專利名稱：一種汽車車身用鋁合金及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車車身板的鋁合金材料及其熱處理工藝，屬于鋁合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車輕量化是汽車發(fā)展方向之一，而汽車車身的鋁合金化則是輕量化的重要手段。6xxx系A(chǔ)l-Mg-Si合金，如AA6022、AA6111和AA6016，作為最有應(yīng)用前景的車身板材已經(jīng)在歐美、日本等國(guó)生產(chǎn)的汽車中得到應(yīng)用。該系合金通常在材料生產(chǎn)廠進(jìn)行固溶處理，然后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的存儲(chǔ)及運(yùn)輸后，再在汽車生產(chǎn)廠進(jìn)行沖壓成形，并最終進(jìn)行烤漆處理。因此對(duì)于6XXX系鋁合金汽車板的一般要求為在材料沖壓前的放置過(guò)程中，性能穩(wěn)定；材料成形性能較高，以利于沖壓成形；較高的時(shí)效硬化效應(yīng)，以利于在烤漆處理過(guò)程中，提高材料的強(qiáng)度(抗沖擊性能)。目前已經(jīng)得到應(yīng)用的汽車車身用6XXX系合金主要為過(guò)剩Si型合金。過(guò)剩Si的添加一方面能提高材料的成形性能，另一方面則可能增加材料的自然時(shí)效效應(yīng)，降低材料的烤漆硬化效果。同時(shí)，高Si含量也不利于材料的再回收。因此有必要開發(fā)一 種新型的汽車車身板用6XXX系鋁合金及其熱處理工藝，使得合金板材在汽車材料生產(chǎn)廠制備完畢后，性能能穩(wěn)定至材料沖壓之前；且具有較高的成形性能以及烤漆硬化能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種過(guò)剩Mg型的汽車車身板用6xxx系鋁合金及其預(yù)熱處理方法，通過(guò)合理優(yōu)化6XXX系合金中各合金元素的含量及預(yù)時(shí)效工藝，使得材料具有較好的綜合性能。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種汽車車身用鋁合金，其成分的質(zhì)量百分含量為
Si 0. 35 0. 75 wt%,
Mg 0. 75 1. 15 wt%，
Cu 0. 20 0. 50 wt%，
Mn 0. 10 0. 60 wt%，
Cr < 0. 10 wt%，
Ti < 0. 15 wt%，
Zn ^ 0. 25 wt%，
Fe 0. 05 0. 30 wt%，
其他元素或雜質(zhì)各自〈0.05 wt%，并且總計(jì)〈O. 15 wt%,
余量為Al。進(jìn)一步的，上述的一種汽車車身用鋁合金，合金為過(guò)剩Mg型合金，即，Mg含量與Si含量之比大于I。
更進(jìn)一步的，上述的一種汽車車身用鋁合金，成分的質(zhì)量百分含量Mg為0.85 1. 05 wt%, Si 為 0. 40 0. 55 wt%, Cu 為 0. 20 0. 35 wt%, Mn 為 0.1 0. 25 wt%, Fe 為
0.05 0. 20 wt%0本發(fā)明一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，將鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火熱處理后，再經(jīng)過(guò)熱軋、中間退火、冷軋加工成板材；將鋁合金板材在540 565°C進(jìn)行固體處理后快速淬火至不高于100°C，然后在15分鐘內(nèi)進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，預(yù)時(shí)效處理工藝是180 200°C預(yù)時(shí)效10 60秒或者70 130°C預(yù)時(shí)效0. 2 12小時(shí)。再進(jìn)一步的，上述的一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，在180 200°C預(yù)時(shí)效10 60秒后再在24小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行70 130°C時(shí)效處理0. 2 12小時(shí)。再進(jìn)一步的，上述的一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，板材進(jìn)行烤漆處理，使材料的屈服強(qiáng)度不低于180 MPa。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在
本發(fā)明通過(guò)控制合金元素Mg、S1、Cu、Mn的含量，以及相關(guān)預(yù)時(shí)效工藝的開發(fā)，使得材料具有優(yōu)異的烘烤硬化以及成形性能，同時(shí)使材料具有優(yōu)異的室溫穩(wěn)定性(自然時(shí)效過(guò)程中材料性能穩(wěn)定)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一種汽車車身用鋁合金，其成分的質(zhì)量百分含量為Si 0. 35 0. 75 wt%,Mg 0. 75 1. 15 wt%, Cu 0. 20 0. 50 wt%, Mn 0. 10 0. 60 wt%, Cr ^ 0. 10 wt%, Ti(0. 15 wt%, Zn ( 0. 25 wt%, Fe 0. 05 0. 30 wt%，其他元素或雜質(zhì)各自〈O. 05 wt%，并且總計(jì)〈O. 15 wt%，余量為Al。合金為過(guò)剩Mg型合金，S卩，Mg含量與Si含量之比大于I。最佳成分范圍是Mg為 0. 85 1. 05 wt%, Si 為 0. 40 0. 55 wt%, Cu 為 0. 20
0.35 wt%, Mn 為 0.1 0. 25 wt%, Fe 為 0. 05 0. 20 wt%。本發(fā)明一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，將鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火熱處理后，再經(jīng)過(guò)熱軋、中間退火、冷軋加工成板材；將鋁合金板材在540 565°C進(jìn)行固體處理后快速淬火至不高于100°C，然后在15分鐘內(nèi)進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，預(yù)時(shí)效處理工藝是180 200°C預(yù)時(shí)效10 60秒或者70 130°C預(yù)時(shí)效0. 2 12小時(shí)，即高溫短時(shí)或者低溫長(zhǎng)時(shí)間預(yù)時(shí)效，從而使合金在預(yù)時(shí)效后性能穩(wěn)定，能夠室溫放置較長(zhǎng)時(shí)間(如I個(gè)月)。如果是180 200°C預(yù)時(shí)效10 60秒，需再在24小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行70 130°C時(shí)效處理0. 2 12小時(shí)，能夠使合金在長(zhǎng)時(shí)間自然時(shí)效中保持性能穩(wěn)定。板材進(jìn)行烤漆處理，使材料的屈服強(qiáng)度不低于180 MPa，烤漆處理等效于將材料在170°C人工時(shí)效0. 5小時(shí)。Mg和Si元素是6xxx系鋁合金中的主要合金元素。提高合金中Si元素的含量，由于促進(jìn)了強(qiáng)化相的形成以及固溶強(qiáng)化效應(yīng)，從而使得材料具有更高的烤漆強(qiáng)度。同時(shí)Si兀素的增加有利于提聞材料的加工硬化能力和抗應(yīng)變集中的能力，從而使得材料具有較聞的成形性能。另一方面，較高的Si元素可能使得材料在固溶處理之后的自然時(shí)效過(guò)程中，性能更加不穩(wěn)定，從而降低材料的烤漆性能，且Si含量過(guò)高不利于材料的回收。因此相對(duì)于高Si的車身用鋁合金，本專利限制Si在較低的范圍之內(nèi)0. 35-0. 75 Wt. %。為使材料具有較好的烤漆性能，還必須添加適量的Mg元素。Mg元素過(guò)高則會(huì)降低材料的抗應(yīng)變集中的能力，雖然提高M(jìn)g含量也能提高加工硬化能力，但在兩者的綜合作用下，將降低材料的成形性能。在更高M(jìn)g的情況下,體系中還可能形成難溶的Mg2Si大顆粒,進(jìn)一步降低材料的成形性能。而Mg元素過(guò)低，則可能造成強(qiáng)化效果的不足。因此本專利限制Mg在0.75 1.15 wt. %。通常6XXX系鋁合金中，還會(huì)添加Cu元素以抑制自然時(shí)效的不利作用。同時(shí)Cu元素還將提高材料的加工硬化能力。但Cu的添加，也可能對(duì)材料的耐腐蝕性能帶來(lái)不利的影響。因此本專利限制Cu在0. 20 0. 50 wt. %。6xxx系鋁合金中通常添加Fe、Mn元素。Fe、Mn元素形成的含F(xiàn)e相顆粒有利于細(xì)化再結(jié)晶晶粒，降低或減輕橘皮狀表皮現(xiàn)象的敏感性。且含F(xiàn)e顆粒對(duì)于加工硬化能力的提高也有幫助。但是Fe、Mn元素過(guò)多，將降低材料的成形性能并且可能造成耐蝕性能的下降。綜合考慮，F(xiàn)e和Mn元素的含量，分別限制在0. 05 0. 30 wt%^P 0. 10 0. 60 wt. %。同時(shí)6xxx系鋁合金中的微量元素Cr、Zn、Ti對(duì)材料的性能也有一定的影響，需要進(jìn)一步的限定。在獲得以上敘述成分的合金后，還需要對(duì)合金施加合適的預(yù)熱處理工藝，以發(fā)揮材料合金成分的優(yōu)勢(shì)。通常6XXX系鋁合金固溶淬火后，在室溫放置過(guò)程中，將由于組織中原子團(tuán)簇的形成，造成強(qiáng)度的升高和烤漆硬化能力的下降。若在合金淬火后的15分鐘之內(nèi)，對(duì)合金施以(18(T200°C)x (1(T60)秒的預(yù)時(shí)效，則能夠在此后的24小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定材料的性能；若對(duì)材料施以(7(Tl30°C )x (0. 2^12)小時(shí)的預(yù)熱處理，則能使得材料的性能在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(如I個(gè)月)保持穩(wěn)定。前者適合于在線預(yù)熱處理，而后者適合于批處理。根據(jù)材料生產(chǎn)廠的生產(chǎn)條件，兩種預(yù)熱處理工藝可以結(jié)合起來(lái)，穩(wěn)定材料的性能。本發(fā)明將主合金元素Mg、S1、Cu以及Fe、Mn等微量元素含量合理調(diào)整，并對(duì)合金施以預(yù)時(shí)效處理，使得材料性能穩(wěn)定，并兼顧較高的成形性能和烤漆硬化能力。本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)將由以下例子體現(xiàn)。表I列出6種 合金成分，其相關(guān)處理工藝如實(shí)例I飛所示，其中3#~6#為比較合金。表I合金成分(wt. %)
1 [Si [Fe [Cu [Mn [Mg [Zn [Ti 1#~ 0.48 0.08~0.29 olT 0. 96 0. 12 0. 11 2#~ 0.42 0.0^0.27 oTTT1. 04 0. 15 0. 09 3#~ 0. 50 0. 07~〈O. 01 OF1. 06 0. 12 0. 10 4#~1. 26 0. 07~<0. 01 OlT 0. 41 0. 13 0.11 5#~ 1.22 0.09~0.27 OF 0. 35 0. 11 0. 11 6#~ |o. 41 |o. 09 |o. 73 |o. 17 |l. 01 |o. 15 |o. 11
實(shí)施例1
合金固溶處理水淬后，自然放置一周，其力學(xué)性能及成形性能與現(xiàn)有汽車車身板用鋁合金對(duì)比如表2所示。1#，3#合金的成形性能與現(xiàn)有AA6016、AA6022和AA6111合金的相當(dāng)。一般用n值(加工硬化指數(shù))評(píng)價(jià)合金板材加工硬化能力，n值越高表明沖壓成形過(guò)程中板材變形更加均勻。FLDtl也是衡量材料成形性能的一個(gè)重要參數(shù)。該值越高，材料成形性能越好。同時(shí)，從表2還可以看到，在3#合金基礎(chǔ)上進(jìn)一步添加Cu元素(1#合金)，在其他性能不發(fā)生明顯變化的基礎(chǔ)上，合金成形性能顯著提升。表2. T4態(tài)合金機(jī)械性能、成形性能對(duì)比
合金|Rp0.2(MPa) IRm(MPa) [Au (%) |A(%) In IFLDn
1#|l35丨261丨24.7 丨33.6 |o. 27 |o. 28
權(quán)利要求
1.一種汽車車身用鋁合金，其特征在于其成分的質(zhì)量百分含量為Si 0. 35 0. 75 wt%，Mg 0. 75 1. 15 wt%，Cu 0. 20 0. 50 wt%，Mn 0. 10 0. 60 wt%， Cr ≤ 0. 10 wt%， Ti ≤ 0. 15 wt%， Zn ≤ 0. 25 wt%，F(xiàn)e 0. 05 0. 30 wt%， 其他元素或雜質(zhì)各自〈0.05 wt%，并且總計(jì)〈O. 15 wt%, 余量為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車車身用鋁合金，其特征在于合金為過(guò)剩Mg型合金，即，Mg含量與Si含量之比大于I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種汽車車身用鋁合金，其特征在于成分的質(zhì)量百分含量Mg 為 0. 85 1. 05 wt%，Si 為 0.40 0. 55 wt%，Cu 為 0. 20 0. 35 wt%，Mn 為 0.1 0.25 wt%, Fe 為 0. 05 0. 20 wt%。
4.權(quán)利要求1所述的一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，其特征在于將鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火熱處理后，再經(jīng)過(guò)熱軋、中間退火、冷軋加工成板材；將鋁合金板材在540 565°C進(jìn)行固體處理后快速淬火至不高于100°C，然后在15分鐘內(nèi)進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，預(yù)時(shí)效處理工藝是180 200°C預(yù)時(shí)效10 60秒或者70 130°C預(yù)時(shí)效0. 2 12小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，其特征在于在180 200°C預(yù)時(shí)效10 60秒后再在24小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行70 130°C時(shí)效處理0. 2 12小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種汽車車身用鋁合金的熱處理方法，其特征在于板材進(jìn)行烤漆處理，使材料的屈服強(qiáng)度不低于180 MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車車身用鋁合金及熱處理方法，其成分Si0.35～0.75wt%，Mg0.75～1.15wt%，Cu0.20～0.50wt%，Mn0.10～0.60wt%，Cr≤0.10wt%，Ti≤0.15wt%，Zn≤0.25wt%，F(xiàn)e0.05～0.30wt%，其他元素或雜質(zhì)各自<0.05wt%，并且總計(jì)<0.15wt%，余量為Al。鋁合金板材在540～565℃固體處理后快速淬火至不高于100℃，在15分鐘內(nèi)進(jìn)行180～200℃預(yù)時(shí)效10～60秒或70～130℃預(yù)時(shí)效0.2～12小時(shí)。鋁合金經(jīng)過(guò)預(yù)時(shí)效處理后的室溫放置過(guò)程中性能穩(wěn)定，烤漆前具有較好成形性能。
文檔編號(hào)C22F1/047GK103060632SQ20121054840
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者曹玲飛, 邁多, 保羅, 鐘皓, 高翔, 紀(jì)艷麗, 胡平, 郭富安 申請(qǐng)人:莫納什大學(xué), 蘇州有色金屬研究院有限公司