鎂合金的壓鑄方法及其金屬制品技術

本發明專利技術提供一種鎂合金壓鑄方法。在此方法中，冷卻熔融的鎂合金以形成含有固相的部分熔融狀態；進一步冷卻部分熔融狀態以形成固相粒狀結晶的固體材料。固體材料部分熔化，并通過成形機壓鑄到模具中。所述固體材料的初生晶粒比例設定為５５％到６５％。將固體材料在選定的加熱溫度下部分熔化成固相和液相共存狀態，從而形成具有觸變性，主要固相的尺寸為５０μｍ到２５０μｍ以及固相率為３０％到７０％的半固體。在保持半固體狀態的同時將半固體通過噴嘴壓鑄到模具中，形成初生晶粒比例為２０％到５０％的金屬制品。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鑄造方法，其使用粒狀結晶鎂合金固體作為鑄造材料，將固體材料熔化到固相和液相共存的狀態，以便通過壓鑄工藝形成金屬制品，并且本專利技術還涉及由此制造的金屬制品。
技術介紹
在從部分熔融金屬制造產品的傳統制造方法中，將熔融合金在固相和液相共存的狀態下在保溫容器中保持所需的時間，產生很多細小的球形初生晶粒，在所需的液相比例下將其壓鑄到壓鑄機的模具中，形成鑄件(參見例如，專利文獻1)。并且，在使用鎂合金成形金屬制品時，將潛在保持觸變性的固體材料加熱到部分熔融狀態，并通過注射設備將得到的材料填充到模具中(參見例如，專利文獻2)。(專利文獻1)日本A-HEI 9-10893(第3頁到第5頁，圖9)(專利文獻2)JP-A-2001-252759(第6頁到第7頁，附圖說明圖1) 上述專利文獻1描述使用壓鑄機的鑄件壓鑄方法，包括如下步驟將熔融合金澆注到溫度保持在低于熔點的傾斜冷卻裝置中，使其向下流動；并在保溫容器中使合金在等于或低于液相線溫度并高于共晶溫度或固相線溫度的溫度的狀態下保持5秒到60分鐘，從而在液相比例為20到90％，優選的是30到70％時形成鑄件。專利文獻2描述一種鑄造方法，包括如下步驟使熔融的鎂合金在冷卻傾斜板上流動，冷卻到部分熔融；將合金保存在容器中直到其變成具有細小球形結晶的金屬漿；接著通過快速冷卻使漿體凝固，形成具有潛在觸變性的金屬材料；再將金屬材料熔化成部分熔融狀態的、表現出觸變性的鎂合金，將其通過注射設備充入模具中。在專利文獻1描述的現有技術中，熔融合金在部分熔融狀態下冷卻后，得到的合金必須保持在保溫容器中，直到其具有所需的液相比例。這樣，從材料的熔化到壓鑄成產品，需要花費很多時間。為了縮短時間，需要很多保溫容器及其運送裝置。而且，由于材料冷卻到接近鑄造溫度的較低溫度，并且立即運送到成形機進行成形，因此一些成形機存在問題，不能采用。即使在專利文獻2描述的現有技術中，由于部分熔融漿體的固相率高，因此也需要較多時間直到保持潛在的觸變性。但是，成形步驟，即利用成形機將快速冷卻凝固的金屬材料重熔到部分熔融狀態，并且將得到的材料在具有觸變性的狀態下壓鑄到模具中，可以在短時間內完成。并且，將金屬材料供應到成形機中也是容易的，連續鑄造也是可能的，從而該現有技術適合用于鑄造機。但是，在專利文獻2中，對于在固相和液相共存溫度區結晶出均勻球形晶體的金屬漿晶體，難以設定溫度條件和保持時間；并且在保持成形時優選的固相率方面也存在問題。本專利技術的專利技術人研究了這些問題。結果發現，即使晶體不變成均勻的球形，如果固相材料是粒狀結晶的初生晶粒比例在一定范圍內，則在固相和液相共存的狀態下初生晶粒變成球形的固相，同時主要固相的固相率優選適合鑄造成晶粒尺寸為50μm或大于50μm，并且如果保持時間在30分鐘內，材料能壓鑄到模具中，而不改變設定條件，從而可以制成初生晶粒分布狀態非常優秀的鎂合金的大量金屬制品。
技術實現思路
考慮到上述問題，本專利技術的目的是提供一種新的鎂合金壓鑄方法，包括如下步驟將已經粒狀結晶的固體材料熔化，形成部分熔融狀態(下面稱為“半固體”)，在固相和液相共存狀態(下面稱為“半固體”)下具有觸變性，并將半固體壓鑄到模具中，其中半固體中固相的晶粒直徑和固相率設定為成形的優選狀態，從而能穩定地制成具有優秀金屬結構的金屬制品。本專利技術包括如下步驟將熔融的鎂合金冷卻，形成含有固相的部分熔融狀態；進一步冷卻部分熔融狀態形成固相粒狀結晶的固體材料；以及部分熔融固體材料，以便利用成形機將其壓鑄到模具中，其中，所述固體材料的初生晶粒比例設定為55％到65％，固體材料熔化成固相和液相共存狀態的半固體，使半固體具有50μm到250μm的主要固相和30％到70％的固相率；在保持半固體狀態的同時將半固體通過噴嘴壓鑄到模具中，形成初生晶粒比例20％到50％的金屬制品。并且，在本專利技術中，根據開始熔化固體材料到壓鑄半固體的時間，在鑄造機中將半固體保持為半固體狀態的加熱裝置，其溫度設定為高于半固體溫度5℃到15℃。另外，半固體從直徑為8mm到15mm的噴嘴中通過厚度為1mm或小于1mm的澆道進入模具進行壓鑄。本專利技術的金屬制品是通過上述鎂合金的壓鑄成形方法成形的金屬制品，其包括的金屬結構為主要初生晶粒是球形并且晶粒直徑為10μm或大于10μm，并且金屬制品的壁厚為0.4mm到1.5mm，優選的是0.6mm到1.0mm。附圖簡述圖1(A)是根據本專利技術壓鑄成形方法中使用的鎂合金(AZ91D)的金相顯微組織圖，圖1(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；圖2(A)是將固相和液相共存狀態(570℃)的半固體快速冷卻得到的固體的金相顯微組織圖，圖2(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；圖3(A)是在固相和液相共存狀態(570℃)將半固體保持30分鐘后將其快速冷卻得到的固體的金相顯微組織圖，圖3(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖； 圖4(A)是將固相和液相共存狀態(590℃)的半固體快速冷卻得到的固體的金相顯微組織圖，圖4(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；圖5(A)是在固相和液相共存狀態(590℃)將半固體保持30分鐘后將其快速冷卻得到的固體的金相顯微組織圖，圖3(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；圖6(A)是在固相和液相共存狀態(580℃，保持時間25分鐘)由半固體成形的金屬制品的金相顯微組織圖，圖6(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；圖7(A)是在固相和液相共存狀態(585℃，保持時間25分鐘)由半固體成形的金屬制品的金相顯微組織圖，圖7(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；圖8(A)是在固相和液相共存狀態(590℃，保持時間25分鐘)由半固體成形的金屬制品的金相顯微組織圖，圖8(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖；以及圖9(A)是在固相和液相共存狀態(595℃，保持時間25分鐘)由半固體成形的金屬制品的金相顯微組織圖，圖9(B)是經過圖像處理的、具有黑白二值的顯微組織圖。具體實施例方式在每個圖中，(A)是用金相顯微鏡得到的照片，(B)是通過圖像處理將一部分照片變成黑白二值，并且從白點和黑點的點數可以計算固相的晶粒直徑和固相率或初生晶粒比例。圖1表示本專利技術中用作固體材料的鎂合金(AZ91D)的金屬組織結構。粒狀晶體結構的固體材料是通過如下步驟制造的在高于液相線溫度的溫度下加熱并熔化鎂合金；在冷卻(例如，60℃)傾斜板的表面上使熔融合金向下流動，將合金冷卻到液相線溫度以下的固相與液相共存的溫度(下面稱為固相和液相共存溫度)得到固相；接著保持固相和液相共存溫度所需的時間，直到固相率達到固體材料中55％到65％的初生晶粒；并將合金冷卻到固相線溫度以下。作為一個例子，固體材料的制造是通過將溫度為605℃的鎂合金熔體冷卻到比595℃(液相線溫度)低5℃到25℃，并保持溫度在此范圍內一分鐘，接著快速冷卻合金到固相線溫度以下。作為固體材料的使用形式，可以選擇任何類型的固體材料，如圓棒、鑄錠或類似物，以及粒狀固體材料，如碎片、小球或類似物。材料形式的選擇是根據所用的金屬鑄機的結構確定的。并且，作為金屬鑄機，可以采用與下面機械具有相同結構的金屬鑄機直列本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鎂合金的壓鑄方法，包括如下步驟：冷卻熔融的鎂合金以形成含有固相的部分熔融狀態；進一步冷卻部分熔融狀態以形成固相粒狀結晶的固體材料；以及部分熔化固體材料，從而通過成形機將其壓鑄到模具中；其中，所述固體材料的初生晶粒比例設定為５５％ 到６５％，將固體材料熔化成在固相和液相共存狀態具有觸變性的半固體，使半固體具有主要固相的尺寸為５０μｍ到２５０μｍ以及固相率為３０％到７０％，在保持半固體狀態的同時將半固體通過噴嘴壓鑄到模具中，形成初生晶粒比例為２０％到５０％的金屬制品。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：茂木徹一，高山和利，瀧澤清登，
申請(專利權)人：日精樹脂工業株式會社，學校法人千葉工業大學，
類型：發明
國別省市：JP[日本]