终产品的方法，该方法能以比较低的成本生产与那些通过铸造得到的制品在机械性能上相同的锻造制品。另一方面，锻造制品的机械性能通常是通过T6热处理(一种固溶处理，继之以时效沉淀硬化处理)来提高。但是，若是对由铸件锻造得到的锻造制品进行T6热处理，在锻造过程中在锻造制品表面上，会由气孔，即内部缺陷产生气泡，从而使锻造制品的机械性能和外观质量下降。

作为对策，日本公开专利申请No.2000-197956公开了以下方法：用熔化的轻金属填充模子的模腔，将所得的用于锻造的部件进行热处理，为的是生成因内部气体膨胀产生的气泡，然后对经此热处理的锻造用的部件进行锻造。根据此公开内容，虽然在热处理阶段会生成气泡，但通过锻造可使这些气泡破裂，从而在最后得到的锻造制品中一定能避免气泡的存在。

但是，如日本公开专利申请No.2000-197956所公开的，在锻造前进行热处理，会造成最终得到的锻造制品中机械性能的各向异性，因此，在塑性流向上的拉伸强度比锻造方向上的要大。这可能是因为以下原因：通过半固体成型法制造的锻造用的部件具有这样的显微结构，其中凝固液相形成的液相部分的基体与固相部分交替分布，该固相部分在原料呈半固体时本来就是固体，而在锻造前的热处理进行之后，液相部分与固相部分之间存在界面。当锻造该部件时，固相部分在锻造方向上受到压缩，在与锻造方向基本垂直的塑性流向上伸长。结果，在锻造方向上比在塑性流向上更容易造成液相部分与固相部分之间的界面分离。

                             发明内容

本发明的目的是提供一种制造塑性加工制品的方法，此时考虑到了将由半固体成型法成形的且在塑性加工前进行了热处理的塑性加工用的部件进行塑性加工制得的制品中机械性能的各向异性。

为达此目的，考虑到了塑性加工制品中机械性能的各向异性，对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使在所得的塑性加工制品实际使用时拉伸应力所主要作用的部分上拉伸应力的作用方向，基本上与塑性加工用的部件的与该拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。

具体地说，本发明提供了一种对一个用于塑性加工的部件进行塑性加工来制造塑性加工制品的方法，该方法包括下列步骤：通过半固体成型法成形出塑性加工用的部件，此时是将包含固相和液相的融熔金属注入模子中；对该塑性加工用的部件进行塑性加工前热处理，此时包含在塑性加工用的部件中的气孔发生膨胀而产生气泡；对经过了塑性加工前热处理的塑性加工用的部件，进行塑性加工来形成塑性加工制品，进行塑性加工时，使在所得的塑性加工制品实际使用时拉伸应力所主要作用的部分上的拉伸应力的作用方向，基本上与塑性加工用的部件的与拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。

根据本制造方法，对塑性加工用的部件进行塑性加工时，在所得的塑性加工制品实际使用中拉伸应力所主要作用的部分上的拉伸应力作用方向，基本上与塑性加工用的部件的与拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。因此，即使对进行了塑性加工前热处理的塑性加工用的部件进行塑性加工得到的制品中产生了机械性能各向异性，在最终塑性加工制品中也能有效地显示塑性加工的增强效应。同时，即使塑性加工制品的厚度较小，也能达到所需的强度，从而降低了成本。

对塑性加工方法没有特别的规定，例如可以是锻造、旋压等。

拉伸应力所作用的部分是在塑性加工制品的实际使用时拉伸应力主要作用的部分，并且具体是对应于拉伸应力累积值较大的部分。

同时，半固体成型法是半固体状态融熔金属的成形方法，包括将固相和液相形式的原料金属加入模子中，而半固体状态通常是加热该原料金属到低于熔点的温度得到的。在所得的塑性加工用的部件中，形成了这样的显微结构：其中液相凝固形成的液相部分的基体与固相部分交替分布，该固相部分在原料呈半固体状态时本来就是固体。

进行塑性加工前热处理是为了产生气泡，这些气泡是气孔，即内部缺陷，例如包含在塑性加工用的部件的邻近表面中和/或邻近表面上的气体缺陷发生膨胀而产生的，塑性加工时使气泡破裂。结果，塑性加工制品中气孔的数量减少，由此提高了塑性加工制品的机械性能。因此，使用由较容易形成气孔的方法，例如使用备有圆筒和螺杆的注射成型设备的半固体成型法而成形的塑性加工用的部件，提高塑性加工制品的机械性能的效果特别明显。

塑性加工前热处理最好在300℃-550℃的温度进行。这样，在塑性加工用的部件的邻近表面上和/或邻近表面中一定会产生气泡，而同时也能抑制热处理时的氧化。具体地说，当塑性加工前热处理的温度低于300℃时，在塑性加工用的部件的邻近表面上和/或邻近表面中产生的气泡会不够。而在温度超过550℃进行热处理时，表面会显著地氧化或部分地低共熔熔化。考虑到这些因素，所以加工温度最好为350℃-450℃。

而且，塑性加工前热处理的时间最好超过1小时。这样，在塑性加工用的部件的表面上能有效地产生气泡。另外，包含液相部分和固相部分的显微结构会像在T6热处理的固溶处理中那样均匀化，从而减少了由塑性加工造成的机械性能各向异性。在温度350℃-450℃进行塑性加工前热处理的情况下，热处理时间最好为20小时或更短，更好为10-20小时。

当在较高温度进行塑性加工前热处理较长一段时间，以便包含在塑性加工用的部件中的气孔发生膨胀而产生气泡，如果还要进行塑性加工后热处理，则此热处理可在较低温度进行较短时间。这样，在塑性加工后热处理中能抑制气泡的存在。

塑性加工后热处理最好在温度250℃-400℃进行20分钟至10小时。这样，此塑性加工后的热处理比之T6热处理的时效沉淀硬化处理，其处理温度较高、所用时间较短，因此，从下述实验中可以明显看出，塑性加工制品的延展性有效地获得提高，而拉伸强度和屈服强度保持不变。此热处理温度为250℃-400℃，因为若低于250℃，延展性不能充分提高，而若高于400℃，屈服强度会大幅下降。并且，热处理时间为20分钟至10小时，因为若短于20分钟，延展性不能充分提高，而若超过10小时，延展性会低于不进行热处理所得的值。因此，热处理时间最好为5小时或更短，更好是1小时。

按上述方法制造的塑性加工制品没有特别的规定，例如可以是车轮、发动机托架等。

当塑性加工制品是车轮时，对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使基本上沿轮幅的伸展方向，即对应于车轮的拉伸应力所作用部分的轮盘上拉伸应力作用的方向应基本上和塑性加工用的部件对应于轮盘的部分的塑性流向一致。这样，就能有效增强沿轮盘的轮幅的伸展方向的强度。也可以是对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使基本上沿车轮的轮缘宽度的方向，即在拉伸应力所作用部分上的拉伸应力作用方向，基本上和塑性加工用的部件对应于轮缘的部分的塑性流向一致。这样，就能有效增强沿轮缘宽度的强度。

在塑性加工的一个方面，在对应于拉伸应力所作用部分的塑性加工用的部件部分上，有一厚的部分，并且进行使该厚的部分以基本上与拉伸应力作用方向一致的方向流动的塑性加工，将塑性加工用的部件加工成所需的形状。

                              附图说明

图1是根据本发明的实施方式的注射成型设备的部分剖视图；

图2A是作为实施方式的锻造制品的例子的车轮轮盘的主视图，图2B是沿图2A中IIB-IIB线的剖视图；

图3A是用于成形作为实施方式的锻造制品例子的车轮的锻造用部件的轮幅对应部分的垂直剖视图，图3B是对锻造用部件进行锻造得到的车轮的轮幅的垂直剖视图；

图4A是第一个实施例的锻造用部件对应于轮幅的部分以及由锻造得到的轮幅的垂直剖视图，图4B是第二个实施例的锻造用部件对应于轮幅的部分以及由锻造得到的轮幅的垂直剖视图，图4C是第三个实施例的锻造用部件对应于轮幅的部分以及由锻造得到的轮幅的垂直剖视图；

图5是作为本发明另一个实施方式的锻造制品的例子的车轮的垂直剖视图；

图6A是用于成形作为本发明的另一个实施方式的锻造制品的例子的车轮的锻造用部件的垂直剖视图，图6B是由对锻造用部件进行锻造得到的车轮的垂直剖视图；

图7A和7B是实验1中锻造前后所达到状态的说明图；

图8示出了实验1中在条件A下生产的锻造制品的拉伸试验试样的0.2％屈服强度、拉伸强度及伸长率；

图9出了实验1中在条件B下生产的锻造制品的拉伸试验试样的0.2％屈服强度、拉伸强度及伸长率；

图10A和10B示出了实验1中在条件A和B下生产的锻造制品的表面显微结构；

图11示出了实验2中进行的锻造后热处理的温度与0.2％屈服强度、拉伸强度及断裂后伸长率之间的关系，此关系是由合金B制得的锻造制品得到的；

图12示出了实验2中进行的锻造后热处理的温度与0.2％屈服强度、拉伸强度及断裂后伸长率之间的关系，此关系是由合金C制得的锻造制品得到的；

图13A、13B、13C和13D示出了由已经在实验2的各种条件下进行了锻造后热处理的合金B制得的锻造制品的表面显微结构；

图14A、14B、14C和14D示出了由已经在实验2的各种条件下进行了锻造后热处理的合金C制得的锻造制品的表面显微结构；

图15示出了实验3中进行的锻造后热处理的时间与0.2％屈服强度、拉伸强度及断裂后伸长率之间的关系，此关系是由合金B制得的锻造制品得到的；

图16示出了实验3中进行的锻造后热处理的时间与0.2％屈服强度、拉伸强度及断裂后伸长率之间的关系，此关系是由合金C制得的锻造制品得到的。

                             具体实施方式

以下，将描述根据本发明的较佳实施方式制造锻造制品的方法。(锻造方法-注射成型法)〔注射成型设备〕

图1示出了用来成形本实施方式中所用轻金属合金的锻造用部件(塑性加工用的部件)的注射成型设备1。

注射成型设备1包括主体2、在主体2上旋转支撑的螺杆3、在主体2后面用来旋转驱动螺杆3的旋转驱动装置4、固定在主体2上包围着螺杆3的圆筒5、按预定间距沿圆筒5的纵向围绕在圆筒5外周表面排列的一些加热器6、用来存储装入其中的轻金属合金原料的料斗7、用来测量储存在料斗7中的物料并向注射成型设备1输入物料的进料器8、附着在圆筒5的末端的模子9。

用来推动螺杆3在圆筒5中纵向推进的注射机构装在主体2上。当注射机构测出螺杆3由于受到向前输送的熔化的轻金属合金的力而回缩一预定距离时，它停止螺杆3的旋转和回缩运动，而推动螺杆3前进一段预定时间来注射融熔金属。螺杆3向前推进的速度是可控的，从而能控制融熔金属注入模子9中模腔12的速度。

注口10位于圆筒5的末端，使得已在圆筒5中搅拌混合的融熔金属能通过注口10注入模腔12中。当预定量的融熔金属聚集在圆筒5的前面部分时，融熔金属就注入模腔12中，因此，必须防止融熔金属经注口10中流出，直到聚集了足够的用来注射的量。为此，按以下方式控制注口10的温度：当融熔金属聚集在圆筒5的前面部分时，由凝固的融熔金属形成的冷塞头阻塞着注口10，而当融熔金属要注射时，冷塞头容易除去并连同注入的融熔金属向模子9压过去。

围绕圆筒5外周表面的加热器6分成许多个独立控制温度的区，使温度沿圆筒5纵向朝其前面部分增加。这样，当轻金属合金原材料通过螺杆3在圆筒5内输送时，其温度上升，当到达圆筒5的前面部分时，转变成低于熔点的半固体状态的融熔金属。

令料斗7、进料器8、圆筒5和它们之间的通道充满惰性气体(如Ar)，用来防止轻金属合金的氧化。

模子9中有一条引导融熔金属从注口10注入的流道11。流道11从圆筒5的注口10一直伸展过来，然后垂直向上形成一个L形，用来接受从注口10除去的冷塞。同时，模子9中还有与流道11连同的模腔12、连接模腔12与流道11的门13、以及位于模腔12的门13一段距离、用来接受模腔12中原有的后来被融熔金属置换的气体的溢流管14。〔注射成型方法〕

以下，将描述成形轻金属合金锻造用部件的注射成型方法。

首先，将轻金属合金(如Mg-Al合金)碎屑作为原料加入注射成型设备1的料斗7中。称量出一预定重量的轻金属合金碎屑，通过进料器8将其输入注射成型设备1中。

随后，通过螺杆3的旋转将轻金属合金碎屑输送到加热的圆筒5中，在圆筒5中通过螺杆3的旋转将其充分搅拌混合，并加热至预定的温度。结果，轻金属合金碎屑转变为熔点以下的半固体轻金属合金。

这样得到的融熔金属合金被螺杆3推向前，聚集在圆筒5的前面部分，螺杆3由于聚集的融熔金属合金的压力而回缩。此时，位于圆筒5上的注口10的温度下降，从而使一些量的融熔金属凝固形成冷塞头阻塞住注口10。这样，防止了融熔金属经注口10流出圆筒5。

当螺杆3回缩一预定的距离后，主体2的注射机构测得这个回缩，使螺杆3的旋转和回缩停止。此时，一次注射用的量的融熔金属聚集在圆筒5的前面部分。

然后，通过注射机构将螺杆3向前推进，向融熔金属施加压力。结果，融熔金属朝模子9推出冷塞头，经过注口10注入模腔12中。此时，半固体轻金属合金以层流或接近层流的方式进入模腔中，因此，其夹带空气的程度很低，缺陷很少，结果形成的锻造用部件中的缺陷如气孔和缩孔就很少。除去的冷塞头由流道11的塞接收器接受。

最后，在融熔金属凝固之后，打开模子9，取出所得的注射成型材料作为锻造用部件。

这样制得的锻造用部件具有以下显微结构：由液相凝固形成的液相部分构成的基体与固相部分交替分布，在原料呈半固体状态时该固相部分就是固体。(锻造前热处理)

在温度300℃-550℃、以1小时以上的时间(最好是温度为350℃-450℃、时间为1-20小时，更好是温度为350℃-450℃、时间为10-20小时)对上述注射成型的锻造用部件进行锻造前热处理(塑性加工前热处理)。通过此锻造前热处理，使锻造用部件均匀化(但是不完全)，使得其中的液相部分与固相部分的界限变得不易区分。同时，气孔(即，锻造用部件中邻近表面的内部缺陷)发生膨胀，使得在锻造用部件的邻近表面上或表面中产生气泡。(锻造过程)

将进行了锻造前热处理的锻造用部件进行全封闭式模锻(全封闭式模子塑性加工)或非全封闭式模锻(非全封闭式塑性加工)。全封闭式模锻在锻造空间完全封闭的锻模中进行，而非全封闭式模锻在至少部分锻造用部件不受限制，所以可自由地塑性变形的锻模中进行。此时，锻造用部件的锻造，使在所得的锻造制品实际使用时拉伸应力所主要作用的部分上的拉伸应力的作用方向，基本上与锻造用的部件与该拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。

以下，将以车轮为例详细描述之。如图2A和2B所示，在车轮15的轮盘16实际使用时，拉伸应力基本上作用在沿图中箭头所示方向的轮幅16a上(即，基本上在轮幅的伸展方向上)。换句话说，轮幅16a对应于拉伸应力作用的部分。因此，铸造成形出在如图3A所示的对应于轮幅的部分17a的背面上有一个或多个较厚部分的锻造用部件17，然后如图3B所示，令对应于轮幅的部分17a的较厚部分进行沿图中所示箭头方向的塑性流动，此塑性流动的方向基本上与轮幅16a在实际使用时拉伸应力的作用方向，即基本上轮幅的伸展方向一致。严格地说，拉伸应力作用在轮幅16a的正面，而压缩应力作用在其背面，因此，需要在轮幅16a的正面进行锻造起增强作用。可是，当在轮幅16a的正面进行增强作用的锻造时，锻造后获得的正面的表面性能变差。因此，要适宜地选择锻造用部件的材料、锻造用部件17的尺寸、车轮15的最终尺寸，使得锻造即使从背面进行，在正面也能显示锻造的增强效果。具体的例子示于图4A-4C。在图4A所示的第一个例子中，是对锻造用部件17(它具有与图3A和3B所示类似的在其背面上径向中间凸起的较厚部分)进行锻造，成形出厚度均匀的轮幅16a。在图4B所示的第二个例子中，是对锻造用部件17(它具有在其背面径向上形成的波状不规则部分，其投影部分作为厚的部分)进行锻造，成形出厚度均匀的轮幅16a。在图4C所示的第三个例子中，通过对锻造用部件17(它具有与图4A所示类似的在其背面上径向中间凸起的较厚部分)进行锻造，成形出中间厚度较小、两端厚度较大的轮幅16a。在任意一个这些例子中，只要适宜地选择锻造用部件17和轮幅16a的尺寸和形状，即使锻造从背面进行，锻造也会进入接近沿要形成如各图中的箭头所示的轮幅16a的厚度方向的中线另一边的正面的部分，从而在正面上显示增强效应。

在锻造中，一些在锻造前热处理中在锻造用部件邻近表面上或表面中所产生的气泡会破裂消失。结果，与在注射成型后刚得到的锻造用部件相比，其内部缺陷的数量减少。(锻造后热处理)

在温度250℃-400℃、时间20分钟-10小时条件下，对经锻造过程形成的锻造制品进行锻造后热处理(塑性加工后热处理)，再冷却之得到最终锻造制品。由于锻造前热处理在较高的温度进行了较长的时间，故锻造后热处理可在较低的温度进行较短的时间。另外，由于锻造后内部缺陷的数量减少，所以在锻造后热处理中可抑制气泡的存在。

根据上述制造锻造制品的方法，锻造用部件的锻造，使在所得锻造制品实际应用时拉伸应力主要作用的部分上的拉伸应力的作用方向，基本上与锻造用部件与该拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。因此，即使在要通过在锻造前热处理后对锻造用部件进行锻造而制成的锻造制品中，产生了机械性质的各向异性，在要制造的最终锻造制品中也能有效地显示锻造达到的增强效应。同时，即使锻造制品的厚度较小，也能达到所需的强度，因此，能降低成本。

而且，因为锻造前热处理在温度300℃-400℃(最好是350℃-450℃)、时间1小时以上(最好是1-20小时，更好是10-20小时)的条件下进行，在锻造用部件的邻近表面上或表面中形成的气孔会膨胀，故一定会产生气泡。由于这些气泡在锻造时会破裂消失，最终锻造制品中气孔的数量会减少，并且锻造制品的机械强度会提高。另外，由液相部分和固相部分组成的显微结构发生了均匀化，从而减小了锻造用部件的机械性能各向异性。

而且，比之T6热处理的时效沉淀硬化处理，锻造后热处理的温度较高、时间较短。因此，在锻造制品的拉伸强度和屈服强度保持的同时，能有效改善其延展性。其它实施方式

虽然在上述实施方式中，是通过注射成型成形锻造用部件，但是，成形锻造用部件的方法不限于此，可以是任何其它成形方法，如压铸法。

虽然在上述实施方式中是由轻金属(如Mg-Al合金)制得锻造用部件，但是，用于锻造用部件的材料不限于此，可以是另一种金属材料。

虽然在上述实施方式中是通过锻造进行塑性加工的，但是，塑性加工不限于此，可以是旋压等。

此外，虽然在上述实施方式中以车轮16作为锻造制品的具体例子来描述，但是，锻造制品不限于此，可以是发动机托架等。

虽然在上述实施方式中是通过锻造来对车轮16进行塑性加工的，但是，轮缘18可以通过下述旋压来进行塑性加工：如图5所示，在车轮15的轮缘18实际使用时，拉伸应力基本上作用在轮缘18的沿图中箭头所示的方向(即，基本上沿轮缘18宽度的方向)。换句话说，轮缘18与拉伸应力的作用部分一致。因此，如图6A所示，对锻造用部件19对应于轮缘的部分19a进行旋压，就沿图6B中箭头所示方向产生塑性流动，且此塑性流向基本上与轮缘18实际应用时拉伸应力的作用方向一致，即，基本上沿轮缘18宽度的方向。结果，即使轮缘18的厚度较小，也能达到所需的强度。(实验1)〔实验方法〕

使用注射成型设备，由具有表1所列组成的合金A成形出均为金属块状的两个锻造用部件。

将一个锻造用部件进行锻造，并在表2所列的条件A下进行热处理。具体地说，将锻造用部件在400℃进行锻造前热处理10小时，冷却，然后对其进行非全封闭式锻造，形成平板状的锻造制品。随后，将锻造制品在350℃进行锻造后热处理1小时，冷却获得最终锻造制品。在这种情况下，进行的非全封闭式模锻，其锻造加工率达到50％。具体如图7所示，进行非全封闭式模锻，达到(h₀-h₁)/h₀×100＝50(锻造加工率)，式中，h₀是沿锻造方向的初始厚度，h₁是锻造后得到的厚度。

将另一个锻造用部件进行锻造，并在表2所列的条件B下进行热处理。具体地说，对锻造用部件进行非全封闭式锻造，生成锻造制品。再将其在400℃进行固溶处理10小时，冷却，然后在175℃下进行时效沉淀硬化处理16小时，冷却(即，进行T6热处理)，形成平板状的最终锻造制品。在这种情况下，进行的非全封闭式模锻，其锻造加工率达到50％。

从这样得到的两个锻造制品中，如图7B所示切出拉伸试样21(其拉伸方向与锻造方向一致)与拉伸试样22(其拉伸方向和垂直于锻造方向的塑性流向一致)。

从这两个锻造制品中切下的，具有与锻造方向一致拉伸方向的拉伸试样21和具有与塑性流向一致拉伸方向的拉伸试样22，对其进行拉伸试验。

同时，用显微镜观察这两种锻造制品表面上的显微结构。

                                                 表1

	Al	Zn	Mn	Si	Cu	Ni	Fe	Mg
									合金A	7.1	0.66	0.24	-	0.002	＜0.001	0.002	余量
合金B	9.1	0.78	0.24	-	0.001	0.0009	0.003	余量
									合金C	6.9	0.60	0.23	0.01	0.002	0.0005	0.002	余量

                                                                                             单位：质量％

                              表2

条件A	400℃热处理10小时→空气冷却→热锻造→350℃热处理1小时→空气冷却
		条件B	热锻造→400℃热处理10小时→空气冷却→175℃热处理16小时→空气冷却

〔实验结果〕

图8示出了在条件A下制得的各锻造制品拉伸试样的拉伸试验的结果(0.2％屈服强度、拉伸强度和断裂后伸长率)。图9示出了在条件B下制得的各锻造制品拉伸试样与图8相同的内容。比较这两张图，可以知道，条件A下制得的锻造制品的具有与塑性流向一致拉伸方向的拉伸试样，其所有机械性能(0.2％屈服强度、拉伸强度和断裂后伸长率)高于具有与锻造方向一致拉伸方向的拉伸试样。与此不同，条件B下制得的锻造制品的所有机械性能(0.2％屈服强度、拉伸强度和断裂后伸长率)，在具有与锻造方向一致拉伸方向的拉伸试样中和在具有与塑性流向一致拉伸方向的拉伸试样中相等。

图10A和10B分别示出了在条件A下制得的锻造制品和在条件B下制得的锻造制品的表面显微结构。从这些图中可以看出，在条件A下制得的锻造制品，其显微结构是液相部分的基体与固相部分相互交叉分布，且固相部分沿塑性流向排列，而在条件B下制得的锻造制品具有均匀的显微结构。锻造制品机械性能的各向异性可能缘自显微结构的这种差异。同时，在条件A下制得的锻造制品，其沿塑性流向的机械强度高于沿锻造方向的机械强度，这可能是因为，在后述方向上要比前述方向上更易造成液相部分与固相部分之间的界面脱落。(实验2)〔实验方法〕

使用注射成型设备，由表1所列组成的合金B成形出金属平板形状的注射成型材料。在这种情况下，控制融熔金属的温度，使最终注射成型材料中固相的比例达到5％，通过最终注射成型材料表面的图像分析来证实此固相比例。在此使用的合金B是根据ASTM标准的AZ91D。类似地，由表1所列组成的合金C成形出金属平板形状的注射成型材料。在这种情况下，控制融熔金属的温度，使最终注射成型材料中固相的比例达到10％。

从各个由合金B和C制得的金属平板状的注射成型材料中，切下一些宽10mm、长35mm及厚21mm的块状锻造用部件。将从合金B的材料中切下的锻造用部件在410℃进行预先热处理16小时，冷却，将从合金C的材料中切下的锻造用部件在400℃进行预先热处理10小时，冷却。

然后，对各个经过锻造前热处理的锻造用部件进行锻造，使其宽度收缩，直到厚度从21mm减小一半到10.5mm(即，50％的锻造加工率)，生成锻造制品。

将由合金B和C制得的这些锻造制品在170℃、250℃、300℃或400℃进行锻造后热处理4小时，冷却获得最终锻造制品。为了比较，有些锻造制品不进行锻造后热处理，直接用作最终锻造制品。

然后，对进行了锻造后热处理的锻造制品和没有进行锻造后热处理的锻造制品进行拉伸试验。

对由合金B和C制得并已经在300℃、350℃或400℃进行了锻造后热处理的各个锻造制品，用显微镜观察拉伸试验后得到的表面上的显微结构。为了比较，在没有进行锻造前热处理及锻造后热处理，但进行了T6热处理(其中，对由合金B制得的锻造制品，在410℃进行固溶处理16小时，在170℃进行时效沉淀硬化处理16小时；对由合金C制得的锻造制品，在400℃进行固溶处理10小时，在175℃进行时效沉淀硬化处理16小时)的锻造制品上也进行表面的显微镜观察。〔实验结果〕

图11示出了合金B制得的锻造制品的锻造后热处理温度与0.2％屈服强度、拉伸强度和断裂后伸长率之间的关系，图12示出了合金C制得的锻造制品的与图11相同的关系。从图11和12可以看出，由合金B和C这两者制得的锻造制品，随着热处理温度升高，0.2％屈服强度下降、拉伸强度慢慢下降，而断裂后伸长率增加。同时，对锻造用部件进行相当于T6热处理的时效沉淀硬化处理的热处理(在170℃-230℃)后，其断裂后伸长率要小于不进行热处理的锻造用部件，但是，如果热处理温度超过250℃，能大幅度地提高断裂后的伸长率，而不会大幅度地降低0.2％屈服强度和拉伸强度。

图13A-13D示出了合金B制得的锻造制品的显微结构，具体地说，图13A示出了经过T6热处理的锻造制品，图13B示出了经过300℃热处理的锻造制品，图13C示出了经过350℃热处理的锻造制品，图13D示出了经过400℃热处理的锻造制品。图14A-14D示出了由合金C制得的锻造制品的显微结构，其热处理条件分别与图13A-13D相同。根据图13A-13D和图14A-14D，可以确定，在进行了T6热处理的那些锻造制品中的晶粒(即，图13A和14A所示)较粗，在合金B制得的锻造制品中还观察到化合物(Mg₁₇A₁₂)的偏析区域(图中黑色区域所示)。与此不同，那些进行了比T6热处理的温度更高、时间更短的锻造后热处理的锻造制品，当热处理温度为300℃(即，图13B和14B所示)时，观察不到清晰的晶粒边界，有上述化合物均匀的沉淀。当热处理温度为350℃(即，图13C和14C所示)时，观察到细的晶粒边界，有上述化合物均匀的沉淀。当热处理温度为400℃(即，图13D和14D所示)时，晶粒较粗，有上述化合物均匀的沉淀。

从拉伸试验和显微结构观察的结果判断，锻造后热处理得到的锻造制品的显微结构与延展性有关。具体地说，未经再结晶的结构难以变形，因此具有较高的拉伸强度，但延展性较低。随着晶粒通过再结晶而变形，延展性就提高，但是当晶粒太大时，也难以变形，因此会硬化，使拉伸强度和延展性降低。

因此，应适宜地选择锻造后热处理的温度，获得观察不到晶粒的显微结构，能得到具有较高拉伸强度的锻造制品；而适宜地选择热处理温度，获得观察到细晶粒的显微结构，能得到具有较高延展性的锻造制品。(实验3)〔实验方法〕

用与实验2同样的方法，从合金B和C制备宽10mm、长35mm、厚21mm的均呈块状的锻造用部件。将合金B制得的部件在410℃进行锻造前热处理16小时，将合金C制得的部件在400℃进行锻造前热处理10小时。

对各个进行了锻造前热处理的锻造用部件进行锻造，使其宽度方向收缩，直到厚度从21mm减小一半到10.5mm(即，50％的锻造加工率)，获得锻造制品。

在温度300℃对合金B制得的锻造制品进行锻造后热处理1小时、10小时或15小时，而在温度350℃对合金C制得的锻造制品进行锻造后热处理1小时、10小时或15小时，获得最终锻造制品。

对各个这样得到的锻造制品进行拉伸试验。〔实验结果〕

图15示出了由合金B制得的锻造制品的锻造后热处理的时间与0.2％屈服强度、拉伸强度和断裂后伸长率之间的关系，图16示出了合金C制得的锻造制品的与图15相同的关系。0(零)热处理时间的数据与实验2中不进行锻造后热处理的锻造制品得到的数据一致。根据图15和16，可以看出，在合金B和C这两者制得的锻造制品中，若热处理时间小于1小时，0.2％屈服强度较大幅度地降低，但是，当热处理时间较长时，0.2％屈服强度较慢地降低。同时，若热处理时间小于1小时，拉伸强度稍有提高，但是，当热处理时间较长时，拉伸强度较慢地降低。另一方面，由合金B制得的锻造制品，若热处理时间小于1小时，断裂后的伸长率大幅度地提高，但是，当热处理时间较长时，断裂后的伸长率基本不变；而由合金C制得的锻造制品，若热处理时间为1小时，断裂后的伸长率最大，但是，当热处理时间较长时，断裂后的伸长率下降。因此，由合金B和C这两者制得的锻造制品，在热处理开始的前一个小时，断裂后的伸长率能大幅度地提高，而由合金C制得的锻造制品，当热处理时间小于10小时(最好是小于5小时)时，断裂后的伸长率能大幅度地提高。

                           工业应用性

至此按照所述，本发明是制造塑性加工制品的一种方法，在此方法中，对半固体成型法形成的塑性加工用的部件进行塑性加工前热处理，使其中的气孔膨胀产生气泡后，再进行塑性加工。

Claims (10)

1.一种制造塑性加工制品的方法，它是对塑性加工用的部件进行塑性加工，该方法包括：

通过半固体成型法使塑性加工用的部件成形，在该步骤中，将包含固相和液相的融熔金属注入一模子中；

对塑性加工用的部件进行塑性加工前热处理，使包含在塑性加工用的部件中的气孔膨胀产生气泡；

对进行了塑性加工前热处理的塑性加工用的部件进行塑性加工，形成塑性加工制品，

其特征在于：对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使在所得的塑性加工制品实际使用的拉伸应力所主要作用在的部分上的拉伸应力作用方向，基本上和塑性加工用的部件的与该拉伸应力作用部分对应的部分的塑性流向一致。

2.根据权利要求1所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：所述塑性加工前热处理在300℃-550℃进行。

3.根据权利要求2所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：所述塑性加工前热处理进行1小时以上。

4.根据权利要求3所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：所述塑性加工前热处理在350℃-450℃进行20小时或更短。

5.根据权利要求4所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：所述塑性加工前热处理进行10-20小时。

6.根据权利要求1所述的制造塑性加工制品的方法，它还包括对由塑性加工得到的塑性加工制品在250℃-400℃进行塑性加工后热处理20分钟至10小时的步骤。

7.根据权利要求1所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：用具有圆筒和螺杆的注射成型设备通过半固体成型法使塑性加工用的部件成形。

8.根据权利要求1所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：在塑性加工用的部件的对应于拉伸应力所作用部分的那个部分上，有一厚的部分，通过使该厚的部分以基本上与拉伸应力作用方向一致的方向流动的塑性加工，将塑性加工用的部件加工成形为所需的形状。

9.根据权利要求1所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：所述塑性加工制品是车轮，

对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使基本上沿着车轮轮盘的轮幅伸展的方向基本上和对应于轮盘的塑性加工用的部件的部分的塑性流向一致。

10.根据权利要求1所述的制造塑性加工制品的方法，

其特征在于：所述塑性加工制品是车轮，

对塑性加工用的部件进行塑性加工时，使基本上沿着车轮轮缘宽度的方向基本上和对应于轮缘的塑性加工用的部件的部分的塑性流向一致。

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