具有長時間自然時效穩(wěn)定性的Al-Mg-Si系鋁合金材料、鋁合金板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種侶合金材料，尤其設(shè)及一種Al-Mg-Si系侶合金材料。本發(fā)明還設(shè) 及了該Al-Mg-Si系侶合金材料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車用材輕量化是當(dāng)前汽車制造商關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車結(jié)構(gòu)件采用侶合金板材的情 況日益增多，可選材料有2000系、5000系和7000系合金材料。然而，含化的2000系合金 材料的耐腐蝕不佳，5000系合金材料在烘烤處理中容易軟化，而7000系合金材料的延伸率 不足而會造成材料加工性能的困難?？蛇M(jìn)行熱處理強(qiáng)化的6000系A(chǔ)l-Mg-Si合金材料因具 備較好的成形性、耐腐蝕性和可焊接性，目前正日益得到廣泛地應(yīng)用，尤其在汽車的內(nèi)外板 制造領(lǐng)域。
[0003] 但是6000系A(chǔ)l-Mg-Si合金材料在固溶處理后會發(fā)生自然時效現(xiàn)象，儀娃原子在 室溫會偏聚，引起屈服強(qiáng)度的升高。特別在侶合金板材的運(yùn)輸和存儲過程中，隨著時間的推 移，板材的機(jī)械性能會發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，經(jīng)常是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均上升，而延伸率則顯 著下降，導(dǎo)致時效后的侶合金板材在沖壓時回彈現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至在包邊加工時發(fā)生開裂，嚴(yán) 重影響生產(chǎn)質(zhì)量。自然時效問題已嚴(yán)重影響了Al-Mg-Si系侶合金板材在汽車中的廣泛應(yīng) 用，甚至采用恒溫18°C的集裝箱來運(yùn)輸侶卷W避免侶合金板材的自然時效，生產(chǎn)成本巨大。
[0004] 從析出強(qiáng)化的角度來講，理想的Al-Mg-Si系汽車用侶板需要符合滿足W下要求： (1)在固溶處理后的運(yùn)輸和儲備階段（該階段的溫度處于室溫附近，板材未經(jīng)任何塑形加 工，該階段稱為運(yùn)輸儲備自然時效）只生成納米團(tuán)簇而不生成0"析出相，且該納米團(tuán)簇在 經(jīng)過長時間的運(yùn)輸儲備自然時效后尺寸和密度不發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)為板材具有長時間的 自然時效穩(wěn)定性；（2)在經(jīng)過沖壓成形并噴漆的烘烤處理后（18(rc-190°c)將會生成大量 的0"析出相，表現(xiàn)為加工后的板材零部件的強(qiáng)度有明顯的提高。也就是說，在第（1)情況 下的板材具備較低的屈服強(qiáng)度和良好的沖壓性能，在第（2)情況下的板材通過析出強(qiáng)化來 顯著地提高板材的強(qiáng)度，從而使汽車用零部件具備較好的抗凹性。
[0005][0006][0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于提供一種具有長時間自然時效穩(wěn)定性的Al-Mg-Si系侶合金材 料，其具有較高的強(qiáng)度及優(yōu)良的自然時效穩(wěn)定性。經(jīng)過長時間自然時效后，侶合金材料的屈 服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率等各項綜合性能的穩(wěn)定性好。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有長時間自然時效穩(wěn)定性的Al-Mg-Si 系侶合金材料，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為：
[0010] 0. 3%《Mg《0. 6% ;
[0011] 0. 8%《Si《1. 2% ;
[001引 0. 05%《Mn《0. 15% ;
[0013] 0 <Cu《0. 03% ;
[0014] 0<化《0. 12%;
[0015] 0<Ti《0.05%;
[0016] 0. 05%《Ca《0. 15%和0. 05%《Sr《0. 15%的至少其中之一；
[0017] 其余為A1和其他不可避免雜質(zhì)。
[001引本發(fā)明所述的具有長時間自然時效穩(wěn)定性的Al-Mg-Si系侶合金材料中的各化學(xué) 元素的設(shè)計原理為：
[0019]Mg、Si;Mg和Si是Al-Mg-Si系侶合金材料添加的主要合金元素，是形成Mg-Si系 金屬間化合物的關(guān)鍵元素。由于Si的原子半徑比A1原子小，而Mg的原子半徑比A1原子 大，同時Mg和Si元素之間混合洽的負(fù)值較大，Mg原子和Si原子能夠形成穩(wěn)定的原子間結(jié) 合，在變形過程中可W形成納米團(tuán)簇和/或規(guī)則G.P區(qū)，在后續(xù)噴漆后的烘烤處理過程中 可W發(fā)展成納米級的析出物，從而使得該侶合金材料具有更高的強(qiáng)度。經(jīng)固溶處理后，Mg、 Si原子會固溶在基體中，在之后的自然時效、低溫人工時效或烘烤處理中偏聚長大并析出， 有助于侶合金材料強(qiáng)度的提升。發(fā)明人通過大量研究和試驗發(fā)現(xiàn)，相對于Mg含量，Si含量 的適度富余有助于令侶合金材料具備更為優(yōu)異的烘烤硬化效應(yīng)，故而，希望將Si/Mg的質(zhì) 量百分比含量之比控制在不小于1. 2,但是，在此基礎(chǔ)上，Si的含量不宜超過1. 2wt%，否則 侶合金材料會在鑄造中凝固析出的結(jié)晶物會粗大化，將會惡化侶合金材料的成形性能。另 夕F，為了獲得良好的烘烤硬化效果，Mg含量不能小于0. 3wt. %;另一方面，如果Mg含量超過 0.6wt. %，容易在材料表面出現(xiàn)拉伸應(yīng)變痕。因此，在本發(fā)明所述的具有長時間自然時效穩(wěn) 定性的Al-Mg-Si系侶合金材料中的Mg含量為；0. 3-0. 6wt. %，Si含量為；0. 8-1. 2wt. %。[0020] Mn;Mn在均熱化處理中生成彌散顆粒，該個顆?？蒞妨礙再結(jié)晶后的晶粒長大， W起到細(xì)化晶粒的效果。同時，該顆粒能夠溶解雜質(zhì)鐵，W形成Ale(化Mn)，減少鐵的有害作 用。但是，若Mn含量超過0. 15wt. %，容易生成粗大的樹枝狀A(yù)WeSiMn系金屬間化合物， 從而會嚴(yán)重惡化侶合金材料的包邊性能。為此，對于本發(fā)明所述的侶合金材料來說，應(yīng)該將 Mn的質(zhì)量百分比含量控制為；0. 05-0. 15wt. %。
[002U 化；化在侶合金材料中固溶，在時效過程中，化元素形成Q'相析出他相為一種 沿著侶基體<00l〉A(chǔ)i方向生長的板條狀的析出相），W有效地提高材料的烘烤硬化性能。不 過，化易于在晶界聚集，會顯著地降低材料的耐腐蝕性能和成形性能?；诒景l(fā)明的技術(shù) 方案，可W在侶合金材料中添加一定含量的化，并需要將化含量的上限設(shè)定為0. 03wt. %。
[0022] Fe;化作為基體金屬雜質(zhì)存在于侶合金材料中的，需要控制得越低越好。在鑄 造凝固過程中與Mn、Si-起W片層狀的Ale(FeMn)和A1。(化Mn)3Si金屬間化合物形式析 出，熱軸卷取后W該結(jié)晶物為形核點(diǎn)進(jìn)行再結(jié)晶，得到微細(xì)的再結(jié)晶晶粒。當(dāng)化含量超過 0. 12wt. %就會引起粗大的樹枝狀金屬間化合物，且一旦片層厚度大于0. 5ym時，更易造 成材料強(qiáng)度和成形性的劣化。為此，在本發(fā)明的具有長時間自然時效穩(wěn)定性的Al-Mg-Si系 侶合金材料中，需要將化元素的含量控制為；〇 <化《0. 12wt. %。
[0023]Ti;Ti是良好的鑄錠細(xì)化劑。微細(xì)化后的鑄錠的晶粒，能夠有效地提高材料的成 形性?？墒牵热鬞i含量超過0. 05wt. %，就會形成粗大的結(jié)晶物反而會劣化材料的成形 性。因此，Ti的含量W不超過0. 〇5wt. %為最佳。
[0024] 化、Sr;化和Sr的原子半徑均大于A1，Ca、Sr原子和A1原子混合洽的負(fù)值分別是 A^Si原子混合洽的10倍和8倍，Ca、Sr原子和Si原子的混合洽的負(fù)值分別是Mg-Si原子 混合洽的3. 4倍和3. 2倍。在熱變形或時效時易于形成穩(wěn)定態(tài)，然而，過量的化和Sr容易 形成塊狀的金屬間化合物如AlsCa、Al^a、AlsSr、A^Sr，該些化合物會惡化侶