生產用於形成淨型部件的細晶粒金屬片材的設備和方法

2023-10-04 11:32:59

專利名稱：：生產用於形成淨型部件的細晶粒金屬片材的設備和方法生產用於形成淨型部件的細晶粒金屬片材的設備和方法
背景技術：
：1.發明領域本發明涉及生產強度提高的淨成型部件。更特別地，本發明涉及生產具有微米尺寸晶粒組織的鎂合金片材部件(sheetcomponent)，該部件隨後可用於強度提高的淨成型片材部件的生產。2.相關技術在過去的幾十年中，鎂(Mg)合金的發展受某些障礙限制。雖然形變鎂具有用於製造較薄構件的潛力，但力學性能的各向異性限制了Mg合金及其形變產品的應用。與大多數廣泛使用的結構材料例如鋼和析出硬化鋁(Al)合金相比，Mg合金的強度在某些方向相當低。例如，面內壓縮，基面織構Mg合金的屈服強度可僅為85MPa;H24狀態的AZ31BMg合金片材在橫向可具有3.2高值的法向異向性係數(R)。片材中高值的法向異向性有助於深拉，但可能不適合於其它應用，特別是當面內強度也是各向異性時。實際上，這種基礎元素對於廣泛的合金強化不是友好的基質。改善抗腐蝕性和可鑄性的合金化元素例如A1遺憾地引入低共熔金屬間相。這些以粗且脆的形態包封初生晶粒。此外，正如由低效的A1加入情形所例示，難以通過晶粒內的細析出物獲得有效率的時效硬化。促進時效硬化的元素例如稀土金屬是高成本的、有害於可鑄性並且在抗腐蝕中是低效的。作為這些障礙的結果，強度的提高至多是微不足道的，十年以來Mg合金例如AZ31和AZ91D仍主導著商業片材和鑄件市場的總噸量(tonnage)。密排六方(HCP)結構的Mg合金具有有助於力學性能的高度各向異性的低滑移系對稱性。滑移是與位錯滑動(glide)有關的晶體學切變過程，所述位錯滑動引起晶態金屬大的塑性變形。在室溫下，"基面a"滑移{0001}〈1120>佔主要，而"稜a"和〈c+a〉滑移由於它們顯著高的臨界分切應力(CRSS)而是困難的，這報導於高應力集中的區域例如晶界和孿晶界面中。孿生是其中晶體或晶粒的小區域(通常為板狀或透鏡狀)在結晶學上再取向以適應與母晶體的孿晶關係的形變機制。通常在多晶Mg中觀測到形變孿生用於補償獨立滑移系的不足。最常見的孿生模式分別是容納c軸延伸和收縮的{1012}和{1011}孿生。如果均勻地發生大量的"拉伸"和"壓縮"孿生，可在鈦(Ti)和鋯(Zr)中產生良好的應變硬化和大的延展性。然而，在Mg中，孿生是不均勻的，並沒有同時開始不同的孿生模式。單一孿生模式不能完全容納塑性變形。當在環境溫度下基面滑移受到抑制時，孿生變形可局域化，這導致Mg的低延展性。兩個主要缺陷限制了形變Mg合金的應用。首先，密排六方晶體結構的對稱性具有限制獨立滑移系的數目的作用，因此提供了在接近室溫具有差的可成形性和延展性的合金。其次，在提高的溫度(>300°C)下使Mg合金成形時，雖然有助於克服滑移的限制，但使氧化問題更為嚴重。相對於A1和鋼，增強Mg合金的另一種方法是通過晶粒細化。由得到確認的Hall-Petch關係式，強度與d—力成比例，其中d晶粒尺寸。雖然常規Mg合金片材和擠壓物具有10-90iim的晶粒尺寸，但將晶粒尺寸減小至約1Pm或更小(因此是納米結構且在本文中稱作"超細晶粒尺寸")提供了使Mg的強度/密度逐漸提高到高於Al和鋼的水平的顯著機會。超細晶粒尺寸可使超塑性變形能夠在較低溫度下且以較高應變速率進行。在室溫下，晶粒細化使許多多晶金屬強化。對於立方結構金屬例如A1、銅(Cu)和鐵(Fe)正是如此。然而，對於HCP金屬例如Mg合金，晶粒細化還可以導致織構變化和沿某些方向不足的強化。在各種研究和開發努力中開發了高成本且複雜的方案以在Mg中獲得超細的晶粒尺寸。在實驗室中實踐了許多已知的晶粒細化方法例如快速凝固、氣相沉積和粉末加工。這些方法成本高、耗時且不享有商業成功。已證明，強塑性變形(SPD)的若干其它方案對於製造較大量的超細晶粒金屬是不可行的。目前可用的進行塊體材料的強變形的技術包括往復擠壓、三軸面應變鍛造、靜壓力下扭轉和等通道轉角擠壓(ECAP)。當以重複方式使用這些方法時，來自單獨步驟的塊體材料內切變區的重疊導致大量晶粒細分(subdivision)和細晶粒組織的形成。同時發生的復原和再結晶過程將具有低角度晶界的亞晶粒轉變為高角度晶界晶粒。通常認為，晶粒細化導致屈服強度提高時應變硬化的降低，但Mg合金中應變速率敏感性隨晶粒細化的變化沒有明確記載。由於降低的應變硬化，這可抵消延展性的任何喪失。甚至當應變硬化指數n(二d(logcO/d(logO)可能較低時，應變硬化和應變速率敏感性的組合提供了較高抗張伸長率的協同作用。在實驗室中實踐了通過等通道(所謂的ECAP)對Mg坯按若干變形道次進行變形，但對於Mg片材是不可行的。自從1999年，UniversityofMichigan針對生產超細晶粒尺寸的片材或坯錠進行了研究，沒有使用如用於ECAP的封閉式切變模具，而是通過使用可更適合於片材產品的多重軋波紋且整平(MCF)方法或正弦波變形方法(SWP)。用含有分散質顆粒的多種鋁合金證明了該方法的潛力。顯示了這種重複的逆反塑性變形方法在片材表面上獲得非常細的晶粒尺寸，在若干重複道次後所述非常細的晶粒尺寸逐漸到達片材的核心區域。該研究顯示，合金化學組成的變化和在該合金中使用分散質顆粒可利用這種較簡單的方法來生產超細晶粒合金。將這種和其它方法應用於鎂合金是所關注的重要主題，這是因為這些合金具有固有的低延展性。在來自NationalScienceFoundation的基礎研究基金支持下，UniversityofMichigan先前證明的是，雖然六方密排金屬如Mg由於與織構和孿生有關的問題而對於破壞掉粗晶粒存在固有問題，但仍認為在合適的溫度和加工條件下，變形應變(例如拉伸-壓縮或純粹壓縮)或者約束SWP具有克服這些問題的能力。超塑性是與細晶粒合金有關的屬性。商業上在汽車和飛機中利用這種塑型性質以鈦(Ti)和A1來成形複雜的淨型。至今，Mg合金在商業中沒有享有這種有利的加工。首先，Mg合金鑄件不具有必要的晶界晶體結構，其次，形變Mg片材對於超塑成形晶粒過於粗大和/或過於織構化。轉向納米技術的較為明確的論述，在晶粒內約100納米的納米尺寸強化相是適宜的。這是另一種強化機制，此前在弱合金化AZ31片材中不可獲得。然而，對於塊體結構零件，從納米粉末開始，這樣的顯微組織的構造和組配是高成本和費力的。此外，對於在工作場所處理這樣細的顆粒存在安全和健康顧慮。似乎在已組配的塊體部件的加工期間原位產生這樣的納米強化顆粒較為安全且較為可行。晶粒尺寸對Mg合金片材的可成形性具有主要影響。目前，商業形變Mg合金片材僅可以按低強度AZ31合金獲得。它由具有200-1000iim晶粒尺寸的直接鑄造(DC)板坯(0.3m厚)製成。雙輥鑄軋(TRC)即原型(prototype)方法在2_5mm厚度以60-2000ym晶粒尺寸來提供並且目前僅能夠用於432mm寬的片材。由DC或TRC進行製造促進了強織構，這是因為在具有這樣大的晶粒尺寸的Mg合金中發生有限的滑移系和孿生。還將由這樣的基礎源成形的擠壓物織構化到與橫向相比在一個方向的強度為50%和韌性為72%的程度。在常規製備的Mg合金中的晶界組織對於複雜變形而無過早破裂是不利的，除非使用提高的成形溫度。3-D形材的壓制和深拉受到織構和產生自孿生的固有不均勻變形例如"成耳(earring)"(其中在部分晶粒顯微組織中形成類似於耳朵的形狀)的限制。雖然沿片材一些方向的孿生在拉伸試驗中產生提高的伸長率，但孿生是複雜零件成形的阻礙，這是因為其在粗晶粒Mg合金中產生的各向異性，從而在加工硬化和不均勻變形中導致畸形。另外，成形加工的制模和模具的性能對於這樣的結構不均勻性是不可靠的。此外，該粗晶粒Mg合金的粗糙表面拋光對於將它們接受為汽車片材零件提出了挑戰。為了使粗晶粒和孿生的不利影響最小化，常規形變合金加工使用多個軋制和退火操作直到晶粒尺寸變得較細。TRC產品典型地過薄以致於不能通過這樣的熱加工將晶粒尺寸細化到低於7iim。TRC結構還遭受到中心疏鬆(centerlineporosity)。連鑄Mg合金可具有希望，然而目前這種技術未得到充分開發並且其充分實施需要許多單件的技術，其範圍與小商業操作不相容並且可能不具有本發明方法提供的靈活性。另外，已知方法的爐渣和熔渣可導致耐火材料受到所加工的材料的侵蝕；SFe氣體(地球變暖氣體)可以是製造性副產品；並且捕集的夾雜物可產生自任何必要的熔劑。加工(breakdown)大晶粒常規片材前體來產生片狀物(sheetform)中涉及的許多階段導致目前的形變Mg合金是高成本的，約$5.00-$10.00/lb。如從上文所看出的，存在對這樣的設備和方法的需要可按快速和自動化方式進行以便改變合金組成和晶粒組織從而允許將這樣處理的合金隨後加工成淨成型片材產品。發明概述在實現上述目的中，本發明人發現產生包含鎂金屬合金的廉價超細晶粒組織片材的可行新方法和設備，其中可獲得小於或等於約2m的晶粒尺寸，隨後可通過超塑性成形加工或任何其它合適成形加工使所述片材變形從而形成淨成型的片狀製品。本發明方法涉及由可產生超細晶粒前體的多種快速凝固模塑方法初始成形的細晶粒組織片材的變形應變加工，所述快速凝固模塑方法包括注射模塑和基於注射模塑的變體以及擠壓模塑。然後，可通過超塑性成形、拉拔和衝壓等實現零件的最終淨成型。因此，本發明提供了晶粒尺寸小於約lOym的細晶粒前體的初始成形。之後，使該細晶粒前體經受變形應變，這例如可以包括拉伸-壓縮、壓縮和/或正弦波變形(SWP)，這破壞了前體的顯微組織並且產生新的晶界。所得片材具有使其本身適合於通過超塑性成形方法而最終淨成型的超細晶粒組織。因此，在一方面，本發明是形成具有細化晶粒組織的片材的方法，該方法包括步驟提供鎂金屬合金材料；將該金屬合金模塑且快速凝固形成細晶粒前體，其中模塑包括將金屬合金材料基本熔化；和通過變形應變向該細晶粒前體提供塑性變形從而形成超細晶粒組織的片狀物。在另一方面，細晶粒前體具有各向同性的的晶粒組織。在另一方面，重複進行提供鎂金屬合金材料的步驟及模塑且快速凝固的步驟從而形成多個細晶粒前體，該方法還包括疊置所述多個細晶粒前體從而形成堆疊體，並且提供塑性變形的步驟包括通過變形應變將該堆疊體塑性變形。在另一方面，堆疊體的厚度與超細晶粒組織片狀物的厚度之比為約3:l至30:i。在另一方面，超細晶粒組織片狀物的平視面積與堆疊體的平視面積之比為約3:i至30:i。本發明的又一方面是，提供塑性變形的步驟將細晶粒前體結合在一起形成超細晶粒組織片狀物。又一方面是，至少兩個細晶粒前體是由具有相應不同性能的分別不同金屬合金模塑製成。又一方面是，至少一個細晶粒前體比另一個細晶粒前體具有相對更大的抗腐蝕性。在另一方面，至少一個細晶粒前體比另一個細晶粒前體具有相對更高的伸長率。在又一方面，至少一個細晶粒前體比另一個細晶粒前體具有相對更高的強度。在另一方面，將加強要件置於細晶粒前體之間以形成複合超細晶粒組織片狀物。此外另一個方面是，加強要件選自晶須、石墨纖維、陶瓷纖維、絲線、絲網和金屬纖維。在另一方面，將金屬合金材料快速凝固是以至少80C/秒的冷卻速率從而形成細晶粒前體。另一個方面是細晶粒前體具有不超過約4mm的厚度。又一方面是細晶粒前體具有不超過約2%的總孔隙率。又一方面是細晶粒前體具有不超過約1%的氣孔率。在另一方面，變形應變是以一定應變速率，並且實施提供塑性變形的步驟的同時將細晶粒前體加熱到一定溫度，其中所述應變速率、溫度和變形應變協同使細晶粒前體再結晶為超細晶粒組織的片狀物。在又一方面，通過包括連續動態再結晶的機制將晶粒組織再結晶，從而產生具有至少50%高角度晶界的超細晶粒組織。在另一方面，超細晶粒組織片狀物具有不超過約5的基面(0002)織構強度。在另一附加方面，該超細晶粒組織片狀物具有不超過約10%的屈服強度各向異性。在另一方面，變形應變速率為約O.l-50s—、在又一方面，溫度為約150C-450C。在另一方面，按式Z-"xeXp(Q/RT)}—"所確定，應變速率(^)和溫度(T)產生大於約109s—1的Zener因數(Z)，其中Q是活化能(135kjmo1—1)，R是氣體常數。在另一方面，變形應變為至少O.5。在另一方面，提供塑性變形基本通過細晶粒前體的晶界之間的滑移發生，所述細晶粒前體具有小於約10%的晶粒組織孿生。在另一方面，提供塑性變形在無顯著的晶粒組織切變帶的情況下發生。在另一方面，模塑且凝固的步驟在細晶粒前體中產生多相顯微組織。在另外方面，該多相顯微組織包括使晶粒生長最小化的釘扎顆粒。在另一方面，提供塑性變形的步驟包括致使形成新晶界的步驟，所述晶界具有適合於溫成形或超塑性成形的高錯向。在另一方面，在集成設備中進行模塑步驟和提供塑性變形的步驟。在又一方面，由單獨的機械進行模塑步驟和提供塑性變形的步驟。在另外方面，模塑步驟包括金屬材料的半固態金屬注射模塑。在一方面，半固態金屬材料的固體含量不超過約30%。在另一方面，半固態金屬材料的固體含量不超過約10%。在另一方面，半固態金屬注射模塑包括通過熱流道系統將半固態金屬材料輸送至模具。在又一方面，以至少80%的生產收率形成多個細晶粒前體。在另一方面，以至少1.5m/秒的螺杆注料速度注射半固態金屬材料。在另一方面，模塑步驟還包括向金屬合金材料提供氬氣。在又一方面，模塑步驟還包括金屬合金材料的擠壓。在另一方面，模塑步驟還包括金屬合金材料的真空模塑。另一方面，該方法還在提供塑性變形的步驟後包括納米尺寸晶粒組織片材的淨成型步驟。又一方面，該方法還包括熱處理淨成型零件以對該淨成型零件提供抗蠕變性。又一方面，淨成型步驟包括衝壓、拉拔、深拉和超塑性成形中的一種。在另一方面，淨成型步驟形成汽車部件。在又一方面，提供了實施該方法的設備。在另一方面，提供了通過該方法成形的制formulaseeoriginaldocumentpage9o另一方面是，提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的模壓。又一方面是，提供塑性變形的步驟包括對細晶粒前體進行軋制。又一方面是，提供塑性變形的步驟還包括約束細晶粒前體的邊緣。又一方面是，細晶粒前體的邊緣由十字形輥模頭裝置加以約束。又一方面是，提供塑性變形的步驟包括按多個軋制道次以多個各自變形應變軋制細晶粒前體。在另一方面中，各個軋制道次的相應變形應變為至少50%。在又一方面中，軋制步驟包括在高於環境的溫度下的第一軋制道次，其中各個後續道次處在較低溫度下。在另一方面，多個軋制道次是交叉軋制的(crossrolled)。在另外方面，提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的擠壓。在另一方面，提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的鍛造。在又一方面，提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的旋壓。在另一方面，提供了具有小於約5微米的晶粒組織的片狀物。在另一方面，提供了具有小於約2微米的晶粒組織的片狀物。在另一方面，提供了具有小於約1微米的晶粒組織的片狀物。在另一方面，提供了具有小於約IO微米的晶粒組織的前體。在另一方面，提供了具有小於約5微米的晶粒組織的前體。在另外方面，實施提供塑性變形步驟的同時將前體加熱到高於環境。在又一方面，提供了具有小於約0.1%水分含量的鎂金屬合金。在另一方面，提供塑性變形的步驟包括通過交替的拉伸應變和壓縮應變的組合使細晶粒前體塑性變形從而成形出SWP片材，其中重複進行提供金屬材料、模塑且快速凝固以及塑性變形的步驟從而形成多個SWP片材；將多個SWP片材進行疊置從而形成SWP堆疊體；和塑性壓縮該SWP堆疊體從而形成超細晶粒組織的片狀物。在又一方面，塑性變形的步驟包括對細晶粒前體沿第一方向軋波紋和隨後對該細晶粒前體沿第二方向軋波紋。在另一方面，使細晶粒前體塑性變形的步驟還包括整平軋波紋的細晶粒前體。在又一方面，通過整平工件且同時約束工件沿至少一個方向變長來提供壓縮應變。在另一方面是用於細化晶粒組織和生產超細晶粒金屬合金片材的設備，其中該設備包含容器，該容器具有入口、遠離所述入口的卸料出口、和限定在所述入口和卸料出口之間的腔室；與入口接合的進料器，配置該進料器以將金屬材料通過入口引入到所述腔室中；用於將熱傳遞到位於腔室內的金屬材料從而使該金屬材料所處的溫度高於其固相線溫度的加熱器；用於將金屬材料從容器通過卸料出口卸出的卸料裝置；用於將卸出的金屬材料成形且快速凝固成細晶粒前體的成形裝置；和包括一對對置的成構件的塑性變形裝置，該裝置用於將變形應變提供到前體製品內從而形成具有超細晶粒尺寸的金屬材料片材。在另一方面，對置的成形構件是壓模。在另外方面，對置的成形構件是軋輥。在另一方面，該設備還包括用於將多個前體製品疊置成堆疊體的裝置，並且其中將對置的成形構件對進行配置以將變形應變提供到堆疊體內，從而形成具有超細晶粒尺寸的金屬材料片材。在另一方面，塑性變形裝置還包括用於將拉伸應變和壓縮應變提供到前體製品內的裝置，該塑性變形裝置使前體製品變形成軋波紋的工件並且包括第二對對置的成形構件，所述成形構件具有形成在其表面上的突起，兩個之中的一個成形構件的突起偏離對置的第二成形構件的突起；塑性變形裝置還包括用於整平軋波紋的工件的整平裝置，其中疊置裝置將多個整平的工件疊置形成堆疊體。在又一方面，第二對置的成形構件是壓模。在另一方面，第二對置的成形構件是軋輥。在另外方面，疊置裝置還包括用於將加強要件置於前體製品之間的裝置。在另一方面，疊置裝置還包括用於將前體製品布置在預定位置的裝置。在另一方面，該設備還包含用於將金屬材料的片狀物成型為淨成型製品的淨成型裝置。在另一方面，該淨成型裝置是拉延壓力機和超塑性成形機械中的一種。在又一方面，容器、進料器、加熱裝置、卸料裝置和成形裝置是注射模塑機的一部分。在另一方面，容器、進料器、加熱裝置、卸料裝置和成形裝置是半固態金屬注射模塑機的一部分。附圖簡要描述圖1是體現本發明原理的製造單元(cell)和方法的示意性說明；圖2是根據本發明實施方案的輥模的側視圖；圖3是體現本發明原理的製造單元和方法的示意性說明；圖4是體現本發明原理的製造單元和方法的示意性說明；圖5A是可在圖4中看出且關於本發明所使用的縱向輥模的透視圖；圖5B是可在圖4中看出且關於本發明所使用的橫向輥模的透視圖；圖6是根據本發明的一種可能方法的流程圖；圖7是結合有擠壓裝置的本發明的示意性說明；圖8是SWPAZ91D和AZ31B的晶粒尺寸(d)對硬度(Hr)的影響的圖解對比；禾口圖9是作為初始晶粒函數的超塑性淺杯突試驗(在28(TC和200psi下進行)結果的圖示。優選實施方案的詳細描述根據本發明的一個方面和實施方案，通過金屬的注射模塑(IM)例如通過Thixomat，Inc.，AnnArbor，Michigan的Thixomolding方法形成細晶粒前體。使用該方法，可將熔體溫度降至接近液相線，比DC或TRC中低大約80-100°C。這些較低的溫度有助於較快冷卻從而在凝固時使較細的晶粒成核。在注射模塑時，ThixomoldedMg合金是各向同性的，即它們具有均勻的顯微組織，帶有4-5ym晶粒尺寸的a相。此外，這些注射模塑的Mg合金具有的非柱狀晶粒帶有較少的氣孔和收縮孔隙。通過使用多個進料口，大薄板坯(sheetbar)的快速注射模塑是可能的。此外，可以使用熱流道系統用於將液體金屬輸送到模具中以凝固，這可以改善大薄板坯的生產收率。可以在現有的商業Thixomolding機械(規模高達1000噸)中以高至約5X400X400mm的片材尺寸容易地模塑適宜的薄板坯。表1就前體工件例如薄板坯以及就所得晶粒尺寸的範圍將現有的生產方法與本發明(IM+SWP和M+變形應變)進行了對比。表1方法對Mg片材的晶粒尺寸的影響tableseeoriginaldocumentpage11參考圖l，該圖示意性地說明了體現本發明原理的設備(總體上標記為8)。該設備8包括用於薄板坯的金屬注射模塑的模塑機10。如在圖1中所看出，模塑機10的構造在一些方面類似於塑料注射模塑機的構造。該機械10通過進料鬥12裝填有進料11，該進料進入加熱的往復式螺杆注入系統14，該系統維持進料處在保護性氣氛例如氬氣下。更特別地，通過位於筒體15—端的入口16將進料接納到簡體15內。在該筒體15內，通過螺杆18或其它裝置的旋轉運動使進料向前移動。在通過螺杆18使進料向前移動時，還通過加熱器20(可以是電阻、感應或其它類型的加熱器)將其加熱，並且同時通過螺杆18的作用對其進行攪動和切變。進行這種加熱和切變以使進料材料進入基本熔融狀態，使得進料材料是可注射的。這種可注射的材料穿過止回閥22並且進入積聚區24，該積聚區位於超過螺杆18前端的筒體15內。在積聚區24中積聚所需量的可注射材料時，通過用液壓或其它致動器25推進螺杆18而啟動該周期的注入部分。螺杆18的前進致使積聚室24中的材料通過噴嘴26排出到模具28內，從而填充其中限定的模具空腔並且形成前體工件例如薄板坯30。在至少一個實施方案中，螺杆18壓射速度為至少1.5米/秒。可任選使用熱流道系統(未示出)來輔助將材料輸送到模具空腔，從而使任何熱損失最小化。此外，因為這種方法可以導致"凍結阻塞"，即在模具接受可注射的材料時金屬發生凝固，從而在模塑期間將模具抽真空是可行的並且還可以用來降低薄板坯30的所得孔隙率。前體的這種初始成形允許形成具有釘扎顆粒或釘扎相來釘扎晶界而使晶粒生長最小化的多相顯微組織。在一個優選實施方案中，機械10的冶金加工致使將粒狀進料在其注入模具28之前加工成固體加液體相。這種基本方法的各種型式是已知的並且在美國專利No.4，694，881和4，694，882中披露了兩種這樣的型式，通過引用將所述專利併入本文。該方法通常包括切變半固態金屬從而在具有改善的模塑特性的漿料中抑制枝狀固體的生長和產生非枝狀固體，所述特定部分地是由其觸變性能引起的。(半固態非枝狀材料表現出的粘度與所施加的切變速率成比例且在枝晶狀態時比相同合金的粘度低)。形成薄板坯30的這種方法的變體可以包括提供初始為除粒狀外的形式的合金材料；將該合金材料加熱到全液相和隨後冷卻成固體加液體相；使用單獨容器用於合金的加工和合金的注射；利用重力或其它機制推進合金通過筒體到達積聚區；交替的給料機制，包括電磁；和該方法的其它變體。在另一個優選實施方案中，機械10的冶金加工致使將粒狀進料加工成全液相，將該液體相注入到模具28中並快速凝固。在另一個優選實施方案中，將模具中的液體相材料以至少80C/秒的冷卻速率快速凝固。在另一優選實施方案中，薄板坯30具有不超過約4mm的厚度。在另一個優選實施方案中，機械10的冶金加工產生具有不超過約2%的總孔隙率的薄板坯30。總孔隙率包含收縮孔隙率(其產生自金屬的收縮)和氣孔率。收縮孔隙率包含較為線性或整平形狀且在晶界附近的低共熔區中形成的孔隙，而氣孔率包含較為球形狀且形成在晶界之間的孔隙。在另一個優選實施方案中，具有小於約0.1%的進料水分含量的保護性氬氣氛，使氣孔率最小化至不超過1%，且最小程度地形成氧化物。—旦形成細晶粒薄板坯30，對其進行變形應變。該變形應變例如可以是拉伸_壓縮應變，壓縮應變或者由一個或多個應變張量以其它方式限定的應變或應變組合。在至少一個其它實施方案中，變形應變包括通過至少壓縮性地使薄板坯30應變來提供塑性變形。變形應變的該第二步驟允許將位錯蓄藏在顯微組織內，這導致形成具有高錯向的新晶界，該晶界適合隨後的溫成形或超塑性成形。在該變形加工的一種實施中，在以一定應變速率進行變形應變期間將薄板坯30加熱至一定溫度。該溫度與變形應變及應變速率結合協同使晶粒組織再結晶為超細晶粒組織。這種再結晶可以包括連續動態再結晶機制，產生至少50%高角度晶界和不超過約5的基面(0002)織構強度。此外，按式Z-"xexp(Q/RT))—u所確定的，應變速率G)和溫度(T)優選產生大於約109s—1的Zener因數(Z)，其中Q是活化能(135kjmo1—1)，R是氣體常數。在至少一個實施方案中，變形應變速率為約O.l-50s—、變形應變期間薄板坯30的溫度為約150C-450C，另外，變形應變可以為至少0.5。變形應變還可以主要通過具有小於10%孿生且基本沒有切變帶的晶粒顯微組織的滑移機制使薄板坯塑性變形。在這種變形加工的一種另外實施中，在一對具有成形表面的相應構件之間對前體進行材料成型。成形表面的形狀提供大的一個應變或多個應變，從而破壞鑄造顯微組織並在前體中產生新晶界。從該薄板坯開始，進行初始成形以便具有lOym或更小的細晶粒組織，然後在兩個具有相應平滑成形表面的成形構件之間將該前體工件進行成型，例如壓縮性地成型為較薄的整平件。優選地，在溫熱溫度下進行該變形加工並且如果在成形表面之間進行任何另外道次則逐漸降低材料的溫度。可設想到多種用於使薄板坯30變形的方案。可以使薄板坯30穿過具有至少第一組匹配軋輥202或者一系列匹配軋輥(未示出)或對置壓制模(未示出)的軋機200，可將其中任何進行加熱。此外，變形加工可以與薄板坯30的成形分開進行或者可以直接集成到加工單元中，其中設備8提供有輸送機構(其可以是任何已知的種類並且其可用線204表示)以將薄板坯30從模具28輸送到軋機或壓製機200。在所描述的軋機200中，使薄板坯30穿過至少一組202對置的軋輥206。將軋輥206的表面208分別進行設計以壓縮性地整平薄板坯30。為使之實現，軋輥206可以提供有平滑表面208，該表面在薄板坯30從軋輥206之間穿過時將其嚙合並且壓縮。如通常已知的，可以通過支承輥33(以虛線顯示)使軋輥202或軋輥組朝向彼此進行壓制。參考圖2，作為替代方案，對置的軋輥是旋壓裝置230的一部分。旋壓裝置230可以包含具有第一形狀234和/或第二形狀236的第一軋輥232。可以通過第二軋輥240頂著第一軋輥232將工件30在其上旋轉成形和壓制而塑性變形以形成超細晶粒的成型片238，所述第二軋輥從第一軋輥232的第一端242行進到第二端244。可以使用這樣的技術(通常稱作旋壓)來生產例如圓筒型材。在至少一個實施方案中，約束薄板坯的側向膨脹。再次參考圖l，這可以通過軋輥之一例如下部軋輥206在該軋輥206的相對端上提供凸起擋圈210得以實現。將該凸起擋圈210與上部軋輥206進行配合以約束薄板坯30防止其側向膨脹超出軋輥206的擋圈210。此外，通過調節軋輥206的擋圈210提供的側向定位和約束，可就薄板坯30的原始厚度控制所得片料材料212的厚度。作為替代方案，可以使用十字形輥模頭裝置(未示出)來約束薄板坯30的邊緣。十字形輥模頭裝置利用兩對或更多對軋輥，一對豎直布置而其它對水平布置。豎直的軋輥用位於它們之間的薄板坯30間隔開使得薄板坯30的邊緣接觸豎直軋輥，這限制了膨脹，且同時水平軋輥壓縮和整平薄板坯30。在至少一個其它實施方案中，工件30穿過第一組軋輥202並且被第二組軋輥(未示出)接受，該第二組軋輥可以具有與第一組軋輥202的表面208類似的基本平滑表面。第二組軋輥通過提供變形應變進一步整平工件30。可使用跟隨第二組軋輥的另外組軋輥(未示出)以通過提供另外的變形應變進一步整平工件。在至少另一個實施方案中，將工件30在漸進的軋輥組之間旋轉，例如在穿過第一組軋輥202後而在被第二組軋輥接受之前旋轉工件30九十度。參考圖3，提供了至少一個其它實施方案。在該實施方案中，將一組薄板坯30進行疊置250，其中使堆疊體250經受變形應變。可將薄板坯30的堆疊體250(其現形成多個層)穿過軋機200。再次地，變形加工可以與薄板坯30的成形分開進行或者可以直接集成到加工單元中，其中設備8提供有輸送機構252(其可以是任何已知的種類例如自動機械裝置或軌道龍門(railgantry)裝置)以將薄板坯30從模具28輸送到堆疊體250並且由此輸送到軋機或壓製機200。在至少另一個實施方案中，通過軋機或壓製機200使堆疊體250塑性變形，這將薄板坯層30結合在一起。在一個實施方案中，由薄板坯層30的摩擦應變焊接進行該結合過程。此外，可以將加強要件設置於任何薄板坯層30之間以提供複合結構。例如，在層30的疊置期間，可以通過任何合適的自動化方法例如通過自動機械裝置或軌道龍門裝置或者通過手工方法，將選自晶須、石墨纖維、陶瓷纖維、絲線、絲網和金屬纖維的加強要件設置在兩個或更多個薄板坯層30之間。然後當通過軋機或壓製機200使堆疊體250塑性變形時，將包括加強要件的薄板坯層30結合在一起，其中所述加強要件為複合板212提供了增強的承載功能。作為替代方案，通過在堆疊體250內使用選擇性放置的薄板坯層30可提高片材212的性能，其中從具有相應不同性能的分別不同的金屬合金模塑出薄板坯層30。例如，堆疊體250可以包含從具有高抗腐蝕性(例如對於鹽霧)的金屬合金材料模塑出的頂部和/或底部薄板坯層30。此外，堆疊體250可以包含從具有較高屈服強度和/或極限強度以及/或者較高伸長率的金屬合金材料模塑出的其它薄板坯層30。可以按預定方式將這些層30進行疊置以便將成品片材212的性能調節至所需性能。例如，能夠執行邏輯序列的控制器或其它器件可以相應地被編程，並且與以特定次序進行這些層30的自動疊置的自動機械裝置或軌道龍門裝置進行接合。作為使薄板坯30或堆疊體250變形的替代方案，可以使用至少一組壓板(未示出)替代軋機200。所述壓板還可以提供有平滑、基本平坦的表面或任何其它合適的輪廓，其壓縮性地使薄板坯30或堆疊體250變形。參考圖4，提供了至少一個其它實施方案。成品片材可以包括由SWP方法形成的層，這些層經疊置並且經受變形應變。SWP方法包括通過交替的拉伸和壓縮應變或變形的組合提供塑性變形。該變形應變步驟還允許將位錯蓄藏在顯微組織內，這導致具有高錯向的新晶界的形成。在SWP方法的一種實施中，在一對具有波紋或正弦波狀成形表面的相應構件之間對前體進行材料的重複成型。所述成形表面的形狀提供大的應變，破壞鑄造顯微組織並且在前體中產生新的晶界。從薄板坯30開始，進行初始成形以便具有lOym或更小的細晶粒組織，然後在具有或不具有側向約束的情況下，在兩個具有相應波紋成形表面的構件之間將前體工件成型，其中基本是平面應變伸展彎曲操作。在首次成型後，將工件再次成型。然而，在該第二次成型期間，波紋優選(但並非必須)沿不同於第一次成型的波紋的方向進行取向。認為第二次成型的正交取向產生最佳的目標結果。優選地，然後重複該兩個成型步驟，這些第三和第四步驟中的波紋與首先兩個成型步驟中看到的那些相反(inverse)。關於術語相反，是表示第三波紋的脊和谷與第一波紋的脊和溝相反或反相(outofphase)。因此，這些隨後的成型致使首先兩次成型後所得的脊反向變形(推向相對方向)。在所有這四個成型步驟和(如果需要時的)另外成型步驟後，優選將工件整平以除去形狀的任何波度。優選地，在溫熱溫度下進行SWP並且在每個道次後逐漸降低材料的變形溫度，例如從35(TC開始和對於最後整平步驟降低到170°C。如下所述，這可通過包括提供加熱的成型構件或軋輥在內的若干方式得以實現。如在圖4中所看出，使薄板坯30穿過第一組332對置的軋波紋的軋輥334。軋輥334的表面分別提供有在該軋輥334的周圍圓周向地延伸的波紋336。每個軋輥334的波紋336通常關於彼此相對應使得軋輥334之一上的脊被對置軋輥334的谷所接納。在薄板坯30穿過第一組332軋輥334時，將平行於薄板坯30行進方向的縱向波紋提供到薄板坯30內。這產生提供到工件內的正弦波形狀，該形狀的取向方向與工件穿過軋機331的方向正交。因此，誘導應變、拉伸和然後的壓縮將通常沿正弦波形狀本身的方向。在已通過第一組332軋輥334進行軋波紋或加工之後，使經加工的薄板坯或工件穿過第二組340軋輥342。在遇到該第二組340軋輥342時，工件遇到正交取向(即與第一組332軋輥334的波紋336成90度)的波紋344。照此，使波紋344相對於軋輥342軸向取向且關於薄板坯30的行進方向為橫向。如對於先前組332的軋輥334，提供第二組340軋輥342的波紋344使得上部軋輥342上的波紋的脊被接納在下部軋輥342的波紋344的谷內。從第二組340軋輥342起，使經加工的薄板坯在所描述的軋機331中於第三組348軋輥350之間穿過，所述軋輥經設計以整平該經加工的薄板坯。軋輥350可以提供有平滑表面352，在經加工的薄板坯從軋輥350之間穿過時該表面將其嚙合並壓縮。在整平工件時，將壓縮應變提供到工件從而形成SWP片料材料378。在圖5A和5B中更為詳細地顯示了軋輥340和350。如至此所述，SWP通常依照圖6的流程圖所描述的過程進行。如本文中所示，SWP以其中接納薄板坯30的圖框366開始，並且在圖框368中，沿縱向或平行方向使其經受軋波紋。在對薄板坯30縱向軋波紋後，在圖框370中使工件經受橫向軋波紋並隨後按圖框372中所示將其整平。在進行圖框372中的整平後，可按線374所示重複進行工件的縱向和橫向軋波紋。任選地，如虛線376所示，可在工件進行圖框372中的整平之前使其經受接連的縱向和橫向軋波紋。然而，認為優選的是，依照於圖框372的整平發生在工件的接連軋波紋之前。在經過其中縱向和橫向軋波紋均進行兩次的軋波紋加工後(因此對工件軋波紋4次)，在圖框372中將工件最終整平並輸出平坦的片料材料378，並且該過程在圖框380中結束。如在圖4中所示，可以使SWP片料材料378的堆疊體380穿過軋機200以形成超細晶粒成品片材212。再次地，變形應變加工可以與薄板坯30的成形分開進行或者可以直接集成到加工單元中，其中設備8提供有輸送機構329、382(其可以是任何已知的種類，例如自動機械裝置或軌道龍門裝置)以將薄板坯30從模具28輸送到SWP軋制工序331再到堆疊體380並且從這裡到軋機或壓製機200。如先前所提及的，如果進行製造過程和快速凝固的合適且精確的控制，則認為初始前體即上文所討論的薄板坯30的各種製造方案是可能的。圖7示意性地描述了另外的製造方案，其中用擠壓機400可選地替代第一實施方案的注射模塑機10。擠壓機400包括筒體402，螺杆404位於該筒體內。因為擠壓機的其它部件對於本領域技術人員是公知的，本文沒有提供擠壓機400的另外討論。將材料從擠壓機400擠壓出並且在一對模具406之間快速凝固使得將固體材料的連續片材從擠壓機輸送到軋機408。通過精確地控制擠壓機進程，認為在連續片材中可獲得所需的細晶粒顯微組織，所述連續片材作為前體材料進入根據本發明的軋機408中。圖7中所示的軋機408類似於關於先前實施方案所討論的軋機200或331。因此，在此參考之而無需進一步討論。對於作為前體的5X400X400mm薄板坯30，前述方法可將該片材的厚度降至約l-2mm，其中最終片材尺寸可為1250X1250mm。在至少一個實施方案中，降低前體堆疊體的厚度，使得堆疊體的厚度與最終片材的厚度之比為約3:1至30:1。另外，最終片材的平視(俯視)面積與堆疊體的平視面積之比為約3:l至30:i。當集成自動化製造單元例如前文描述的那些之一將金屬注射模塑的快速凝固與作為相同製造周期一部分的變形應變加工相結合時，預期一個機械中的生產速率將為每20秒約1薄板坯。此外，因為薄板坯的細晶粒顯微組織，還可預期至少80%的生產收率。如可由本發明的前述討論所推測的，注射模塑金屬薄板坯的模塑狀態晶粒尺寸和a含量對於在隨後塑性變形片材中獲得亞微米晶粒尺寸和低的各向異性(典型地在屈服強度方面不超過10%)是有利的出發點。似乎變形應變加工與其強力的熱機械加工一起使金屬間顆粒細分成納米尺寸，並且可能促進晶粒內細陣列(finearray)的部分固溶和較均勻的再析出。一些細分的殘餘P相可用於在動態再結晶和熱處理期間釘扎晶界。這種固有的粗P相的細分有益於Mg合金的延展性。更具體地，通過使孿生最小化至小於約10%，基本通過晶粒和晶界中的滑移發生變形而沒有明顯切變帶，從而產生較大延展性的合金。上述|3相的作用卻是就該新方法重新設計Mg的新機會的一個方面。文獻中許多是關於尚未應用於低成本片狀物的新Mg合金化的發現。通過本發明、特別是利用"摻混"技術可容易地將這些合金化添加物減薄至片狀物。這樣的合金化添加物如Ca、Sr、Y、Zr和Zn-Y可提升商業片材合金AZ31的適中的強度。另外，通過使用上述注射模塑變形應變方法可避免DC和TRC中固有的大的熔體和合金交叉汙染。可在注射模塑機中於數分鐘內完成先前合金的淨化和新摻混物顆粒的加入，而沒有與DC或TRC操作典型相關的廢坩鍋加料、爐渣和熔渣。許多晶界的存在提高了金屬在溫衝壓(和超塑性成形)期間的延展性，但是由目前鑄造方法演化的晶界不適合於成形應用，這是因為它們不允許晶粒間的滾動或滑移。晶界特性對變形期間晶界的滑移現象和切變性能具有大的影響。甚至在適度提高的溫度(150-200°C)下，可易於通過溫成形加工使Mg合金成形，只要它們具有變形加工產生的細晶粒組織(約1-3ym)和有利的晶界。雖然優選合金在室溫下成形，但150-20(TC溫度對於廉價成形應用並非是不尋常的(塑料通常在這樣的溫度下成形)。然而不同於塑料，可熱處理Mg零件以生長較大的晶粒尺寸並變得抗蠕變，或者可將其適當地合金化以使它們抗蠕變。然而低溫成形可在成形期間保持少的能量使用，並且避免超塑性成形加工期間遇到的不希望的氧化。注射模塑加工期間的快速凝固提供了在隨後變形期間不表現出孿生的細晶粒組織。然而，產生自液體狀態的晶界在結晶學上是相關的，並且可具有不允許晶界滑移的"特殊"晶界。特殊晶界可以具有高的錯向角度，但它們可具有大分數的共格格點(CSL)和低的晶界能從而使滑移困難。雖然在溫成形期間晶界滑移促成的應變不大，但如果其能夠局部地提供容納，則其防止了材料沿晶界斷裂。因此，提高的可成形性所需的晶界必須不是鑄造過程產生的那些，而是塑性加工過程產生的那些。塑性加工在晶界附近產生另外的位錯並然後使它們成為適合於提高的可成形性的較高無序或較高能量的構造。為改變晶界特性，注射模塑材料等的大量變形需要以本發明方法完成的大量變形加工。可用於這樣的大量變形的其它方法(例如ECAP、高壓力扭轉)似乎不適合於商業規模化，並且它們對於生產薄、寬的片材不能易於得到自動化。因此，通過本發明，經由如下方式可產生在材料的整個厚度中具有最小偏析的最終產物通過在成形期間快速凝固，初始提供具有均勻的顯微組織和小於lOym的原始細晶粒尺寸的淨型薄板坯合金。這可通過多種成形方法得以實現，所述方法包括注射模塑和基於注射模塑的其它變體(包括半固態金屬注射模塑)以及擠壓模塑。然後，通過將片材加工成表現出優異可成形性的無織構片材而將顯微組織細化至納米結構。這可如先前所述在壓模中使用適當成型的表面通過熱壓制、軋制或其它方法得以實現。此後通過超塑性成形(SPF)、溫拉拔、溫衝壓或其它方法中的任一種成形之後得到最終的淨成型零件。(可以減小初始晶粒尺寸以降低SPF加工應力、降低用於較佳表面光潔度的SPF溫度和提高SPF速率。)一旦形成淨成型零件，任選對最終零件進行熱處理(退火等)以生長晶粒從而停止SPF和賦予最終製品抗蠕變性。其結果是，所獲得的是具有非常高的強度與重量之比、並具有提高的韌性的廉價、輕重量零件。如上可見，該方法以具有小於10iim的細晶粒尺寸的無織構片材合金開始。然而，該片材合金可以是兩相的和/或包括高角度晶界；前者為了控制晶粒生長、促進SPF期間的晶界切變和強化最終零件，後者為了促進最終淨成型和降低織構。在細化顯微組織以獲得約l微米的晶粒尺寸中，提供了嚴重滑移變形以同時產生再結晶，再結晶至面對高角度晶界的微米尺寸晶粒。然後，還將粗的第二相進一步細分和/或再次析出成納米尺寸陣列。在上文中，孿生和織構的產生均得到最小化。作為實施例，使用尤其未經半固態注射模塑的商業AZ31BMg合金作為前體材料工件，所述合金為熱軋板形式，具有6.35mm厚度。該合金的化學組成是3.0wt%Al、l.0wt%Zn、0.45wt^Mn和餘量的Mg。由收到狀態的板切割出89X89mm的方形工件，然後按上文所述通過SWP進行加工。將收到狀態合金的初始雙峰組織細化成接近均勻的超細晶粒組織。使用已知的計算機圖像分析軟體通過詳細的晶粒尺寸分布分析來表徵初始組織的雙峰性和其朝向更均勻組織的變化。基於圖像分析，收到狀態的合金的初始雙峰顯微組織含有31%面積分數的22.1iim尺寸的粗晶粒，但具有9.8iim的平均晶粒尺寸。SWP後的最終顯微組織具有1.4iim的平均晶粒尺寸，其含有小於3%面積分數的粗晶粒。在表2中關於強度、伸長率(包括均勻和均勻後伸長率)和法向異向性比率(R)顯示了在室溫下對於不同合金加工條件的AZ31BMg合金的力學性能。表2tableseeoriginaldocumentpage17tableseeoriginaldocumentpage18*報導的伸長率高於12.7mm規格長度。5.0mm的較短規格長度給出括號中所示的較高伸長率值。**eu和epu分別是指均勻應變和均勻後應變。#對於收到狀態的材料，力學測試數據來自板的內部區域(細晶粒區域)。表2顯示，細晶粒的加工狀態合金具有改善的力學性能例如較高的拉伸屈服強度和較高的均勻後伸長率、以及較高的(R)值。退火進一步提高了拉伸伸長率值。當就顯微組織變化進行檢查時，在經加工的材料中沒有觀測到孿生。另外，收到狀態的合金表現出類似於"橘皮"白色效果(whiteeffect)的粗糙表面，細晶粒加工合金在測試後變現出平滑表面。另外，在加工狀態的合金中發現頸縮程度更為漸進。為了對比，在Thixomat，Inc.(A皿Arbor，Michigan)的商業280噸Thixomolding⑧機器中將測量為100X150X3mm的Mg-9A1合金(AZ91D)薄板還進行半固態金屬注射模塑。將該薄板坯在具有軋波紋的表面圖案的對置正弦波壓模中於19(TC下經過4個周期的壓制(周期之間旋轉片材90。)。在第4個壓制周期後將片材壓制整平。厚度的總減薄是從3mm至0.8mm，即73%。將所得拉伸強度與表3中的商業AZ31(Mg-3A1)片材進行對比。表3tableseeoriginaldocumentpage18氺ASM手冊如從表3中所看出，相比於原始薄板坯和商業AZ31，屈服強度提高了73%。極限拉伸強度分別提高了36%和18%。然後在150或25(TC下將該所得SWP片材進行退火。測量產生自原始液相的細晶粒材料在半固態金屬注射模塑狀態、3￥、5￥+軋制/退火狀態中的硬度並且在表4中顯示了結果。表4tableseeoriginaldocumentpage19半固態金屬注射模塑狀態薄板坯的細晶粒原始液體區具有772MPa硬度，通過SWP將其提高至932MPa。在15(TC下進行退火將硬度進一步提高至958MPa。如在圖8的坐標圖中所顯示，相比於來自AZ31的先前數據，來自AZ91D的SWP材料比同等晶粒尺寸的AZ31更硬。認為高出AZ31的這種硬度增加部分是歸因於富A1的AZ91D合金中的納米尺寸P相。顯微組織證實起始材料的粗P相被細分和再析出為納米顆粒，一些是在晶界處。本發明人還證明了SWP片材的SPF的可行性。如圖9中所說明，通過SWPAZ91D的淺杯突試驗製備的杯子深度比僅通過Thixomolding(Thixomat，Inc.，AnnArbor，Michigan的半固體金屬注射模塑方法)成形的起始材料片材(具有相應厚度)的深度更深。實際上，該深度比商業10-20iimAZ31片材中形成的深度大很多。在另一個實施例中，在商業Thixomolding⑧機器中將AM60鎂合金進行半固體注射模塑以產生3X50X150mm的薄板坯。將該薄板坯加熱至375t:並且在軋機中按疊置和未疊置配置進行軋制。表5提供了這些試驗的結果。表5tableseeoriginaldocumentpage19在堆疊體中的減薄百分離力道次數目軋輥的妙A5口a晶粒尺寸壞數目分數(PSI)RMP(mm)14264，0001452-3381114，000145優異1-2如表5中所說明，對於76%減薄或更大，獲得了超細晶粒顯微組織以及疊置樣品的薄板坯層之間的優異結合。特別地，在汽車和航空航天領域中預想到了本發明製造的產品的潛在市場，在所述領域中通過用鎂替代鋼和鋁可獲得重量節省。可將複雜的3-D淨型材進行SPF以顯著減少亞組件的數目和多重製造及組件的成本。通過亞微米晶粒尺寸、第二相納米晶體和通過延展性合金的選擇可得到高的拉伸強度和高的韌性。如此獲得的獨特顯微組織將顯著減少織構及其對可成形性的通常阻礙。汽車公司正預測用於汽車車輛的Mg噸量的非常顯著的增長，增長多達從每輛車5kg—直到每輛車200kg。存在使美國汽車工業能夠引領重量減輕這種巨變的需求。另外的市場應進一步在航空航天、國防和其它工業中。合適合金的變形應變加工通過消除多個階段的軋制和退火應當降低製造薄片材材料的成本。該加工改變了晶界特性並且提高了通過溫成形或通過超塑性變形進行成形的能力。如果在注射模塑後即刻進行變形應變加工，則可利用模塑坯體中的顯熱。在薄板坯的即刻軋制或壓制後，接著可通過SPF將其成形為複雜零件形狀。可在20(TC下完成這樣的成形。因此，可將整個部件製造技術設置成連續操作而沒有片材盤巻的貯存，大量的盤巻退火、巻曲和解巻操作。盤巻的巻曲和吊運操作運輸所涉及的所有步驟的去除可使工廠的投資最小化。可出現零件的精簡製造過程。可預見到的是，變形應變加工可通過將用於金屬的注射模塑機與常規壓制和軋制設備進行集成來完成，並且在已用於航空航天和汽車工業的加工設備上應當是可行的。還可基於在常規壓機上進行深拉。如本領域技術人員可易於理解的，上述描述本意是作為本發明原理的實施的說明。該描述不意欲限制本發明的範圍或應用，這是因為本發明易於作出修改、變化和改變而不背離本發明的精神，本發明的範圍由下面的權利要求所限定。權利要求形成具有細化晶粒組織的片材材料的方法，該方法包括提供鎂金屬合金材料；將該金屬合金材料模塑且快速凝固從而形成具有小於10微米的晶粒組織的細晶粒前體，其中所述模塑包括將金屬合金材料基本熔化；和通過變形應變向該細晶粒前體提供塑性變形從而形成具有小於5微米的晶粒組織的超細晶粒組織片狀物。2.權利要求1的方法，其中細晶粒前體具有各向同性的晶粒組織。3.權利要求l的方法，其中重複進行提供鎂金屬合金材料的步驟和模塑且快速凝固的步驟從而形成多個細晶粒前體，該方法還包括疊置所述多個細晶粒前體從而形成堆疊體，並且提供塑性變形的步驟包括通過變形應變使該堆疊體塑性變形。4.權利要求3的方法，其中堆疊體的厚度與超細晶粒組織片狀物的厚度之比為3:1至30:i。5.權利要求3的方法，其中超細晶粒組織片狀物的平視面積與堆疊體的平視面積之比為3:i至30:i。6.權利要求3的方法，其中提供塑性變形的步驟將細晶粒前體結合在一起以形成超細晶粒組織片狀物。7.權利要求3的方法，其中至少兩個細晶粒前體由具有相應不同性能的分別不同金屬合金模塑製成。8.權利要求7的方法，其中至少一個細晶粒前體比另一個細晶粒前體具有相對更大的抗腐蝕性。9.權利要求7的方法，其中至少一個細晶粒前體比另一個細晶粒前體具有相對更高的伸長率。10.權利要求7的方法，其中至少一個細晶粒前體比另一個細晶粒前體具有相對更高的強度。11.權利要求6的方法，其中將加強要件置於細晶粒前體之間以形成複合超細晶粒組織片狀物。12.權利要求ll的方法，其中加強要件選自晶須、石墨纖維、陶瓷纖維、絲線、絲網和金屬纖維。13.權利要求l的方法，其中以至少80C/秒的冷卻速率將金屬合金材料快速凝固從而形成細晶粒前體。14.權利要求1的方法，其中細晶粒前體具有不超過4mm的厚度。15.權利要求1的方法，其中細晶粒前體具有不超過2%的總孔隙率。16.權利要求1的方法，其中細晶粒前體具有不超過1%的氣孔率。17.權利要求1的方法，其中變形應變是以一定應變速率，並且實施提供塑性變形的步驟的同時將細晶粒前體加熱到一定溫度，其中所述應變速率、溫度和變形應變協同使細晶粒前體再結晶為超細晶粒組織的片狀物。18.權利要求17的方法，其中通過包括連續動態再結晶的機制使細晶粒前體再結晶，從而產生具有至少50%高角度晶界的超細晶粒組織片狀物。19.權利要求17的方法，其中超細晶粒組織片狀物具有不超過約5的基面織構強度。20.權利要求17的方法，其中超細晶粒組織片狀物具有不超過約10%的屈服強度各向異性。21.權利要求17的方法，其中應變速率為約0.l-50s-l。22.權利要求17的方法，其中溫度為約150C-450C。23.權利要求i7的方法，其中按式z-"xexp(Q/RT)r^所確定，應變速率(《)和溫度(T)產生大於約109s—1的Zener因數(Z)，其中Q是活化能(135kjmol，，R是氣體常數。24.權利要求17的方法，其中變形應變為至少0.5。25.權利要求17的方法，其中提供塑性變形基本通過細晶粒前體的晶界之間的滑移發生，所述細晶粒前體具有小於約10%的晶粒組織孿生。26.權利要求17的方法，其中提供塑性變形在無顯著晶粒組織切變帶的情況下發生。27.權利要求l的方法，其中模塑且凝固的步驟在細晶粒前體中產生多相顯微組織。28.權利要求27的方法，其中多相顯微組織包括使晶粒生長最小化的釘扎顆粒。29.權利要求1的方法，其中提供塑性變形的步驟包括引起形成新晶界的步驟，所述晶界具有適合於溫成形或超塑性成形的高錯向。30.權利要求l的方法，其中在集成設備中進行模塑步驟和提供塑性變形的步驟。31.權利要求l的方法，其中通過單獨的機械進行模塑步驟和提供塑性變形的步驟。32.權利要求l的方法，其中模塑步驟包括金屬合金材料的半固態金屬注射模塑。33.權利要求32的方法，其中半固態金屬材料的固體含量不超過約30%。34.權利要求32的方法，其中半固態金屬材料的固體含量不超過約10%。35.權利要求32的方法，其中半固態金屬注射模塑包括通過熱流道系統將半固態金屬材料輸送至模具。36.權利要求35的方法，其中以至少80%的生產收率形成多個細晶粒前體。37.權利要求32的方法，其中以至少1.5m/秒的螺杆壓射速度注射半固態金屬材料。38.權利要求32的方法，其中模塑步驟還包括向金屬合金材料提供氬氣。39.權利要求l的方法，其中模塑步驟還包括金屬合金材料的擠壓。40.權利要求l的方法，其中模塑步驟還包括金屬合金材料的真空模塑。41.權利要求1的方法，還包括在提供塑性變形的步驟後，將超細晶粒組織片材淨成型從而形成零件的步驟。42.權利要求41的方法，還包括熱處理淨成型零件以賦予該淨成型零件抗蠕變性的步驟。43.權利要求41的方法，其中淨成型步驟包括衝壓、拉拔、深拉和超塑性成形中的一種。44.權利要求41的方法，其中淨成型步驟形成汽車部件。45.用於實施權利要求1的方法的設備。46.通過權利要求1的方法形成的製品。47.權利要求l的方法，其中提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的模壓。48.權利要求l的方法，其中提供塑性變形的步驟包括軋制細晶粒前體。49.權利要求48的方法，其中提供塑性變形的步驟還包括約束細晶粒前體的邊緣。50.權利要求49的方法，其中細晶粒前體的邊緣由十字形輥模頭裝置加以約束。51.權利要求l的方法，其中提供塑性變形的步驟包括按多個軋制道次以多個各自的變形應變來軋制細晶粒前體。52.權利要求51的方法，其中各個軋制道次的相應變形應變為至少50%。53.權利要求52的方法，其中軋制步驟包括在高於環境溫度下的第一軋制道次，其中各個後續道次處在較低溫度下。54.權利要求52的方法，其中所述多個軋制道次是交叉軋制的。55.權利要求l的方法，其中提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的擠壓。56.權利要求l的方法，其中提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的鍛造。57.權利要求l的方法，其中提供塑性變形的步驟包括細晶粒前體的旋壓。58.權利要求1的方法，其中提供具有小於約2微米的晶粒組織的片狀物。59.權利要求1的方法，其中提供具有小於約1微米的晶粒組織的片狀物。60.權利要求1的方法，其中提供具有約5微米的晶粒組織的前體。61.權利要求l的方法，其中實施提供塑性變形步驟的同時將前體加熱到高於環境。62.權利要求1的方法，其中提供具有小於約0.1%水分含量的鎂金屬合金。63.用於細化晶粒組織和生產超細晶粒金屬材料片材的設備，該設備包含容器，該容器具有入口、遠離所述入口的卸料出口、和限定在所述入口和卸料出口之間的腔室；與所述入口接合的進料器，配置該進料器以將金屬材料通過入口引入到所述腔室中；加熱器，用於將熱傳遞到位於腔室內的金屬材料使得該金屬材料所處的溫度高於其固相線溫度；卸料裝置，用於將金屬材料通過卸料出口從容器卸出；成形裝置，用於將卸出的金屬材料成形且快速凝固成細晶粒前體，所述細晶粒前體具有小於10微米的晶粒組織；禾口包括一對對置的成形構件的塑性變形裝置，用於將變形應變提供到前體製品內從而形成具有超細晶粒尺寸的金屬材料片材，該金屬材料片材具有小於5微米的晶粒組織。64.權利要求63的設備，其中對置的成形構件是壓模。65.權利要求63的設備，其中對置的成形構件是軋輥。66.權利要求63的設備，還包含用於將多個前體製品疊置成堆疊體的裝置，並且其中將對置的成形構件對進行配置以將變形應變提供到該堆疊體內，從而形成具有超細晶粒尺寸的金屬材料片材。67.權利要求63的設備，還包含用於將金屬材料的片狀物成型為淨成型製品的淨成型裝置。68.權利要求67的設備，其中成型裝置是拉延壓力機和超塑性成形機械中的一種。69.權利要求63的設備，其中容器、進料器、加熱裝置、卸料裝置和成形裝置是注射模塑機的一部分。70.權利要求63的設備，其中容器、進料器、加熱裝置、卸料裝置和成形裝置是半固態金屬注射模塑機的一部分。全文摘要生產超細晶粒金屬合金優選鎂材料片材的方法和設備。該設備將金屬合金材料模塑且快速凝固從而形成細晶粒前體。然後使該前體經受變形應變，該變形應變改變前體的晶粒組織從而在片狀物中形成超細晶粒組織。然後可對該片狀物進行超塑性成形從而形成淨成型製品。文檔編號C22F1/06GK101730755SQ200880012863公開日2010年6月9日申請日期2008年2月27日優先權日2007年2月27日發明者A·高什,B·曼索爾,R·F·戴克爾,S·卡爾卡米申請人:密執安州立大學董事會;西克索馬特公司