熱處理以提高鋁板的接合性的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】熱處理以提高鋁板的接合性
[0001]相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年11月I日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/898，931的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容因此結(jié)合于此用作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及熱處理以提高鋁板的接合性，諸如過(guò)時(shí)效熱處理。
【背景技術(shù)】
[0004]在汽車(chē)設(shè)計(jì)中減輕車(chē)重的一種方法是采用鋁密集型車(chē)輛(AIV)。AIV往往是基于鋼型車(chē)輛結(jié)構(gòu)的一體式車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它們是沖壓板部件的組件。汽車(chē)AIV設(shè)計(jì)主要集中5xxx和6xxx系列鋁板，這是因?yàn)樗鼈兡軌蛞耘c汽車(chē)中那些已經(jīng)采用的鋼板制造方法相符方法進(jìn)行成形與加工。這些合金可具有與鋼型車(chē)輛平臺(tái)中通常使用的軟鋼板等效的強(qiáng)度。當(dāng)執(zhí)行某些熱處理工藝時(shí)，該6xxx系列銷(xiāo)合金可經(jīng)歷改善的機(jī)械強(qiáng)度特性。例如，T6狀態(tài)(T6-temper)表示鋁合金的峰值時(shí)效響應(yīng)。設(shè)計(jì)者在優(yōu)化材料的強(qiáng)度時(shí)常常使用這種狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種包括第一元件的組件，該第一元件包括6xxx系列鋁合金。該合金可進(jìn)行熱處理以具有至少200MPa的屈服強(qiáng)度和可達(dá)0.4的r/t (彎曲性)比值。鉚釘可將第一元件穩(wěn)固至一個(gè)或多個(gè)另外的元件。
[0006]該鉚釘可維持與6xxx系列鋁合金的緊密接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，該鉚釘為自沖鉚釘(SPR)。SPR所形成的扣形物(button)可在6xxx系列銷(xiāo)合金中形成，同時(shí)扣形物中基本無(wú)開(kāi)裂。在一個(gè)實(shí)施例中，6xxx系列銷(xiāo)合金具有可達(dá)0.3的r/t比值。6xxx系列銷(xiāo)合金可為6061合金或6111合金并可被熱處理成T7或T8狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，6xxx系列鋁合金可被熱處理成具有至少260MPa的屈服強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，該組件可包括通過(guò)鉚釘接合的多達(dá)四個(gè)元件。第一元件和一個(gè)或多個(gè)另外的元件均由熱處理成具有至少200MPa的屈服強(qiáng)度和可達(dá)0.4的r/t (彎曲性)比值的6XXX系列鋁合金形成。第一元件和一個(gè)或多個(gè)另外的元件均可具有0.8至4_的厚度。
[0007]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種將鋁合金接合至汽車(chē)組件的方法。該方法可包括:以220 °C至240 °C的溫度對(duì)6xxx系列鋁合金持續(xù)熱處理30分鐘至7小時(shí)以產(chǎn)生具有至少200MPa的屈服強(qiáng)度和可達(dá)0.4的r/t (彎曲性)比值的合金。該方法可進(jìn)一步包括將含有熱處理合金的第一元件鉚接至一個(gè)或多個(gè)另外的元件。
[0008]這種鉚接可采用自沖鉚釘(SPR)完成。在一個(gè)實(shí)施例中，熱處理步驟具有5至7小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。該熱處理步驟可包括:將6XXX系列鋁合金熱處理成具有可達(dá)0.3的r/t比值的T7狀態(tài)。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱處理步驟可具有30至90分鐘的持續(xù)時(shí)間。該熱處理步驟可包括:將6XXX系列鋁合金熱處理成具有至少260MPa的屈服強(qiáng)度的T8狀態(tài)。
[0009]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種包括第一元件的組件，該第一元件包括被熱處理成具有至少200MPa的屈服強(qiáng)度和可達(dá)0.4的r/t (彎曲性)比值的6xxx系列鋁合金。一個(gè)或多個(gè)另外的元件可通過(guò)自沖鉚釘(SPR)穩(wěn)固至第一元件，該SPR延伸穿過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)另外的元件并維持與6xxx系列銷(xiāo)合金的緊密接觸?？坌挝锟稍?xxx系列銷(xiāo)合金中形成，且SPR可終止于該扣形物中。該6xxx系列鋁合金還可被熱處理成具有至少260MPa的屈服強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為示出銷(xiāo)合金的若干處理階段(tempering stages)的強(qiáng)度與人工時(shí)效時(shí)間的不意圖；
[0011]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例所要接合的兩個(gè)元件的組件的示意性截面圖；
[0012]圖3A是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的經(jīng)過(guò)T6狀態(tài)的鋁合金的組件的截面圖；
[0013]圖3B和圖3C分別是圖3A的組件的斜視圖和仰視圖；
[0014]圖4A是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有T7狀態(tài)的鋁合金的組件的截面圖；
[0015]圖4B和圖4C分別是圖4A的組件的斜視圖和仰視圖；
[0016]圖5是可被用以測(cè)試鋁合金的彎曲性的半引導(dǎo)翹曲彎曲測(cè)試儀的圖片；
[0017]圖6是采用圖5的翹曲彎曲測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試的試件的實(shí)例；
[0018]圖7A和圖7B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.28的r/t比值的1.8mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0019]圖8A和圖8B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.71的r/t比值的1.8mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0020]圖9A和圖9B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.25的r/t比值的2.0mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0021]圖1OA和圖1OB分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.64的r/t比值的2.0mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0022]圖1lA和圖1lB分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.3的r/t比值的2.7mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0023]圖12A和圖12B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.75的r/t比值的
2.7mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0024]圖13A和圖13B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.23的r/t比值的
3.5mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0025]圖14A和圖14B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.65的r/t比值的
3.5mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0026]圖15A和圖15B是包括在多次熱處理之后針對(duì)6061合金的屈服強(qiáng)度和彎曲性數(shù)據(jù)的表格；
[0027]圖16是由SPR接合的6111合金件的彎曲性與厚度的數(shù)據(jù)圖及鉚釘接合的可接受性的數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明的具體實(shí)施例按要求在此公開(kāi)，然而，應(yīng)當(dāng)理解，在此公開(kāi)的實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例，其能夠以各種替代方式實(shí)施。附圖未必按比例繪制；可對(duì)一些特征放大或縮小以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)視為限定，而僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式應(yīng)用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0029]鋁合金通常由四位數(shù)字表示，其中，第一數(shù)字通常表示主要合金元素。在該系列符號(hào)中由字母“X”表示的另外的數(shù)字限定準(zhǔn)確的鋁合金。例如，5XXX系列的主要合金元素為鎂，且對(duì)于6xxx系列而言，主要合金元素為鎂和娃。對(duì)于5xxx和6xxx系列銷(xiāo)合金而言，分別為鋁-鎂和鋁-鎂-硅合金。這種5XXX和6XXX系列鋁合金可通過(guò)與軟鋼板的成形和加工的方法相符的方法進(jìn)行成形和加工。通常具有高強(qiáng)度的7XXX系列具有鋁和鋅作為主要合金元素。
[0030]特定6xxx系列合金的實(shí)例可包括6061，其可具有的成分包括0.4%至0.8%的硅、可達(dá)0.7%的鐵、0.15%至0.40%的銅、可達(dá)0.15%的錳、0.8%至1.2%的鎂、0.04%至0.35%的鉻、可達(dá)0.25%的鋅、可達(dá)0.15%的鈦及每種可達(dá)0.05%的其它元素(總共0.15% )，所有上述元素的百分比為重量百分比，其余為鋁。多種汽車(chē)部件，諸如支架、車(chē)身部件、緊固件及其它可包括6061鋁。6XXX系列合