用于形成具有特制的機(jī)械性能的鋁合金部件的方法
【專利說明】用于形成具有特制的機(jī)械性能的鋁合金部件的方法
[0001]該P(yáng)CT專利申請要求于2013年7月12日提交的題為“PROCESS FOR FORMINGALUMINUM ALLOY PARTS WITH TAILORED MECHANICAL PROPERTIES” 的美國臨時(shí)專利申請N0.61/845，514的權(quán)益，該申請的全部公開內(nèi)容被認(rèn)為是本申請的公開內(nèi)容的一部分并且由此通過參弓I并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體上涉及一種用于制作成形部件的方法，并且更特別地涉及一種用于將可熱處理的鋁合金坯件形成為具有特制的機(jī)械性能的成形部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]對環(huán)境以及能源成本上升的關(guān)注已經(jīng)導(dǎo)致了近些年開發(fā)比先前型號更省油的車輛的推進(jìn)。減輕重量長期以來已被確定為提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的有效方式，諸如例如通過用包括鋁和鎂合金的較輕的重量材料來代替鋼。事實(shí)上，車身和動(dòng)力系的包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋、車輪以及一些車身面板的若干部件已經(jīng)由鋁合金制造。使用在車身面板應(yīng)用中的鋁的合金不僅趨于能夠更容易地形成而且趨于強(qiáng)度更低，如5XXX系列合金。不幸的是，結(jié)構(gòu)部件比如Β柱需要使用較高強(qiáng)度的材料，以滿足頂部擠壓和側(cè)面沖擊安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]高強(qiáng)度鋁合金是在汽車結(jié)構(gòu)部件中使用的高強(qiáng)度鋼的可行的替代。特別地，可熱處理的鋁合金比如2χχχ、6χχχ、7χχχ和8χχχ系列合金可以使用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚭腿斯r(shí)效工藝來硬化。由于這種合金在其硬化回火狀態(tài)諸如例如Τ6回火狀態(tài)下的不良可形成性，因此通常將用于形成部件的坯件設(shè)置在較軟的回火狀態(tài)諸如例如Τ4。坯件形成為部件的期望形狀，然后，部件經(jīng)受熱處理和人工時(shí)效以實(shí)現(xiàn)期望的機(jī)械性能。不幸的是，該方法導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間可能會不切實(shí)際的長，原因在于要在從幾分鐘至數(shù)小時(shí)范圍的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行熱處理工藝和人工時(shí)效工藝。該方法的另外的問題在于在熱處理步驟和老化步驟期間可能會發(fā)生成形部件的翹曲，由此需要額外的步驟來校正形狀。因此，該方法可能不太適于汽車制造行業(yè)或者需要在短的時(shí)間尺度內(nèi)生產(chǎn)大量部件的其他高容量應(yīng)用。
[0005]在Trans.Nonferrous Met.Soc.China 22(2012) 1-7 的文章 “Warm formingbehav1r of high strength aluminum alloy AA7075”中，Wang 等人討論了升高的溫度對特定的7xxx系列招合金的機(jī)械性能的影響。根據(jù)Wang等人，溫成形(warm forming)的關(guān)鍵要素是保持高強(qiáng)度回火，盡管文章中呈現(xiàn)的結(jié)果表明屈服強(qiáng)度和硬度兩者在約180°C與260°C之間的溫度下形成之后均較低。此文章的作者得出結(jié)論:為了獲得不具有任何進(jìn)一步的熱處理的部件，形成溫度不應(yīng)當(dāng)超過220°C。當(dāng)然，Wang等人使鋁合金經(jīng)受熱處理持續(xù)長達(dá)300s，這換算成每小時(shí)僅約12個(gè)加熱循環(huán)，并且因此，在高容量應(yīng)用中使用是不切實(shí)際的。
[0006]另一研究已顯示在175°C下溫成形含銅AA7075型合金持續(xù)一分鐘或兩分鐘對強(qiáng)度幾乎沒有影響，并且已顯示略微升高至200°C減小了強(qiáng)度約50MPa。該研究得出結(jié)論:在常見的5步烤漆循環(huán)期間，部件的機(jī)械性能在較高水平上變得均勻。不幸的是，即使是持續(xù)僅一分鐘或兩分鐘的這些相對短的加熱時(shí)間，由此產(chǎn)生的生產(chǎn)速度仍然太低以致于不能在高容量應(yīng)用例如汽車工業(yè)中非常有用。
[0007]在一些包括具有預(yù)定擠壓區(qū)域的結(jié)構(gòu)部件的制造的應(yīng)用中，期望能夠生產(chǎn)具有整體非均勻機(jī)械性能的部件。例如，有利的是形成具有上端和下端的B柱，其中，上端的特征在于高的機(jī)械強(qiáng)度，下端的特征在于相對較低的機(jī)械強(qiáng)度。在碰撞期間，當(dāng)B柱的下端變形時(shí)，吸收一些沖擊力，由此形成對車輛的乘員的改進(jìn)的保護(hù)。不幸的是，目前正用于在硬化回火狀態(tài)下由鋁合金坯件形成成形部件的方法不支持以這種方式對機(jī)械性能進(jìn)行特制。
[0008]因此，期望的是提供一種克服上述限制中的至少一些限制以及現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的方面，公開了一種用于由可熱處理的鋁合金坯件制作成形部件的方法，該方法包括:將可熱處理的坯件設(shè)置處于硬化回火狀態(tài)；將坯件的第一部分加熱至介于約150°C與約300°C之間的預(yù)定第一溫度持續(xù)少于約40秒諸如例如在約5秒與約40秒之間的預(yù)定第一時(shí)間長度；將還件的第二部分加熱至介于約150°C與約300°C之間的預(yù)定第二溫度持續(xù)少于約40秒諸如例如在約5秒與約40秒之間的預(yù)定第二時(shí)間長度；以及在第一部分和第二部分中的任一者冷卻至低于約130°C的溫度之前，使在第一部分和第二部分內(nèi)的坯件形成為成形部件的形狀。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的方面，公開了一種用于由可熱處理的鋁合金坯件形成成形部件的方法，該方法包括:將可熱處理的坯件設(shè)置處于硬化回火狀態(tài)；使坯件的不同部分經(jīng)受不同的加熱條件，包含將坯件的不同部分中的每個(gè)不同部分選擇性地加熱至介于約150°C與約300°C之間的相應(yīng)的預(yù)定溫度，對坯件的不同部分中的每個(gè)不同部分的加熱持續(xù)少于約40秒，諸如例如在約5秒與約40秒之間；以及在坯件的不同部分中的任何不同部分冷卻至低于約130°C的溫度之前，使所述坯件形成為成形部件的形狀使得坯件的不同部分形成成形部件的相對應(yīng)的不同部分，成形部件的不同部分具有不同的預(yù)定機(jī)械性能，其中，不同的加熱條件被選擇用于產(chǎn)生成形部件的不同部分的不同的預(yù)定機(jī)械性能。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的方面，公開了一種用于由可熱處理的鋁合金坯件制作成形部件的方法，該方法包括:提供由2xxx、6xxx、7xxx和8xxx系列招合金中的一者制造的鋁合金坯件，坯件被設(shè)置處于T6回火狀態(tài)；將坯件的第一部分加熱至介于約150°C與約300°C之間的預(yù)定第一溫度持續(xù)少于約40秒諸如例如在約5秒與約40秒之間的預(yù)定第一時(shí)間長度；將坯件的第二部分加熱至介于約150°C與約300°C之間的預(yù)定第二溫度持續(xù)少于約40秒諸如例如在約5秒與約40秒之間的預(yù)定第二時(shí)間長度；以及使坯件形成為成形部件的形狀使得坯件的第一部分形成成形部件的具有預(yù)定第一機(jī)械性能的相對應(yīng)的第一部分并且坯件的第二部分形成具有成形部件的不同于預(yù)定第一機(jī)械性能的預(yù)定第二機(jī)械性能的相對應(yīng)的第二部分，其中，第一預(yù)定機(jī)械性能和第二預(yù)定機(jī)械性被選擇為使得成形部件的第一部分和成形部件的第二部分兩者均具有下述方面中的至少一者:比所提供的坯件的相對應(yīng)的第一部分和第二部分更柔軟以及比所提供的坯件的相對應(yīng)的第一部分和第二部分更具延展性。
【具體實(shí)施方式】
[0012]提出以下描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出并使用本發(fā)明，并且以下描述是在特定應(yīng)用及其需求的環(huán)境下提供的。對所公開的各實(shí)施方式的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，并且在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，本文中所限定的一般原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方式和應(yīng)用。因而，本發(fā)明并非旨在限制所公開的各實(shí)施方式，而是旨在符合與本文所公開的原理和特征