專利名稱：鎂基合金絲及其制造方法
技術領域：
本發明涉及高韌性的鎂基合金絲和制造這種絲的方法。本發明還涉及使用這種鎂基合金絲地彈簧。
背景技術：
在飛機部件、汽車部件和各種電子產品殼體中已廣泛使用比鋁輕且其強度和相對剛度都超過鋼與鋁的鎂基合金。
但是，由于其六方密堆集晶體結構，鎂及其合金的延展性不足，并且其塑性加工能力非常差。這也是難以由Mg及其合金制造絲的原因。
而且，盡管可通過熱軋和熱壓Mg/Mg合金鑄造材料來制造圓棒，但由于它們缺乏韌性和斷面收縮(橫截面積縮減)率低于15％，因而不適于，例如，冷加工制造彈簧。另外，當鎂基合金用作結構材料時，與一般結構材料相比，其YP(拉伸屈服點)比(這里定義為0.2％耐力[即殘余形變屈服強度]/抗拉強度)和扭轉屈服比τ0.2/τmax(扭轉試驗中0.2％殘余形變強度τ0.2與最大剪切應力τmax的比)之差。
其間，公布號為H07-3375的日本專利申請中公開了高強度Mg-Zn-X系(XY，Ce，Nd，Pr，Sm，Mm)鎂基合金，并產生600MPa-726MPa的強度。這個公布的專利申請還公開了進行彎曲和壓扁測試以評價合金的韌性。
但是，其獲得的材料的形式仍未超出直徑為6mm、長為270mm的短棒，而且通過描述的方法(粉末擠出)不能制造更長的絲。同時由于它們含有約幾個原子％的加入元素如Y、La、Ce、Nd、Pr、Sm、Mm，所以不僅材料成本高，而且可重復利用性差。
另外，在Journal of Materials Science Letters，20，2001，457-459頁描述了AZ91合金鑄造材料的疲勞強度，大約在20MPa的水平上，也是相當低的。
在日本機械工程師協會第72屆全國會議的論文集(I)(Symposium ofPresentations at the 72nd National Convention of the Japan Society ofMechanical Engineers)第35-37頁上，描述了AZ21合金擠出材料的旋轉彎曲疲勞試驗結果，顯示疲勞強度為100MPa，但測試未達到107次循環。另外，在Summary of Presentations at the 99th Autumn Convention of the JapanInstitute of Light Metals(2000)第73-74頁上，描述了通過觸融模制TMAE40、AM60和ACaSr6350p形成的材料的旋轉彎曲疲勞性能。室溫下的疲勞強度分別為65MPa、90MPa和100MPa，但是，簡言之，就鎂基合金的旋轉彎曲疲勞強度而言，未獲得超過100MPa的疲勞強度。
發明的公開
本發明首要目的在于實現強度和韌性都優良的鎂基合金絲及其制造方法，以及實現使用這種鎂基合金絲制的彈簧。
本發明另一個目的還在于實現YP比和τ0.2/τmax比高的鎂基合金絲及其制造方法。
本發明另外的目的還在于實現具有超過100MPa的高疲勞強度的鎂基合金絲及其制造方法。
由于對通常難以拉拔鎂基合金方法作了多種研究，本發明人發現并因此完成了本發明，即通過在拉拔處理時的特定處理溫度，并根據需要使拉拔處理與預定的熱處理過程相結合，就能制造強度和韌性優良的絲。
(鎂基合金絲)
根據本發明的鎂基合金絲的第一個特征在于它是由下面列出的從(A)到(E)中任何化學組成構成的鎂基合金絲，其中其直徑d為0.1mm-10.0mm，其長度L為1000d或更長，其抗拉強度為220MPa或更高，其斷面收縮率為15％或更大，其伸長率為6％或更高。
(A)以質量％計，含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn的鎂基合金。
(B)以質量％計，含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且還含有一種或多種選自0.5-2.0％Zn和0.3-2.0％Si的元素的鎂基合金。
(C)以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr的鎂基合金。
(D)以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，并且還含有0.5-2.0％Mn的鎂基合金。
(E)以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素的鎂基合金。
可使用鎂基鑄造合金或鎂基可鍛合金作為絲用鎂基合金。更具體地，可使用ASTM規格的例如AM系列、AZ系列、AS系列、ZK系列、EZ系列等。除了上面列出的化學組成，作為合金使用的是這些含有Mg和雜質的合金。這些雜質可為如Fe、Si、Cu、Ni和Ca。
AM系列中的AM60為含有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的鎂基合金。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的鎂基合金。
以質量％計，AZ系列中的AZ10為含有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的鎂基合金。以質量％計，AZ21為含有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的鎂基合金。AZ31為含有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的鎂基合金。AZ61為含有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的鎂基合金。AZ91為含有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的鎂基合金。
以質量％計，AS系列中的AS21為含有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的鎂基合金。AS41為含有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的鎂基合金。
ZK系列中的ZK60為含有4.8-6.2％Zn和0.4％或更多的Zr的鎂基合金。
EZ系列中的EZ33為含有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的鎂基合金。這里的“RE”為稀土元素；一般通常使用Pr和Nd的混合物。
盡管單從鎂本身獲得足夠的強度是困難的，但通過包含上面列出的化學組成可得到理想的強度。而且，下文將要描述的制造方法能制造具有優異韌性的絲。
然后使合金具有上述的抗拉強度、斷面收縮率和伸長率，以便同時具有強度和韌性，并有利于后續過程如把合金加工成彈簧。對于AM系列、AZ系列、AS系列和ZK系列，較優選的抗拉強度為250MPa或更高；更優選為300MPa或更高；尤其優選為330MPa或更高。對于EZ系列，較優選的抗拉強度為250MPa或更高。
同樣，較優選的斷面收縮率為30％或更高；尤其優選為40％或更高。AZ31的化學組成尤其適于獲得40％或更高的斷面收縮率。還有，由于含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn的鎂基合金可獲得30％或更高的斷面收縮率，因此優選這種化學組成。對含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn的鎂基合金，較優選的斷面收縮率為40％或更高；尤其優選的斷面收縮率為45％或更高。這時較優選的伸長率為10％或更高；抗拉強度為280MPa或更高。
本發明的鎂基合金絲的第二個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金線，其中其YP比為0.75或更高。
YP比即用“0.2％耐力/抗拉強度”給出的比例。要求在用作結構材料時鎂基合金具有高強度。在這種情況下，因為實際工作極限不僅取決于抗拉強度，而且取決于0.2％耐力的大小，所以為了獲得高強度的鎂基合金，不但要提高抗拉強度的絕對值，還要使YP比更大。通常可通過熱擠可鍛材料如AZ10合金或AZ21合金來生產圓形棒材，但是其抗拉強度為200-240MPa，其YP比(0.2％耐力/抗拉強度)為0.5到少于0.75％。對于本發明，通過對拉拔處理指定處理溫度、溫度升到加工溫度的速度、成形性和線速度；并且在拉拔處理后，對材料進行預定的熱處理，可制造YP比為0.75或更高的鎂基合金絲。
例如，可通過在下列條件下進行拉拔處理制造YP比為0.9或更高的鎂基合金絲到加工溫度的升溫速度為1℃/sec-100℃/sec；加工溫度為50℃-200℃(更優選150℃或以下)；成形性為10％或更高；線速度為1m/sec或更高。另外，通過在前述拉拔處理后冷卻絲，并在150℃-300℃的溫度下進行5min或更長停留時間的熱處理，可制得YP比為0.75或更高但小于0.90的鎂基合金絲。盡管較大的YP比意味著優良的強度，但由于這意味著在必要的后續處理時可加工性差，因此當考慮可加工性時，YP比為0.75或更高但小于0.90的鎂基合金絲是實用的。YP比優選為0.8或更高但小于0.90。
本發明的鎂基合金絲的第三個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中在扭轉試驗中其0.2％殘余變形強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.50或更高。
對于其中扭轉性能有影響的應用，如螺旋彈簧，拉緊時不僅YP比變得至關重要，而且扭轉屈服比即τ0.2/τmax也應該大。通過本發明指定的拉拔處理時間、處理溫度、到達加工溫度的升溫速度、成形性和線速度；并且在拉拔處理后，對材料進行預定的熱處理，可制造τ0.2/τmax為0.50或更高的鎂基合金絲。
例如，可通過在下列條件下進行拉拔處理制造τ0.2/τmax為0.60或更高的鎂基合金絲到達加工溫度的升溫速度為1℃/sec-100℃/sec；加工溫度為50℃-200℃(更優選150℃或以下)；成形性為10％或更高；線速度為1m/sec或更高。另外，通過在前述拉拔處理后冷卻絲，并在150℃-300℃的溫度下進行5min或更長停留時間的熱處理，可制得τ0.2/τmax為0.50或更高但小于0.60的鎂基合金絲。
本發明鎂基合金絲的第四個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中構成絲的合金的平均晶粒尺寸為10μm或更小。
限定鎂基合金的平均晶粒尺寸以使鎂基合金絲的強度和韌性平衡，可有利于后續處理如彈簧成形。主要通過調整拉拔處理時的加工溫度而主要進行平均晶粒尺寸的控制。
更特別地，使合金顯微結構具有5μm或更小的平均晶粒尺寸，能制造強度和韌性更加平衡的鎂基合金絲。通過在200℃-300℃時，更優選250℃-300℃時，熱處理后擠出的材料可得到平均晶粒尺寸為5μm或更小的精細晶體結構。此外，平均晶粒尺寸為4μm或更小的精細晶體結構能提高合金的疲勞性能。
本發明鎂基合金絲的第五個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中構成絲的合金的晶粒大小為混合晶粒結構中的細晶粒和粗晶粒。
使晶粒進入混合晶粒結構能制造同時具有強度和韌性的鎂基合金絲。舉一個具體的例子，混合晶粒結構可以是一種平均晶粒尺寸為3μm或更小的細晶粒和平均晶粒尺寸為15μm或更大的粗晶粒的混合結構。尤其是使平均晶粒尺寸為3μm或更小的晶粒的表面積百分比為全部的10％或更多時，能制造強度和韌性更加優異的鎂基合金線。可通過結合下文描述的拉伸和熱處理過程而獲得這種類型的混合晶粒結構。其中特別的是優選在100-200℃下進行加熱處理。
本發明鎂基合金線的第六個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中構成絲的合金的表面粗糙度為R2≤10μm。
制造外表面光滑的鎂基合金絲有利于使用絲的彈簧的成形加工。主要通過調整拉拔處理時的加工溫度進行表面粗糙度的控制。除此以外，表面粗糙度還受拉絲條件如拉拔速度和潤滑劑的選擇的影響。
本發明鎂基合金絲的第七個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中絲表面的軸向殘余應力為80MPa或更低。
由于在軸向上的線表面(拉伸)的殘余應力為80MPa或更低，從而能保證在下一階段再成形或加工過程中有足夠的加工精度。可通過如拉拔處理條件(溫度、成形性)和隨后的熱處理條件(溫度、時間)等因素來調整軸向殘余應力。尤其是絲表面上的軸向殘余應力為10MPa或更低時，能制造疲勞特征優良的鎂基合金線。
本發明鎂基合金線的第八個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中施加重復推拉應力幅度1×107次時疲勞強度為105MPa或更高。
制造具有如剛才所述疲勞特征的鎂基合金絲，能使鎂基合金在對疲勞特征有更高需求的廣泛應用領域內使用，如彈簧、便攜式家用電子產品的增固架和螺桿。可通過在拉拔處理后對材料進行150℃-250℃的熱處理來得到具有這種疲勞特征的鎂基合金絲。
本發明鎂基合金絲的第九個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中線的不圓度為0.01mm或更小。“不圓度”為通過絲的同一截面上的直徑最大和最小值間的差異。不圓度為0.01mm或更小有利于在自動焊接機上所使用的絲。而且，使彈簧用絲的不圓度為0.01mm或更小能穩定彈簧成形加工，從而穩定彈簧性能。
本發明鎂基合金線的第十個特征在于它是具有上述化學組成的鎂基合金絲，其中線的橫截面為非圓形。
絲在橫截面形式上通常是圓的。但是，對于本發明的絲，其韌性優異，不必限制為圓形，并易于地加工成橫截面為奇特的橢圓和矩形/多邊形。通過改變拉絲模的形式可容易地控制以使絲的橫截面形式為非圓形。這種類型的奇特形式的絲適于眼鏡框、便攜式電子設備的增固架材料等應用。
(鎂基合金焊絲)
上述的絲可用作焊絲。特別是理想地適用于拉出卷繞在軸上的焊絲的自動焊接機上。對于焊絲，使用化學組成為AM系列、AZ系列、AS系列或ZK系列的鎂合金絲—尤其是上述的從(A)到(C)的化學組成—是適宜的。另外，絲直徑優選為0.8-4.0mm。更理想的是抗拉強度為330MPa或更高。通過使絲具有剛提到的直徑和抗拉強度，焊絲能被卷到軸上并從軸上被拉出而沒有結頭。
(鎂基合金彈簧)
本發明的鎂基合金彈簧的特征在于為由上述鎂基合金絲形成的彈簧。
由于上述鎂基合金絲一方面具有強度，另一方面又同時具有韌性，因此可無任何障礙地將其加工成彈簧。絲尤其適于冷加工的彈簧成形。
(制造鎂基合金線的方法)
本發明制造鎂基合金線的方法的特征在于包括制備由上述從(A)到(E)中任一化學組成構成的鎂基合金作為原料基材的步驟，和拉拔原料基材將其加工成絲狀的步驟。
根據本發明的方法有利于后續加工如彈簧成形過程，能制造的絲有效地用于便攜式家用電子產品增固架、長焊接機、螺桿及其它應用。本方法尤其能使其易于制造長度為其直徑的1000倍或更多的線。
可使用通過鑄造、擠出或類似方法得到的散料或棒材作為原料基材。通過使原料基材經過如絲模或輥模進行拉拔處理。對于拉拔處理，優選在50℃或以上的加工溫度下進行加工，更優選在100℃或以上。加工溫度為50℃或以上有利于絲加工。但是，由于較高的處理溫度引起強度降低，因此加工溫度優選為300℃或以下。更優選地，加工溫度為200℃或以下；還更優選地，加工溫度為150℃或以下。在本發明中，在模前設置加熱器，并設定加熱器的加熱溫度為加工溫度。
溫度升到加工溫度的速度優選為1℃/sec-100℃/sec。同樣，拉拔處理時適宜的線速度為1m/min或更高。
還可利用多個絲模和輥模進行多道次拉拔處理。可通過這種重復的多道次拉拔處理來制造較細直徑的線。特別是能容易地得到直徑小于6mm的絲。
在一次拉拔處理循環時，截面壓縮率優選為10％或更高。由于低的成形性使屈服強度就低的事實，通過在截面壓縮率為10％或更高時進行處理，就可容易地制造具有適宜強度和韌性的線。每次通過的截面壓縮率為20％或更高則更為優選。但是，如果成形性太大，處理就不能進行，所以每道次截面壓縮率上限大約為30％或更低。
對拉拔處理同樣有利的是其中總截面壓縮率為15％或更高。總截面壓縮率更優選為25％或更高。按照這種總截面壓縮率的拉拔處理與下文將要描述的熱處理過程相結合，能制造同時具有強度和韌性的絲，并且金屬具有混合晶粒或細晶粒的結構。
現在轉向本發明方法中后拉拔的處理，冷卻速度優選為0.1℃/sec或更高。如果達不到這個下限，晶粒就開始生長。冷卻方式可為例如吹風，這種情況下可通過吹風速度和量等來調整冷卻速度。
另外，在拉拔處理后，可通過將線加熱到100℃-300℃來提高絲的韌性。加熱溫度更優選為150℃-300℃。保持加熱溫度的持續時間優選為約5-20分鐘。這種加熱(退火)改善了絲可從因拉拔處理引起的形變中恢復，以使其再結晶。當在拉拔處理后進行退火時，拉拔處理的溫度應低于50℃。把拉拔處理溫度設在30℃以上的水平，能使拉拔工作自動進行，而隨后進行的退火能大大提高韌性。
特別是，進行后拉拔退火尤其適于制造至少具有一個下列特征的鎂基合金絲伸長率為12％或更高，斷面收縮率為40％或更高，YP比為0.75或更高但低于0.90，和τ0.2/τmax為0.50或更高但小于0.60。
另一方面，拉拔加工后進行150℃-250℃的熱處理過程特別適于制造(1)在施加重復推拉應力幅度下1×107次時疲勞強度為105MPa或更高的鎂基合金絲；(2)線表面上的軸向殘余應力為10MPa或更低的鎂基合金絲；和(3)平均晶粒尺寸為4μm或更小的鎂基合金絲。
附圖簡述
圖1為本發明的絲的光學微觀結構圖
發明最佳實施方式
下面將說明本發明的實施例。
實施例1
使用以質量％計，含有3.0％Al、1.0％Zn和0.15％Mn，且余量由Mg和雜質構成的鎂合金(一種相當于ASTM規格中AZ-31合金的材料)的φ6.0mm擠出材料，通過在各種條件下經線模拉拔擠出材料而制造絲。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設定為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為1-10℃/sec，拉拔處理時的絲速度為2m/min。另外，通過吹風冷卻進行拉拔后冷卻處理。通過在顯微鏡下放大絲斷面結構，而測定觀察區域內大量晶體的粒度并對尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。處理后的絲直徑為4.84-5.85mm(截面壓縮處理為19％時為5.4mm；截面壓縮率為5-35％時為5.85-4.84mm)。在表I中，列出了改變加工溫度時得到的絲的性能，而在表II中，為改變截面壓縮率時得到的絲的性能。
表I
表II
從表I中看出，拉拔處理前擠出材料的韌性為斷面收縮率19％，和伸長率4.9％。相反，經過了50℃或更高溫度下拉拔處理的本發明的樣品，斷面收縮率為50％或更高，伸長率為8％或更高。而且，它們的強度超過了拉拔處理前的強度；并在強度提高的同時獲得了增強的韌性。
另外，對于250℃或更高的拉拔處理溫度，強度提高的比例小。因此，在50℃-200℃加工溫度內能明顯顯示出強度和韌性間的良好平衡。另一方面，在20℃的室溫下，由于絲折斷而不能進行拉拔處理。
從表II看出，對于截面壓縮率為5％的成形性，斷面收縮率和伸長率同時都低，但當成形性為10％或更高時，可得到40％或更高的斷面收縮率和8％或更高的伸長率。同時，對于截面壓縮率為35％的成形性，則不能進行拉拔。從這些事實明顯看出，通過成形性為10％-30％時的拉拔處理能顯示出出色的韌性。
制造的這些絲的長度是其直徑的1000倍或更多；對經過多道次處理的絲，能進行反復處理。另外，本發明樣品的平均晶粒尺寸在各種情況下都為10μm或更小，同時表面粗糙度Rz為10μm或更小。此外，通過X-射線衍射得到絲表面的軸向殘余應力，其中對于本發明的樣品，其在各種情況下都為80MPa或更低。
實施例2
使用以質量％計，含有6.4％Al、1.0％Zn和0.28％Mn，且余量由Mg和雜質構成的鎂合金(一種相當于ASTM規格中AZ-61合金的材料)的φ6.0mm擠出材料，在各種條件下通過使擠出材料經過線模對其進行拉拔處理。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設定為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為1-10℃/sec，拉拔處理時的絲速度為2m/min。另外，通過吹風冷卻進行拉拔后的冷卻處理。通過在顯微鏡下放大絲斷面結構，測定觀察區域內大量晶體的粒度并對尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。處理后的線直徑為4.84-5.85mm(截面壓縮處理為19％時為5.4mm；截面壓縮率為5-35％時為5.85-4.84mm)。在表III中，列出了改變加工溫度時得到的絲的性能，而在表IV中，為改變截面壓縮率時得到的絲的性能。
表III
表IV
從表III中看出，拉拔處理前擠出材料的韌性為斷面收縮率低至15％，和伸長率3.8％。相反，經過了50℃或更高溫度下拉拔處理的本發明的樣品，斷面收縮率為50％或更高和伸長率為8％或更高。而且，它們的強度超過了拉拔處理前的強度；并且在強度提高的同時獲得了增強的韌性。
另外，對于250℃或更高的拉拔處理溫度，強度提高的比例小。因此，在50℃-200℃加工溫度內能明顯顯示出強度和韌性間的良好平衡。另一方面，在20℃的室溫下，由于絲折斷而不能進行拉拔處理。
從表IV看出，對于截面壓縮率為5％的成形性，使斷面收縮率和伸長率同時都低，但當成形性為10％或更高時，可得到40％或更高的斷面收縮率和8％或更高的伸長率。同時，對于截面壓縮率為35％的成形性，則不能進行拉拔。從這些事實明顯看出，通過成形性為10％-30％時的拉拔處理能顯示出出色的韌性。
制造的這些線的長度是其直徑的1000倍或更多；對經過多道次處理的線，可進行反復處理。另外，本發明樣品的平均晶粒尺寸在各種情況下都為10μm或更小，而表面粗糙度Rz為10μm或更小。
實施例3
使用實施例1和2中制造的絲和同樣直徑的擠出材料進行彈簧成形。使用直徑為5.0mm的絲進行彈簧成形加工來制造外徑為40mm的彈簧；研究彈簧能否成形與材料的平均晶粒尺寸和粗糙度的關系。主要通過在拉拔處理時調節加工溫度并進行平均晶粒尺寸和表面粗糙度的調整。本實施例的加工溫度為50-200℃。通過在顯微鏡下放大絲斷面結構，測定觀察區域內大量晶體的粒度并對尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。根據Rz評價表面粗糙度。結果列于表V。
表V
實施例4
使用以質量％計，含有6.4％Al、1.0％Zn和0.28％Mn，且余量由Mg和雜質構成的鎂合金(一種相當于ASTM規格中AZ61合金的材料)的φ6.0mm擠出材料，在加工溫度為35℃和截面壓縮率(成形性)為27.8％時對擠出材料進行拉拔處理。將設置在絲模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為1-10℃/sec，拉拔處理時的絲速度為5m/min。同樣，通過吹風進行冷卻。冷卻速度為0.1℃/sec或更快。得到的絲表現出的性能結果為抗拉強度460MPa，斷面收縮率15％，伸長率6％。在100-400℃溫度下對絲進行15分鐘的退火；得到的拉伸性能測試結果列于表VI。
表VI
參考表VI可發現，盡管退火導致強度在一定程度上降低，但根據伸長率和斷面收縮率的韌性顯然恢復得相當充分。也就是說，拉絲處理后在100-300℃下退火對恢復韌性非常有效，而且還能保持330MPa或更高的抗拉強度。即使在400℃下退火，也能獲得300MPa或更高的抗拉強度，并且能獲得足夠韌性。具體地說，拉拔加工后進行100-300℃的退火，使得即使在拉拔處理溫度小于50℃時也能制造韌性出色的絲。
實施例5
使用以質量％計，含有5.5％Zn和0.45％Zr，且余量由Mg和雜質構成的鎂合金(一種相當于ASTM規格中ZK60合金的材料)的φ6.0mm擠出材料，在各種條件下通過將擠出材料經過線模對其進行拉拔處理。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為1-10℃/sec，拉拔處理時的絲速度為5m/min。另外，通過吹風進行冷卻。本發明樣品的冷卻速度為0.1℃/sec或以上。通過在顯微鏡下放大線斷面結構，測定觀察區域內大量晶體的粒度并對尺寸平均，得知平均晶粒尺寸。通過X-射線衍射得到線表面的軸向殘余應力。后處理的線直徑為4.84-5.85mm(截面壓縮處理為19％時為5.4mm；截面壓縮率為5-35％時為5.85-4.84mm)。在表VII中，列出了改變加工溫度時得到的絲的性能，而在表VIII中，為改變截面壓縮率時得到的絲的性能。
表VII
表VIII
從表VII中看出，擠出材料的韌性，其斷面收縮率低至13％。相反，經過50℃或更高溫度下拉拔處理的本發明的樣品，強度為330MPa或更高，證實強度大大提高。同時，它們的斷面收縮率為15％或更高，伸長率為6％或更高。另外，對于250℃或更高的處理溫度，強度提高的比例小。因此，在50℃-200℃加工溫度內能明顯顯示出強度-韌性間的良好平衡。另外，在20℃的室溫下，由于絲折斷而不能進行拉拔處理。
從表VIII明顯看出，成形性為5％時，斷面收縮率和伸長率同時都低，當成形性為10％或更大時，強度的提高則是顯著的。同時，對于35％的成形性，則不能進行拉拔。這證明應通過成形性為10％-30％的拉拔處理來制造絲。
制造的這些絲的長度是其直徑的1000倍或更多；對經過多道次處理的線，可進行反復處理。另外，在本發明中，平均晶粒尺寸在各種情況下都為10μm或更小，表面粗糙度Rz為10μm或更小，軸向殘余應力為80MPa或更低。
實施例6
使用實施例5中制造的絲和同樣直徑的擠出材料進行彈簧成形。使用5.0mm規格的絲進行彈簧成形加工以制造外徑為40mm的彈簧；測定彈簧能否成形、材料的平均晶粒尺寸和粗糙度。根據Rz評價表面粗糙度。結果列于表IX。
從表IX明顯看出，用平均晶粒尺寸為10μm或更小和表面粗糙度R2為10μm或更小的鎂絲能進行彈簧成形，但在其它情況下，由于絲折斷而不能進行加工。本發明因此證實，用平均晶粒尺寸為10μm或更小和表面粗糙度Rz為10μm或更小的鎂基合金絲能進行彈簧成形。
表IX
實施例7
將下面列出的相應于合金AZ31、AZ61、AZ91和ZK60的材料制成φ6.0mm擠出材料。化學組成的單位均為質量％。
AZ31含3.0％Al，1.0％Zn和0.15％Mn；余量為Mg和雜質。
AZ61含6.4％Al，1.0％Zn和0.28％Mn；余量為Mg和雜質。
AZ91含9.0％Al，0.7％Zn和0.1％Mn；余量為Mg和雜質。
ZK60含5.5％Zn和0.45％Zr；余量為Mg和雜質。
使用這些擠出材料，用線模在100℃的加工溫度下進行拉絲，保持每道次成形性為15-25％，直到φ為1.2mm。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為1-10℃/sec，拉拔處理時的絲速度為5m/min。同樣，通過吹風進行冷卻。冷卻速度為0.1℃/sec和以上。由于本發明的材料在拉拔加工中沒有絲折斷，因此能制造長絲。制得絲的長度為其直徑的1000倍或更多。
另外，測定不圓度和表面粗糙度。“不圓度”為通過絲的同一截面上直徑的最大和最小值間的差異。根據Rz評價表面粗糙度。結果列于表X。還給出了作為對比材料的擠出材料的這些性能。
表X
如表X所示，本發明材料的特征是明顯的抗拉強度為300MPa或更大，而且斷面收縮率為15％或更大和伸長率為6％或更大；另外，表面粗糙度Rz≤10μm。
實施例8
對上述實施例，按照與實施例7中同樣的方法制造絲規格為φ0.8、φ1.6和φ2.4mm的絲，拉拔加工溫度分別為50℃、150℃和200℃，并按照同樣方法進行評價。結果證實每個樣品的抗拉強度為300MPa或更大，同時斷面收縮率為15％或更大和伸長率為6％或更大；另外，不圓度為0.01mm或更小，表面粗糙度Rz≤10μm。
再把得到的絲分別在卷軸上做成1.0-5.0kg的均勻繞組。從卷軸上抽出的絲在卷繞彎曲方面有良好適應性，這意味著在人工焊接、MIG、TIG和類似自動焊接中可期望由線得到良好焊縫。
實施例9
使用AZ-31鎂合金φ8.0mm擠出材料，通過在加工溫度為100℃下進行拉拔處理直至材料變為φ4.6mm(單次通過成形性為10％或更大；總成形性為67％)來制造絲。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為1-10℃/sec，拉拔處理時的線速度為2-10m/min。拉拔處理后通過吹風進行冷卻，冷卻速度為0.1℃/sec或更高。將得到的線在100℃-350℃進行15分鐘的熱處理。其拉伸性能列于表XI。其中標有“本發明樣品”的絲的結構為混合晶粒和其平均晶粒尺寸為5μm或更小的線。
表XI
從表XI看出，盡管熱處理溫度為80℃或更低時強度高，但同時伸長率和斷面收縮率低，缺乏韌性。在這種情況下，晶體結構為經加工的結構，平均粒度反映了處理前的粒度，大約為20μm。
同時，當加熱溫度為150℃或更高時，盡管強度有一定程度下降，但伸長率和斷面收縮率恢復顯著，其中可得到強度和韌性平衡的絲。在這種情況下，加熱溫度為150℃和200℃時的晶體結構變為晶粒度為3μm或更小的晶粒和晶粒度為15μm或更小的晶粒的混合晶粒結構(同上)。在250℃或更高時，顯示出其中晶粒尺寸幾乎均勻的結構；其平均粒度列于表XI。同時保證300MPa或更高的強度并且平均粒度為5μm或更小是可能的。
實施例10
使用AZ-31鎂合金的φ8.0mm擠出材料，通過單道次成形性為10％或更大和加工溫度為150℃時進行拉拔處理來改變總成形性而制得線，將絲在200℃下熱處理15分鐘，評價經過熱處理的材料的拉伸性能。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為2-5℃/sec，拉拔處理時的線速度為2-5m/min。拉拔處理后通過吹風冷卻進行冷卻，冷卻速度為0.1℃/sec或更高。結果列于表XII。其中標有“本發明樣品”的絲是結構為混合晶粒。
表XII
從觀察表XII可發現，盡管總成形性為10％或更低時結構控制不適當，但為15％或更高(同上)時，結構成為平均粒度為3μm或更小的晶粒和15μm或更小(同上)的晶粒的混合結構，并同時達到了高強度和高韌性。
圖1提供了成形性為23％時，后熱處理的絲的結構的光學顯微照片。從圖中可清楚了解，其結構證實為平均粒度為3μm或更小的晶粒和15μm或更小(同上)的晶粒的混合結構，并且其中3μm或更小的晶粒的表面積百分比約為15％。從本發明實施例中的混合晶粒結構可看到，在任何情況下，3μm或更小的晶粒的表面積百分比為10％或更高。同樣，30％或更高的總成形性更加有效地提高了強度。
實施例11
使用ZK-60合金的φ6.0mm擠出材料，在加工溫度為150℃時進行拉拔處理直到材料成為φ5.0mm(總成形性為30.6％)。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為2-5℃/sec，拉拔處理時的線速度為2m/min。拉拔處理后通過吹風冷卻進行冷卻，冷卻速度為0.1℃/sec或更高。冷卻后在100℃-350℃下對絲進行15分鐘的熱處理。經過后熱處理的絲的拉伸性能示于表XIII。其中標有“本發明樣品”的絲的結構為混合晶粒和平均晶粒尺寸為5μm或更小的絲。
表XIII
從表XIII看出，盡管熱處理溫度為80℃或更低時強度高，但同時伸長率和斷面收縮率低，缺乏韌性。在這種情況下，晶體結構為經加工的結構，晶粒尺寸反映了處理前的粒度，大約為十多μm。
同時，當加熱溫度為150℃或更高時，盡管強度有一定程度下降，但伸長率和斷面收縮率恢復顯著，并可得到強度和韌性平衡的絲。在這種情況下，加熱溫度為150℃和200℃時的晶體結構成為平均粒度為3μm或更小的晶粒和15μm或更小(同上)的晶粒的混合晶粒結構。在250℃或更高時，顯示出粒度均勻的結構；其粒度列于表XIII。并可同時保證390MPa或更高的強度和平均粒度為5μm或更小。
實施例12
使用AZ31合金、AZ61合金和ZK60合金的φ5.0mm擠出材料，將材料經過線模進行拉拔的熱加工處理，直到φ為4.3mm。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為2-5℃/sec，拉拔處理時的線速度為3m/min。拉拔處理后通過吹風冷卻進行冷卻，冷卻速度為0.1℃/sec或更高。拉拔加工時的加熱溫度和得到的線的性能列于表XIV到XVI。用YP比和扭轉屈服比τ0.2/τmax評價線性能。YP比為0.2％耐力/抗拉強度。扭轉屈服比為扭轉試驗中0.2％的殘余形變強度τ0.2與最大剪切應力τmax的比。扭轉試驗中夾具間的距離設為100d(d線直徑)；由試驗中的扭矩和扭轉角之間的關系得到τ0.2和τmax。作為對比材料的擠出材料的性能也被列于表中。
表XIV
表XV
表XVI
從表XIV到XVI看出，與擠出材料的YP比為0.7左右相比，本發明樣品的YP比在各種情況下都為0.9或更大，并且0.2％耐力值增加到或超過抗拉強度的增加。
也可以理解任一擠出材料組成中τ0.2/τmax比小于0.5，而本發明樣品卻顯示出0.6或更高的較高值。這些結果與橫斷面為奇特形式(非圓形)的線材和棒材一致。
實施例13
使用AZ31合金、AZ61合金和ZK60合金的φ5.0mm擠出材料，將材料經過線模進行拉拔的熱加工處理，直到φ為4.3mm。將設置在線模前的加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為5-10℃/sec，拉拔處理時的線速度為3m/min。拉拔處理后通過吹風冷卻進行冷卻，冷卻速度為0.1℃/sec或更高。冷卻后對絲進行100℃-300℃×15分鐘的熱處理。按照實施例12中同樣的方式，用YP比和扭轉屈服比τ0.2/τmax評價線性能。結果列于表XVII到表XIX。作為對比材料的擠出材料的性能也被列于表中。
表XVII
表XVIII
表XIX
從表XVII到XIX可以看出，與擠出材料的YP比為0.7相比，經過拉絲和熱處理的本發明樣品的YP比為0.75或更大。顯然，在其中，對YP比被控制在0.75-0.90的本發明樣品，伸長率大，加工性能也相當好。即使需要更高的強度，在YP比為0.80或更高但低于0.90的樣品中間，也能得到與伸長率很好的平衡。
同時，對任何一種組成的擠出材料，扭轉屈服比τ0.2/τmax小于0.5，但對經過拉絲和熱處理的樣品，則顯示出0.50或更大的高值。在成形性達到要求并且要保證伸長率的情況下，優選扭轉屈服比τ0.2/τmax為0.5或更高但小于0.60是可以理解的。
這些結果顯示出同樣的與組成無關的趨勢。另外，熱處理的最佳條件受拉絲成形性和加熱時間的影響，并取決于拉絲條件而不同。而且這些結果還與橫斷面為奇特形式(非圓形)的線材和棒材一致。
實施例14
使用以質量％計含有1.2％Al、0.4％Zn和0.3％Mn，余量由Mg和雜質構成的AZ10合金鎂合金的φ5.0mm擠出材料，在總截面壓縮率為36％時，在100℃加工溫度下進行拉拔處理(兩道次)，直到材料為φ4.0mm。拉拔處理使用線模。另外對于加工溫度，在線模前設置加熱器，并將加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為10℃/sec；冷卻速度為0.1℃/sec或更快；拉拔處理時的線速度為2m/min。同樣，通過吹風冷卻進行冷卻。然后，在50℃-350℃溫度下對得到的絲狀產品進行20分鐘的熱處理，以生產各種絲。
研究抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率、YP比、τ0.2/τmax和晶粒尺寸。通過在顯微鏡下放大絲的斷面結構，測定觀察區域內大量晶體的粒度并對尺寸平均，得到平均晶粒尺寸。結果列于表XX。φ5.0mm擠出材料的抗拉強度為225MPa；其韌性斷面收縮率38％，伸長率9％；其YP比，0.64；其τ0.2/τmax比，0.55。
表XX
加熱溫度是指后拉拔加熱處理溫度
晶粒尺寸是指平均晶粒尺寸
從表XX明顯看出，與擠出材料相比，拉拔加工后絲的強度大大提高。從熱處理后的機械性能看，對于100℃或更低的加熱溫度，在后拉拔性能中絲沒有重大變化。顯然，對于150℃或更高的溫度，斷裂后伸長和斷面收縮率大大提高。與經過拉拔加工但沒有進行熱處理的絲相比，抗拉強度、YP比和τ0.2/τmax比可能會降低，但大大超過了原來擠出材料的抗拉強度、YP比和τ0.2/τmax比。如果熱處理溫度超過300℃，抗拉強度、YP比和τ0.2/τmax比的增加變小，所以選擇熱處理溫度為300℃或以下。
可以理解本實施例中得到的絲可證實具有非常細的晶粒，因為，正如表XX所示，加熱溫度為150℃以上時，晶粒尺寸為10μm或更小，加熱溫度為200-250℃時，為5μm或更小。同樣，150℃的溫度產生3μm以下的晶粒和15μm以上的晶粒的混合晶粒結構，其中，3μm或更小的晶粒的表面積百分比為10％或更高。
制造的這些絲的長度是其直徑的1000倍或更多，同時表面粗糙度Rz為10μm或更小。另外，通過X-射線衍射得到線表面的軸向殘余應力，其中所述應力為80MPa或更低。此外，不圓度為0.01mm或更小。“不圓度”為通過絲的同一截面上的直徑的最大和最小值之間的差。
然后在室溫下使用得到的絲(φ4.0mm)進行彈簧成形加工以制造外徑為35mm的彈簧，其中本發明的絲可沒有任何問題地形成彈簧。
實施例15
使用以質量％計，含有1.2％Al、0.4％Zn和0.3％Mn，余量由Mg和雜質構成的AZ10合金鎂基合金的φ5.0mm擠出材料，通過在不同條件下拉拔加工擠出材料來制造不同線材。拉拔處理使用線模。另外對于加工溫度，在線模前設置加熱器，并將加熱器的加熱溫度設為加工溫度。溫度升到加工溫度的速度為10℃/sec，拉拔處理時的線速度為2m/min。得到線的性能列于表XXI和XXII。表XXI中的條件和結果是在截面壓縮率固定、加工溫度變化時的情況下進行，表XXII則為加工溫度固定、截面壓縮率變化時的情況下進行。在本實施例中，拉拔加工僅為單道次，這里的“截面壓縮率”為總截面壓縮率。
表XXI
表XXI
從表XXI看出，擠出材料的抗拉強度為205MPa；其韌性斷面收縮率38％，伸長率9％。另一方面，在50℃或更高溫度下經過拉拔加工的樣品1-3到1-9的斷面收縮率為30％或更高，伸長率為6％或更高。而且，這些試驗材料顯然具有高的250MPa或更高的抗拉強度、0.9或更高的YP比和0.60或更高的τ0.2/τmax比，并且這些樣品，具有提高的強度而沒有明顯降低韌性。尤其是在100℃或更高溫度下經過拉拔加工的樣品1-4到1-9，斷面收縮率為40％或更高，伸長率為10％或更高，就韌性而言，它們都是特別出色的。相反，如果拉拔加工溫度超過300℃，抗拉強度的增加減小；在20℃室溫下拉拔加工的樣品1-2由于絲折斷而不能被處理。因此，采用50℃-300℃(優選100℃-300℃)的加工溫度，能顯示出極好的強度-韌性平衡。
從表XXII看出，對于成形性為5％的樣品2-2，抗拉強度、YP比和τ0.2/τmax比的增加率小；但如果成形性為10％或更高，則抗拉強度、YP比和τ0.2/τmax比就變大。同時，對于成形性為35％的樣品2-6，不能進行拉拔加工。從這些事實可了解到，成形性為10％-30％的拉拔處理能帶來優異的性能-250MPa或更高的高抗拉強度、0.9或更高的YP比和0.60或更高的τ0.2/τmax比，而不犧牲韌性。
表XXI或表XXII中得到的絲的長度是其直徑的1000倍或更多，并分別能以多道次重復拉拔加工。而且，表面粗糙度Rz為10μm或更小。通過X-射線衍射得到線表面的軸向殘余應力，其中所述應力為80MPa或更低。此外，不圓度為0.01mm或更小。“不圓度”為通過線的同一截面上的直徑的最大值和最小值之間的差異。
然后在室溫下使用得到的絲進行彈簧成形加工以制造外徑為40mm的彈簧，其中本發明的絲可沒有任何問題地形成彈簧。
實施例16
使用以質量％計，含有4.2％Al、0.50％Mn和1.1％Si、余量由Mg和雜質構成的AS41鎂合金和含有6.1％Al和0.44％Mn、余量由Mg和雜質構成的AM60鎂合金的φ5.0mm擠出材料，在截面壓縮率為19％時通過線模進行材料拉拔處理，直到其為φ4.5mm。其處理條件和得到線的性能列于表XXIII。
表XXIII
從表XXIII看出，AS41合金擠出材料的抗拉強度為259MPa，0.2％耐力為151MPa；而YP比低至0.58。此外，斷面收縮率為19.5％，伸長率為9.5％。
AM60合金擠出材料的抗拉強度為265MPa，0.2％耐力為160Mpa；而YP比低至0.60。
另一方面，被加熱到150℃溫度并都經過拉拔處理的AS41合金和AM60合金，斷面收縮率為30％或更高，伸長率為6％或更高，并具有300MPa或更高的高抗拉強度和0.9或更高的YP比，顯然，在不明顯犧牲韌性的情況下就能提高強度。同時，在20℃的室溫下由于線折斷而不能進行拉拔處理。
實施例17
使用以質量％計，含有4.2％Al、0.50％Mn和1.1％Si、余量由Mg和雜質構成的AS41鎂合金和含有6.1％Al和0.44％Mn、余量由Mg和雜質構成的AM60鎂合金的φ5.0mm擠出材料，在截面壓縮率為19％通過線模在加工溫度為150℃的條件下進行材料拉拔處理，直到其為φ4.5mm。處理后的冷卻速度為10℃/sec。將這種情況下得到的絲在80℃和200℃加熱15分鐘，測試其室溫拉伸性能和晶粒尺寸。結果列于表XXIV。
表XXIV
拉絲處理后，抗拉強度、0.2％耐力和YP比大大提高。就機械性能而言，經過80℃的加工溫度，后拉伸和熱處理的材料在后拉拔性能上沒有重大變化。顯然，溫度為200℃時，斷后伸長率和斷面收縮率大大增加。與經過同樣拉拔的線材比，抗拉強度、0.2％耐力和YP比可能降低，但具有大大超過原來擠出材料的抗拉強度、0.2％耐力和YP比。
如表XXIV所示，在這個實施例中，加熱溫度為200℃時得到的晶粒尺寸為5μm或更小，以非常細的晶粒存在。此外，制得的絲的長度為直徑的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz為10μm或更小，軸向殘余應力為80MPa或更小，不圓度為0.01mm或更小。
另外，在室溫下使用得到的絲(φ4.5mm)進行彈簧成形加工以制造外徑為40mm的彈簧，其中本發明的絲可沒有任何問題地形成彈簧。
實施例18
將以質量％計，含有2.5％Zn、0.6％Zr和2.9％RE，且余量由鎂和雜質構成的EZ33鎂合金鑄造材料通過熱鑄制成φ5.0mm棒材，并在19％的截面壓縮率下通過線模對其進行拉拔處理，直到它為φ4.5mm。其中的處理條件和制得的絲的性能列于表XXV。這里，使用釹鐠混合物作為RE。
表XXV
從表XXV可看出，EZ33合金擠出材料的抗拉強度為180MPa，0.2％耐力為121MPa；而YP比低至0.67。此外，斷面收縮率為15.2％，伸長率為4.0％。
另一方面，被加熱到150℃的溫度并經過拉拔處理的材料，斷面收縮率超過30％，伸長率超過6％，并具有超過220MPa的高抗拉強度和超過0.9的YP比，顯然，在不明顯犧牲韌性的情況下就能提高強度。同時，在20℃的室溫下由于線折斷而不能進行拉拔處理。
實施例19
將以質量％計，含有2.5％Zn、0.6％Zr和2.9％RE，且余量由鎂和雜質構成的EZ33鎂合金鑄造材料通過熱鑄制成φ5.0mm棒材，并在19％的截面壓縮率下通過線模對其進行拉拔處理，直到它為φ4.5mm。處理后的冷卻速度為10℃/sec或更高。將這種情況下得到的絲在80℃和200℃加熱15分鐘，測試其室溫拉伸性能和晶粒尺寸。結果列于表XXVI。這里，使用釹鐠混合物作為RE。
表XXVI
拉絲處理后，抗拉強度、0.2％耐力和YP比大大提高。就機械性能而言，對于80℃的加工溫度，經過后拉拔和熱處理的材料在后拉拔中的性能上沒有大的變化。顯然，溫度為200℃時，斷后伸長率和斷面收縮率大大增加。與經過同樣拉拔的線材比，抗拉強度、0.2％耐力和YP比可能降低，但仍大大超過原始擠出材料的抗拉強度、0.2％耐力和YP比。
如表XXVI所示，在加熱溫度為200℃的這個實施例中，得到的晶粒尺寸為5μm或更小，以非常細的晶粒存在。此外，制得的絲的長度為其直徑的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz為10μm或更小，軸向殘余應力為80MPa或更小，不圓度為0.01mm或更小。
實施例20
使用以質量％計，含有1.9％Al、0.45％Mn和1.0％Si，且余量由Mg和雜質構成的AS21鎂合金的φ5.0mm擠出材料，在截面壓縮率為19％時通過線模進行材料拉拔處理，直到其為φ4.5mm。其中的處理條件和制得的絲的性能列于表XXVII。
表XXVII
從表XXVII看出，AS21合金擠出材料的抗拉強度為215MPa，0.2％耐力為141MPa；而YP比低至0.66。
另一方面，被加熱到150℃的溫度并經過拉拔處理的材料，斷面收縮率超過40％，伸長率超過6％，并具有超過250MPa的高抗拉強度和超過0.9的YP比，顯然，在不明顯犧牲韌性的情況下就能提高強度。同時，在20℃的室溫下由于線折斷而不能進行拉拔處理。
此外，制得的絲的長度為其直徑的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz為10μm或更小，軸向殘余應力為80MPa或更小，不圓度為0.01mm或更小。另外，在室溫下使用得到的絲(φ4.5mm)進行彈簧成形加工以制造外徑為40mm的彈簧，其中本發明的絲可沒有任何問題地成形為彈簧。
實施例21
使用以質量％計，含有1.9％Al、0.45％Mn和1.0％Si，且余量由Mg和雜質構成的AS21鎂合金的φ5.0mm擠出材料，在截面壓縮率為19％時通過線模在加工溫度為150℃下進行材料拉拔處理，直到其為φ4.5mm。處理后的冷卻速度為10℃/sec。將這種情況下得到的線在80℃和200℃加熱15分鐘，測試室溫拉伸性能和晶粒尺寸。結果列于表XXVIII。
表XXVIII
拉絲處理后，抗拉強度、0.2％耐力和YP比大大提高。就機械性能而言，加工溫度為80℃的，后拉拔和熱處理的材料在后拉拔中的性能沒有重大變化。顯然，溫度為200℃時，斷后伸長率和斷面收縮率大大增加。與經過同樣拉拔的線材相比，抗拉強度、0.2％耐力和YP比可能降低，但仍大大超過原來擠出材料的抗拉強度、0.2％耐力和YP比。
如表XXVIII所示，在這個加熱溫度為200℃的實施例中，得到的晶粒尺寸為5μm或更小，以非常細的晶粒存在。此外，制得的絲的長度為其直徑的1000倍或更多；而表面粗糙度Rz為10μm或更小，軸向殘余應力為80MPa或更小，不圓度為0.01mm或更小。
另外，在室溫下使用得到的絲(φ4.5mm)進行彈簧成形加工以制造外徑為40mm的彈簧，其中本發明的絲可沒有任何問題地成形為彈簧。
實施例22
制備AZ31合金的φ5.0mm擠出材料，在截面壓縮率為36％時在加工溫度為100℃對材料進行拉拔處理(二道次)，直到其為φ4.0mm。拉拔處理后的冷卻速度為10℃/sec。然后，在100℃-350℃溫度下對材料進行60分鐘的熱處理，以生產各種線。然后用Nakamura旋轉彎曲疲勞測試儀測定線的旋轉彎曲疲勞強度。在疲勞試驗中，運行了107次循環。同時還測定樣品的平均晶粒尺寸和軸向殘余應力。結果列于表XXIX。
表XXIX
從表XXIX明顯看出，在150℃-250℃下的熱處理使疲勞強度達到最大的105MPa或更大。這種情況下平均晶粒尺寸證實為4μm或更小；軸向殘余應力為10MPa或更小。
另外，由AZ61合金、AS41合金、AM60合金和ZK60合金制備的φ5.0mm擠出材料，并按照同樣的方式測試。結果列于表XXX到XXXIII。
表XXX
表XXXI
表XXXII
表XXXIII
對于任一種合金系，拉拔處理與隨后的熱處理過程的結合都能產生105MPa或更高的疲勞強度；在150℃-250℃下的熱處理使疲勞強度達到最大值。此外，平均晶粒尺寸證實為4μm或更小；軸向殘余應力為10MPa或更小。
工業實用性
如前所述，根據本發明的金屬絲制造方法能對按慣例存在問題的鎂合金進行拉拔加工，并使其制造強度和韌性優良的鎂基合金絲。
而且，由于有高韌性，本發明的鎂基合金線有利于隨后的成形加工—開始彈簧成形—和有效地作為韌性和相對強度優良的輕質材料。
因此，可期望這種線有效應用于MD播放器、CD播放器、移動電話等的增固架，并在手提箱架上使用；另外還可用于輕質彈簧、自動焊接機上使用的長焊絲等，以及螺桿等。
權利要求
1.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn鎂基合金線的特征在于
其直徑d為0.1mm-10.0mm；
其長度L為1000d或更多；
其抗拉強度為250MPa或更高；
其斷面收縮率為15％或更高；和
其伸長率為6％或更高。
2.如權利要求1所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其斷面收縮率為40％或更高，其伸長率為12％或更高。
3.如權利要求1所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其斷面收縮率為30％或更高，其伸長率為6％或更高且小于12％。
4.如權利要求1所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其抗拉強度為300Mpa或更高。
5.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金線的特征在于
其直徑d為1.0-10.0mm，和
其長度L為1000d或更多；和
其在施加重復推拉應力幅度下在1×107次時其疲勞強度為105MPa或更高。
6.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金線的特征在于
其YP比為0.75或更高。
7.如權利要求6所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比為0.75或更高且小于0.90。
8.如權利要求6所述的鎂基合金線，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比為0.90或更高。
9.如權利要求6所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比為0.75或更高且小于0.90。
10.如權利要求6所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且其YP比為0.90或更高。
11.一種鎂基合金絲以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金線的特征在于
扭轉試驗中其0.2％殘余變形強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.50或更高。
12.如權利要求11所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭轉試驗中其0.2％殘余變形強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.50或更高且小于0.60。
13.如權利要求11所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭轉試驗中其0.2％殘余變形強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.60或更高。
14.如權利要求11所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭轉試驗中其0.2％殘余變形強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.50或更高且小于0.60。
15.如權利要求11所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有2.0-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且扭轉試驗中其0.2％殘余變形強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.60或更高。
16.一種鎂基合金絲，以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金線的特征在于構成金屬絲的合金的晶粒尺寸為10μm或更小。
17.如權利要求16所述的鎂基合金絲，特征在于以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al。
18.如權利要求16所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含2.0-12.0％Al。
19.如權利要求16所述的鎂基合金絲，特征在于，構成絲的合金的晶粒尺寸為5μm或更小。
20.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金線的特征在于構成絲的合金的晶粒為細晶粒和粗晶粒的混合晶粒結構。
21.如權利要求20所述的鎂基合金絲，特征在于，細晶粒的平均晶粒尺寸為3μm或更小，粗晶粒的平均晶粒尺寸為15μm或更大。
22.如權利要求20所述的鎂基合金絲，特征在于，平均晶粒尺寸為3μm或更小的晶粒的表面積百分比為全部的10％或更多。
23.如權利要求20-22中任一權利要求所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有0.1-小于2.0％Al。
24.如權利要求20-22中任一權利要求所述的鎂基合金絲，特征在于，以質量％計，它含有2.0-12.0％Al。
25.一種鎂基合金，它以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金絲的特征在于絲表面上的表面粗糙度為Rz≤10μm。
26.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，鎂基合金絲的特征在于絲表面上的軸向殘余應力為80MPa或更低。
27.如權利要求26所述的鎂基合金絲，特征在于，絲表面上的軸向殘余應力為10MPa或更低。
28.如權利要求1-27中任一權利要求所述的鎂基合金絲，特征在于，還含有一種或多種選自0.5-2.0質量％Zn和0.3-2.0質量％Si的元素。
29.如權利要求1-27中任一權利要求所述的鎂基合金絲，特征在于，還含有0.5-2.0質量％Zn，且余量為Mg和雜質。
30.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于
其直徑d為0.1mm-10.0mm；
其長度L為1000d或更多；
其抗拉強度為300MPa或更高；
其斷面收縮率為15％或更高；和
其伸長率為6％或更高。
31.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于
其直徑d為1.0-10.0mm，和
其長度L為1000d或更多；和
在施加重復推拉應力幅度1×107次時其疲勞強度為105MPa或更高。
32.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于構成絲的合金的晶粒尺寸為10μm或更小。
33.如權利要求32所述的鎂基合金絲，特征在于，構成絲的合金的晶粒尺寸為5μm或更小。
34.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于構成絲的合金的晶粒為細晶粒和粗晶粒的混合晶粒結構。
35.如權利要求34所述的鎂基合金絲，特征在于，細晶粒的平均晶粒尺寸為3μm或更小，粗晶粒的平均晶粒尺寸為15μm或更大。
36.如權利要求35所述的鎂基合金絲，特征在于，平均晶粒尺寸為3μm或更小的晶粒的表面積百分比為全部的10％或更多。
37.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于絲表面上的表面粗糙度為Rz≤10μm。
38.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于
絲表面上的軸向殘余應力為80MPa或更低。
39.如權利要求38所述的鎂基合金絲，特征在于，絲表面上的軸向殘余應力為10MPa或更低。
40.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于其YP比為0.90或更高。
41.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于其YP比為0.75或更高且小于0.90。
42.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于
扭轉試驗中其0.2％殘余形變強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.60或更高。
43.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，鎂基合金絲的特征在于扭轉試驗中其0.2％殘余形變強度τ0.2與其最大剪切應力τmax的比τ0.2/τmax為0.50或更高且小于0.60。
44.如權利要求30-43中任一權利要求所述的鎂基合金絲，特征在于，還含有0.5-2.0％Mn。
45.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
其直徑d為0.1mm-10.0mm；
其長度L為1000d或更多；
其抗拉強度為220MPa或更高；
其斷面收縮率為15％或更高；和
其伸長率為6％或更高。
46.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
構成絲的合金的晶粒尺寸為10μm或更小。
47.如權利要求46所述的鎂基合金絲，特征在于，構成絲的合金的晶粒尺寸為5μm或更小。
48.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
絲表面上的表面粗糙度為Rz≤10μm。
49.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
絲表面上的軸向殘余應力為80MPa或更低。
50.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
其YP比為0.90或更高。
51.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
其YP比為0.75或更高且小于0.90。
52.一種鎂基合金絲，它以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素，鎂基合金絲的特征在于
扭轉試驗中其0.2％殘余形變強度τ0.2為165MPa或更高。
53.如權利要求1-52中任一權利要求中所述的鎂基合金絲，特征在于，絲的橫截面形式為非圓形截面。
54.如權利要求1-52中任一權利要求中所述的鎂基合金絲，特征在于，直徑為0.8-4.0mm的焊絲。
55.如權利要求1-52中任一權利要求中所述的鎂基合金絲，特征在于，絲的不圓度為0.01mm或更小。
56.一種鎂基合金彈簧，特征在于，用權利要求1-53和55中任一權利要求中所述鎂基合金絲加工成的彈簧。
57.一種鎂基合金絲制造方法，特征在于包括
制備由下面(A)到(E)中任一化學組成構成的鎂基合金作為原料基材的步驟
(A)以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn的鎂基合金基材；
(B)以質量％計，含有0.1-12.0％Al和0.1-1.0％Mn，并且還含有一種或多種選自0.5-2.0％Zn和0.3-2.0％Si的元素的鎂基合金基材；
(C)以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr的鎂基合金基材；
(D)以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和0.4-2.0％Zr，并且還含有0.5-2.0％Mn的鎂基合金基材；和
(E)以質量％計，含有1.0-10.0％Zn和1.0-3.0％稀土元素的鎂基合金基材；和
將原料基材拉拔并加工成線形的處理步驟。
58.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，拉拔處理時的加工溫度為50℃-200℃。
59.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，一次拉拔處理中的截面壓縮率為10％或更高。
60.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，拉拔處理時的總截面壓縮率為15％或更高。
61.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，拉拔處理時的線速度為1m/min或更高。
62.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，溫度升到拉拔處理溫度的速度為1℃/sec-100℃/sec。
63.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，使用線模或輥模進行拉拔處理。
64.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，使用多個線模或輥模進行多道次拉拔處理。
65.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，拉拔處理完成后，將得到的線形制品在100℃-300℃的溫度下加熱。
66.如權利要求57所述的鎂基合金絲制造方法，特征在于，在低于50℃時進行拉拔處理。
全文摘要
一種鎂基合金線以質量％計，含有0.1－12.0％Al和0.1－1.0％Mn，并具有直徑d為0.1mm－10.0mm；長度L為1000d或更多；抗拉強度為250MPa或更高；斷面收縮率為15％或更高；和伸長率為6％或更高。一種鎂基合金絲的制備方法，它包括提供具有上述組份的原料通過在50℃或更高的加工溫度下拉拔原料成形，并所得絲加熱到100℃－300℃的溫度以制造。以及使用鎂基合金絲制的彈簧。鎂基合金絲的強度和韌性都優良。
文檔編號C22F1/00GK1513063SQ0281098
公開日2004年7月14日 申請日期2002年5月16日 優先權日2001年6月5日
發明者大石幸廣, 河部望 申請人:住友電氣工業株式會社