微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種錯(cuò)合金材料，具體涉及一種微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 6000系鋁合(Al-Mg-Si合金)金具有中高等強(qiáng)度，良好的焊接性和耐蝕性，且成型 性好，烘烤后表面質(zhì)量高，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，是目前汽車(chē)輕量化的關(guān)鍵材料，已廣泛應(yīng)用 于國(guó)外制造的車(chē)身外板中，如車(chē)門(mén)，車(chē)頂蓋，發(fā)動(dòng)機(jī)外板及后行李箱蓋等，為滿足汽車(chē)工業(yè) 的需求，6000系鋁合金需要在T4態(tài)具有較低的屈服強(qiáng)度以獲得足夠沖壓成形性，同時(shí)在涂 裝烘烤后具有較高的屈服強(qiáng)度以使合金具有較好的抗凹陷性。然而，我國(guó)6000系鋁合金在 工業(yè)上卻無(wú)法獲得大規(guī)模的應(yīng)用，主要原因是其沖壓成形性不足。然而，我國(guó)6000系鋁合金 在工業(yè)上卻無(wú)法獲得大規(guī)模的應(yīng)用，主要原因是其沖壓成形性不足。但是工業(yè)上，6000系合 金固溶后的室溫停放是不可避免的，因此抑制自然時(shí)效的不利作用、提高合金的析出動(dòng)力 學(xué)是推進(jìn)汽車(chē)車(chē)身用6000系鋁合金發(fā)展所亟待解決的問(wèn)題。
[0003]目前工業(yè)上主要是通過(guò)添加微合金化元素及采用合適的熱處理工藝調(diào)控合金中 析出相的形成，從而獲得理想的性能。傳統(tǒng)的微合金化元素(Cu，Ag，Mn等）雖然可以有效促 進(jìn)6000系鋁合金的烘烤硬化，但往往難以保證合金在T4態(tài)獲得較低的屈服強(qiáng)度和較好成形 性，而6000系鋁合金的成形性是制約汽車(chē)車(chē)身鋁化技術(shù)的瓶頸。因此同時(shí)改善合金的成形 性及烘烤硬化性是6000系鋁合金發(fā)展的關(guān)鍵。微合金In化則可抑制自然時(shí)效對(duì)合金的消極 作用，獲得較低的T4態(tài)屈服強(qiáng)度和較好成形性，并同時(shí)提高合金的烘烤硬化性能，使得合金 具有優(yōu)良的綜合性能，具有從根本上解決困擾工業(yè)界多年的自然時(shí)效問(wèn)題的可能性，并為 新型車(chē)身用6000系鋁合金板材的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金。通過(guò) 在Al-Mg-Si合金中加入微量的元素 In，抑制不可避免的自然時(shí)效對(duì)6000系鋁合金成形性和 烘烤硬化性的消極作用，從根本上降低T4態(tài)合金的屈服強(qiáng)度，并使合金獲得良好的烘烤硬 化性，綜合提高6000系鋁合金的各種性能，為新型車(chē)身用6000系鋁合金板材的開(kāi)發(fā)奠定基 礎(chǔ)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
[0006] 1、微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金，所述合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成:Mg: 1 · 0 - 1 · 5wt .%;Si:0.5-l. Owt · % ; ; In: 〇-〇 · 5wt · % ;控制合金中Μη: < 0 · 5wt · % ; Fe < 0 · 2wt · % 其余為A1。
[0007] 優(yōu)選的，所述合金按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成：Mg: 1.15wt% ; Si : 0.73wt% ; In : 0· llwt% ;控制合金中Μη: < 0.5wt. % ;Fe < 0.2wt· % ;其余為Al。
[0008] 2、所述微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金的制備方法，具體步驟如下：
[0009 ] 1)原料準(zhǔn)備:選取純鋁、純鎂、純In和Al-Si中間合金；
[0010] 2)熔煉:將所選原料加入電阻熔煉爐中融化；
[0011] 3)澆鑄:將步驟2)熔體澆鑄到模具中，7令卻得合金鑄錠；
[0012] 4)均勻化處理:將合金鑄錠以50°C/h的升溫速率加熱到400-450°C保溫2-5小時(shí)， 然后加熱到540-570°C保溫4-8小時(shí)；
[0013] 5)熱乳和冷乳:熱乳變形是在Φ 350兩輥熱乳機(jī)組上進(jìn)行，開(kāi)乳溫度為520-560°C， 終乳溫度低于300°C，然后對(duì)熱乳板進(jìn)行冷乳處理得成品。
[0014] Al-Mg-Si合金中加入微量In是通過(guò)控制熱處理過(guò)程中空位的禁錮和釋放來(lái)達(dá)到 抑制自然時(shí)效、促進(jìn)人工時(shí)效的效果。通過(guò)第一性原理及熱動(dòng)力學(xué)計(jì)算可發(fā)現(xiàn)，In在室溫時(shí) 與空位的結(jié)合能力非常強(qiáng)，遠(yuǎn)大于Mg、Si原子，Al-Mg-Si合金在淬火階段產(chǎn)生大量空位，在 自然時(shí)效時(shí)In首先與空位結(jié)合成In原子-空位對(duì)，抑制Mg、Si原子與空位的結(jié)合，導(dǎo)致Mg、Si 原子團(tuán)簇及Mg-Si共同團(tuán)簇難以形成，從而抑制合金的自然時(shí)效。經(jīng)過(guò)自然時(shí)效的樣品再進(jìn) 行人工時(shí)效，由于In在高溫時(shí)與空位的結(jié)合能力下降，In原子將空位釋放出來(lái)，為人工時(shí)效 時(shí)第二相的形核提供空位，從而有效加速合金的析出動(dòng)力學(xué)，增強(qiáng)人工時(shí)效的硬化效果。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明引入了一種新的微合金化工藝，在Al-Mg-Si合金 中加入微量的In元素，微量In在Al-Mg-Si合金中，通過(guò)調(diào)控?zé)崽幚磉^(guò)程中空位的禁錮和釋 放，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然時(shí)效和人工時(shí)效動(dòng)力學(xué)的調(diào)控，有效抑制自然時(shí)效對(duì)合金的消極作用，使合 金獲得較低的T4態(tài)屈服強(qiáng)度和較好成形性，并同時(shí)提高其烘烤硬化性能，令其具有優(yōu)良的 綜合性能，有效解決了困擾學(xué)術(shù)界和工業(yè)界多年的自然時(shí)效問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖（圖中 A1表不對(duì)比實(shí)施例制備的合金，A2表不實(shí)施例1制備的合金）。
[0017] 圖1表示不同時(shí)間自然時(shí)效的硬度曲線圖；
[0018]圖2表示固溶水淬后直接人工時(shí)效的硬度曲線；
[0019] 圖3表示經(jīng)過(guò)兩周自然時(shí)效后的170°C人工時(shí)效硬度曲線；
[0020] 圖4表示不同時(shí)效狀態(tài)下兩種合金的屈服強(qiáng)度；
[0021] 圖5表示TEM明場(chǎng)像表征圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方 法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金，所述合金按質(zhì)量百分比計(jì)由以下組分組成： Mg:1.15% ;Si:0.73% ;Mn:0.063% ;Fe:0.12% ;Ιη:0·11% ;其余為A1。
[0025] 微合金優(yōu)化的車(chē)身用Al-Mg-Si合金，制備方法如下：（以99.98%工業(yè)純鋁，純Mg、 純In及Al-Si中間合金為原料，按照一定的添加順序加入電阻熔煉爐中融化，然后將合金熔 體澆入水冷鋼模中成形(鋼模尺寸300mm(長(zhǎng))*200mm(寬)*60mm(高））；隨后對(duì)鑄錠進(jìn)行切頭 銑面，以50 °C/h的升溫速率對(duì)切好的鑄錠進(jìn)行440 °C*4h+560 °C*6h雙級(jí)均勻化處理;熱乳變 形是在Φ 350兩輥熱乳機(jī)組上進(jìn)行，開(kāi)乳溫度為540°C，終乳溫度低于300°C，終乳厚度為 6mm;然后對(duì)熱乳板進(jìn)行冷乳處理，得到終乳厚度為1mm的冷乳板進(jìn)行試驗(yàn)。）
[0026]對(duì)比實(shí)施例1
[0027] -種Al-Mg-Si合金，所述合金按質(zhì)量百分比計(jì)由以下組分組成:Mg: 1.09% ;Si : 0.71 % ;Mn:0.062% ;Fe:0.11 % ;其余為A1。制備方法與實(shí)施例1所示相同。
[0028]性能測(cè)試：
[0029] 分別將實(shí)施例1及對(duì)比實(shí)施例1鑄造完成的合金在440°04h+560°06h雙級(jí)均勻化 處理，之后通過(guò)熱乳和冷乳得到厚度為1mm的乳制板。這些乳制板在570°C固溶處理20min， 水淬冷卻到室溫，之后進(jìn)行時(shí)效處理。時(shí)效處理分為三種：1.固溶水淬后在室溫下存儲(chǔ)兩 周，進(jìn)行自然時(shí)效(簡(jiǎn)稱(chēng)NA);2.固溶水淬后直接進(jìn)行170°C人工時(shí)效(簡(jiǎn)稱(chēng)AA);3.固溶水淬 后先在室溫下停放兩周，再進(jìn)行170°C人工時(shí)效(簡(jiǎn)稱(chēng)NA+AA)。
[0030] 具體按如下進(jìn)行：
[0031] i自然時(shí)效:將制得的冷乳板進(jìn)行剪切，得到的小正方形樣品，隨后把小 樣品放置高溫空氣爐中進(jìn)行570°C固溶處理，