汽車車身用5xxx系鋁合金板材及其制造方法
【專利摘要】汽車車身用5xxx系鋁合金板材及其制造方法，該板材各成分含量為：Mg：4.4~5.0wt%，Si≤0.1wt%，F(xiàn)e≤0.25wt%，Mn≤0.25wt%，Cr≤0.05wt%，Cu≤0.3wt%，其余為Al以及難以避免的雜質(zhì)元素；制造方法為：先將鋁合金熔煉鑄造成錠；然后進行雙級均勻化處理，先以≥50℃/h升溫至400~440℃，保溫2h以上，然后再以≤30℃/h，升溫至500~540℃，保溫5h以上；之后進行熱軋、冷軋、中間退火和最終冷軋；最后在450~530℃進行最終退火，退火方式為連續(xù)退火。本發(fā)明通過控制合金成分和鋁合金板材的制備工藝，提高了鋁合金板材的屈服強度和延伸率，在一定范圍內(nèi)增大晶粒尺寸，保證成形后板材表面不出現(xiàn)呂德斯帶。
【專利說明】
汽車車身用5χΧΧ系鋁合金板材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車車身用5χχχ系錯合金板材及其制造方法，屬于合金材料技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球汽車保有量的持續(xù)增加，能源消耗、環(huán)境污染及安全問題已成為全球汽 車工業(yè)面臨的三大嚴峻課題。為了在控制成本和保證性能的前提下，降低汽車能耗，提高燃 油經(jīng)濟性，減少環(huán)境污染，進而保護地球環(huán)境、節(jié)約有限的能源，汽車公司正在積極推進汽 車的輕量化。鋁合金由于具有質(zhì)輕、耐腐蝕、良好的加工成形性能及高回收再利用率等優(yōu)良 特性而成為實現(xiàn)汽車輕量化的理想材料。
[0003] 汽車車身重量約占整車重量的30~40%，車身減重可帶來顯著的節(jié)能減排效果， 因此車身的鋁制輕量化一直是全球汽車企業(yè)輕量化工作的焦點。使用鋁合金板材的汽車部 件主要包括引擎蓋、行李箱蓋和前后車門等。其中引擎蓋內(nèi)板、車門內(nèi)板等由于形狀復雜， 對板材的沖壓成形性能要求較高。5 ΧΧΧ系鋁合金板材因其優(yōu)異的成形性能和較高的強度， 可加工成形狀復雜的零部件，比較適合用作汽車車身內(nèi)板部件。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的5ΧΧΧ系鋁合金板材，延伸率偏低，導致汽車車身內(nèi)板部件在后期 沖壓成形中易開裂，且深沖過程中通常會在產(chǎn)品表面產(chǎn)生呂德斯帶，嚴重影響產(chǎn)品表面質(zhì) 量，不能滿足汽車車身的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種延伸率高、沖壓成形后表面 不產(chǎn)生呂德斯帶的汽車車身用5ΧΧΧ系鋁合金板材。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種汽車車身用5ΧΧΧ系鋁合金板材，其特征在于:該鋁合金板材的成分為:Mg: 4.4 ~5 · Owt%，Si<0 · lwt%，F(xiàn)e<0 · 25wt%，Μη^Ξ〇 · 25wt %，(X〇 .05wt %，Cu<0 · 3wt %，其余 為A1以及難以避免的雜質(zhì)元素。
[0008] 前述汽車車身用5XXX系鋁合金板材的制造方法，包括以下步驟：
[0009] ①將鋁合金按所述配比熔煉鑄造成鑄錠，并將鑄錠進行銑面；
[0010] ②將經(jīng)步驟①處理后的鑄錠進行均勻化處理，所述均勻化處理采用雙級均勻化工 藝，先以50~80°C/h升溫至400~440°C，保溫2h以上，然后再以10~30°C/h升溫至500~540 °C，保溫5h以上，之后取出空冷；
[0011]③將經(jīng)步驟②處理后的鑄錠進行熱乳，開乳溫度<500°C，終乳溫度多300°C，保證 板材完全再結(jié)晶；
[0012] ④將經(jīng)步驟③處理后的板材進行中間退火及冷乳，中間退火溫度300~350°C，保 證板材完全再結(jié)晶且板材表面不發(fā)生嚴重氧化，冷乳率控制在50~70%;
[0013] ⑤將經(jīng)步驟④處理后的板材進行最終退火，退火溫度控制在450~530°C之間。
[0014] 進一步地，上述汽車車身用5xxx系錯合金板材的制造方法，其中，所述步驟①中， 具體熔煉鑄造的步驟為:首先將工業(yè)純鋁錠在710~770 °C熔化，然后加入鋁錳中間合金、鋁 鐵中間合金、鋁硅中間合金、鋁通中間合金、鋁鉻中間合金、純鎂錠等，熔融凈化、除氣后進 行鑄造，鑄造過程中加入含Ti晶粒細化劑，之后再進行澆注，澆注溫度<680°C。
[0015] 進一步地，上述汽車車身用5xxx系鋁合金板材的制造方法，其中，所述步驟2?中， 先以50°C/h升溫至420°C，保溫2h，然后再以30°C/h升溫至540°C，保溫8h，之后取出空冷。
[0016] 進一步地，上述汽車車身用5xxx系錯合金板材的制造方法，其中，所述步驟⑤中， 所述最終退火采用連續(xù)退火。
[0017] 本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在:通過成分設計和優(yōu) 化，提高5XXX系鋁合金板材的屈服強度和延伸率，在一定范圍內(nèi)增大晶粒尺寸，保證晶粒尺 寸彡20微米，減小ΥΡΕ至0,保證成形后板材表面不出現(xiàn)呂德斯帶。同時，利用雙級均勻化工 藝，先在400~440°C保溫讓β相充分固溶，之后再在500~540°C保溫讓溶質(zhì)元素擴散分布均 勻，防止升溫過快導致β相過燒，進而對板材的延伸率產(chǎn)生影響。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明發(fā)明人在探索汽車車身用5ΧΧΧ系鋁合金板材制造過程中，發(fā)現(xiàn)汽車車身用 5χΧΧ系鋁合金板中各成分含量對該板材的制造和質(zhì)量有一定的影響。具體如下：
[0019] Mg:Mg是5ΧΧΧ系鋁合金的主要強化元素，主要以固溶強化的方式提高合金板材的 屈服強度(YShMg含量低于4.4%，合金強度太低;Mg含量高于5.0%，易形成呂德斯帶，因 此，Mg含量應嚴格控制在4.4~5.0 %。
[0020] Fe:Fe元素對5xxx系錯合金來說均是有害的，會對合金板材的延伸率產(chǎn)生不利影 響，因此應盡量少。
[0021 ] Si : Si元素對5XXX系鋁合金來說均是有害的，會對合金板材的延伸率產(chǎn)生不利影 響，因此應盡量少。
[0022] Μη:在一定范圍內(nèi)能提高5χχχ系錯合金板材的晶粒尺寸，有利于消除ΥΡΕ，但當Μη 含量超過0.25wt%時，板材的延伸率會降低。因此，Μη含量<0.25wt%。
[0023] Cr:Cr含量增加，板材的屈服強度(YS)和屈服應變(YTO)均增大，當Cr含量超過 0.05%時，屈服應變（YPE)太大，導致成形后板材表面會出現(xiàn)呂德斯帶，因此Cr含量彡 0.05wt% 〇
[0024] 因此，本發(fā)明提供一種汽車車身用5XXX系鋁合金板材，所使用的合金成分如下： Mg:4.4~5.0wt%，Si<0.1wt%，F(xiàn)e^i0.25wt%，Mn^i0.25wt%，C;r^i0.05wt%，Cu^i 0.3wt%，其余為A1以及難以避免的雜質(zhì)元素。
[0025] 應用上述鋁合金各成分的配比，本發(fā)明按照以下方法制造汽車車身用5XXX系鋁合 金板材，按所述成分進行熔煉鑄造、銑面、均勻化處理、熱乳、冷乳、中間退火，最后乳到成品 厚度，進行最終退火得到成品板材。其中均勻化工藝采用雙級均勻化，先以多50°C/h升溫至 400~440 °C，保溫2h以上，然后再以< 30 °C /h升溫至500~540 °C，保溫5h以上，取出空冷。最 終退火在連續(xù)退火爐中進行，處理溫度為450~530°C，處理時間在10s以上。
[0026] 具體步驟如下：
[0027] (1)熔煉鑄造:首先將工業(yè)純鋁錠在710~770°C熔化，加入鋁錳中間合金、鋁鐵中 間合金、鋁硅中間合金、鋁通中間合金、鋁鉻中間合金、純鎂錠等，熔融凈化、除氣后進行澆 鑄，保證澆注溫度<680°C，防止過燒。澆鑄過程中在流槽內(nèi)加入含Ti晶粒細化劑，同時，需 嚴格控制氫含量<〇.25ml/100g。
[0028] (2)均勻化處理:采用雙級均勻化工藝，先以50~80°C/h升溫至400~440°C，保溫 2h以上，然后再以10~30 °C/h升溫至500~540 °C，保溫5h以上，取出空冷。在400~440 °C進 行第一級均勻化是為了讓β相充分溶解，之后在500~540°C進行第二級均勻化是為了保證 溶質(zhì)元素充分擴散，分布均勻，同時使金屬間化合物分段。由于β相熔點較低，若β相過燒會 對板材的延伸率產(chǎn)生不利影響，采用雙級均勻化可以防止升溫過快導致β相過燒。同時，采 用雙級均勻化可增大基體固溶量，對板材起固溶強化作用，同時可防止成品板材的晶粒長 大太多，起到細晶的作用，有利于提高板材的屈服強度。
[0029] (3)熱乳:開乳溫度<500°C，防止粘鋁，終乳溫度彡300°C，保證板材完全再結(jié)晶。
[0030] (4)中間退火與冷乳：
[0031]中間退火需保證板材發(fā)生完全再結(jié)晶，同時溫度不能太高，以防止板材表面氧化 嚴重，中間退火溫度300~350°C。中間退火后的冷乳:保證冷乳率在50%~70%范圍內(nèi)，冷 乳率太小或太大都會導致板材各向異性太大，板材成形性能不好。
[0032] (5)最終退火:最終退火采用連續(xù)爐退火，退火溫度控制在450~530°C之間。低于 450°C，最終板材的晶粒太小，屈服應變值高，易出現(xiàn)呂德斯帶。高于520°C，最終板材晶粒太 大，板材強度太低，不能滿足汽車板對強度的要求。
[0033] 上述方法制備得到的鋁合金板材，本發(fā)明按照以下方法對其性能進行評價:根據(jù) GB/T228的要求，沿垂直乳制方向取樣制備A50拉伸試樣。評價板材抗拉強度、屈服強度、延 伸率和r值，并測量應力應變曲線上第一個峰值與平臺末端的區(qū)域，即屈服應變。且，根據(jù) ASTM-E112的要求，用晶界節(jié)點法對成品板材的平均晶粒尺寸進行統(tǒng)計。
[0034] 以下，對比地說明本發(fā)明的實施例和比較例，根據(jù)這些實施例和比較例可以進一 步印證本發(fā)明的技術(shù)效果。但是，所列舉的實施例僅為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，不應將其理 解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于此，凡基于本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思所形成的技術(shù)方案，均落入 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0035] 實施例1
[0036] 表1為通過本發(fā)明的合金成分制備出滿足要求的鋁合金板材實施例，以及使用本 發(fā)明的合金成分之外的合金所制造出的鋁合金板的性能。利用實施例和比較例中的合金成 分制備鋁合金板的工藝為:熔煉、鑄造并對鑄錠進行銑面和均勻化處理，其中均勻化工藝采 用雙級均勻化，先以50 °C /h升溫至420 °C，保溫2h，然后再以30 °C /h升溫至540 °C，保溫8h，取 出空冷。對均勻化處理后的鑄錠進行熱乳，冷乳，中間退火，最終冷乳，之后在465°C進行連 續(xù)退火，得到成品板材。最后根據(jù)GB/T228的要求，對所得成品板材進行力學性能評價實驗， 試驗結(jié)果中屈服強度不在110~150MPa范圍內(nèi)、延伸率不在24%以上，屈服應變不為0的，晶 粒尺寸小于20微米的，在其數(shù)值下面劃下劃線表示。
[0037] 如表1所示的實施例中，序號1-5滿足本發(fā)明的范圍，屈服強度、延伸率與屈服應變 均滿足本發(fā)明的要求。另一方面，比較例中，序號6~10因不滿足本發(fā)明的成分范圍，所以導 致如下結(jié)果：
[0038] 比較例6因 Mg元素含量過低，導致屈服強度不滿足本發(fā)明的范圍。
[0039] 比較例7因 Si含量過高，導致延伸率過低，不滿足本發(fā)明要求。
[0040] 比較例8因 Fe含量過高，導致延伸率過低，不滿足本發(fā)明要求。
[0041] 比較例9因 Μη含量過高，導致延伸率過低，不滿足本發(fā)明要求。
[0042] 比較例10因 Cr含量過高，導致屈服應變過高，不滿足本發(fā)明要求。
[0043] 實施例2
[0044] 對表1中的合金C按照熔煉-鑄造-銑面-均勻化-熱乳-冷乳-中間退火-冷 乳-最終退火的工藝順序進行板材制備。表2表示制備工藝對合金性能的影響。試驗結(jié)果中 屈服強度不在110~150MPa之間、延伸率<24%、屈服應變值>0,晶粒尺寸小于20微米的， 在其數(shù)值下面劃下劃線表示。
[0045] 如表2所示，表2為實施例與比較例的制備工藝與性能，實施例中，序號10-13的制 備工藝滿足本發(fā)明的范圍，所得鋁合金板材的屈服強度、延伸率、屈服應變值滿足本發(fā)明的 要求。比較例中，序號14-16因不滿足本發(fā)明的工藝范圍，所以導致如下結(jié)果：
[0046] 比較例14因采用單級均勻化工藝，導致成品板材的屈服強度和延伸率均較低，不 符合本發(fā)明的要求。
[0047] 比較例15因第一級均勻化溫度過高，第二級均勻化升溫速率過快，溫度過高，導致 板材的延伸率低，不符合本發(fā)明要求。
[0048]比較例16因最終退火溫度低于450°C，導致板材屈服應變值超過0.6%不符合本發(fā) 明的要求。
[0049] 綜上所述，本發(fā)明通過合理的成分及均勻化、最終退火工藝的控制，進行5XXX系鋁 合金板材的制備，可獲得高延伸率、屈服應變?yōu)椹?不會引起呂德斯帶），晶粒尺寸多20微米， 屈服強度、抗拉強度和r值在汽車板使用要求范圍內(nèi)的5 ΧΧΧ系鋁合金板材。
[0050] 需要理解到的是：以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤 飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
[0051]表1:合金成分對合金性能的影響
[0052]
[0053] 表2:實施例與比較例的制備工藝與性能
[0054]
【主權(quán)項】
1. 一種汽車車身用5xxx系侶合金板材，其特征在于：該侶合金板材的成分為:Mg:4.4~ 5.0wt%，Si《0. lwt%，F(xiàn)e《0.25wt%，Mn《0.25wt%，Cr《0.05wt%，Qi《0.3wt%，其余為Al W及 難W避免的雜質(zhì)元素。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車車身用5XXX系侶合金板材的制造方法，其特征在于包括W 下步驟： 蠻將侶合金按所述配比烙煉鑄造成鑄錠，并將鑄錠進行銳面； 靈將經(jīng)步驟蒙處理后的鑄錠進行均勻化處理，所述均勻化處理采用雙級均勻化工藝，先 W50~801711升溫至400~440°(：，保溫化^上，然后再^10~301711升溫至500~540°(：，保溫化 W上，之后取出空冷； 靈將經(jīng)步驟戀處理后的鑄錠進行熱社，開社溫度<500°C，終社溫度>300°C ; 龜將經(jīng)步驟變處理后的板材進行中間退火及冷社，中間退火溫度300~350C，冷社率控 制在50~70〇/〇; 繫將經(jīng)步驟難處理后的板材進行最終退火，退火溫度控制在450~530C之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車車身用5XXX系侶合金板材的制造方法，其特征在于:所述 步驟鑛中，具體烙煉鑄造的步驟為:首先將工業(yè)純侶錠在710~770C烙化，然后加入侶儘中 間合金、侶鐵中間合金、侶娃中間合金、侶通中間合金、侶銘中間合金、純儀錠，烙融凈化、除 氣后進行誘鑄，誘鑄過程中加入含Ti晶粒細化劑，誘注溫度<680°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車車身用5XXX系侶合金板材的制造方法，其特征在于:所述 步驟變中，先W50°C A升溫至420°C，保溫化，然后再W30°C A升溫至540°C，保溫8h，之后取 出空冷。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車車身用5XXX系侶合金板材的制造方法，其特征在于:所述 步驟靈中，所述最終退火采用連續(xù)退火。
【文檔編號】C22C1/03GK105908026SQ201610374422
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】趙丕植, 馮瑩娟, 張琪, 王苗苗, 王捷
【申請人】蘇州有色金屬研究院有限公司, 中鋁科學技術(shù)研究院有限公司