高強(qiáng)度鋁的沖壓的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種制造用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中的由鋁合金形成的部件的方法，該部件例如為需要高強(qiáng)度、重量輕和復(fù)雜的三維形狀的部件。該方法以提供由鋁合金形成的坯料開(kāi)始，該坯料已經(jīng)進(jìn)行固溶熱處理和回火并且由此具有約T4的回火代號(hào)。該方法還包括將坯料加熱到150℃至350℃、優(yōu)選地190℃至225℃的溫度。該方法其次包括將坯料快速地轉(zhuǎn)移至熱成形設(shè)備或溫成形設(shè)備、以及對(duì)坯料進(jìn)行沖壓以形成復(fù)雜的三維形狀。緊接著成形步驟之后，該部件具有約T6、但優(yōu)選地不大于T6的回火代號(hào)，并且由此準(zhǔn)備好用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中而無(wú)需任何后熱處理或機(jī)加工。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高強(qiáng)度鋁的沖壓
[0001]現(xiàn)有申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本PCT專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2014年I月24日提交的、名稱(chēng)為“High Strength AluminumHot Stamping(高強(qiáng)度鋁的熱沖壓)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/931，254的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容被視為本申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容的一部分并且在此通過(guò)參引并入。
【背景技術(shù)】
[0003]1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明總體上涉及制造由鋁合金形成的部件的方法，并且更具體地涉及用在機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中的部件。
[0005]2.相關(guān)技術(shù)
[0006]諸如保險(xiǎn)杠和加強(qiáng)件之類(lèi)的用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件由于鋁合金的重量更輕而往往由鋁合金形成而非由鋼形成。通常，該部件根據(jù)其所使用的特定應(yīng)用形成為復(fù)雜的三維形狀。在成品部件中通常還需要高強(qiáng)度和特定的回火代號(hào)。
[0007]高強(qiáng)度、重量輕的鋁部件可以利用溫成形過(guò)程或熱成形過(guò)程來(lái)制造。例如，可以使用包括在烘箱中進(jìn)行熱處理和后回火的沖壓過(guò)程以獲得期望強(qiáng)度和回火代號(hào)。然后，沖壓過(guò)程之后會(huì)接著將部件機(jī)加工成復(fù)雜的三維形狀。然而，具有后回火過(guò)程和后機(jī)加工過(guò)程的熱沖壓或溫沖壓需要較高的制造成本和資本投資，這最終增加了鋁部件的價(jià)格并且可能會(huì)超過(guò)其他益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種以降低的制造成本和資本投資制造由鋁合金形成并具有復(fù)雜的三維形狀的高強(qiáng)度、重量輕的部件的方法。該方法包括提供由選自包括2000系列鋁合金、6000系列鋁合金、7000系列鋁合金、8000系列鋁合金以及9000系列鋁合金的組的鋁合金形成的坯料，其中，該鋁合金已經(jīng)進(jìn)行固溶熱處理和回火。該方法還包括將經(jīng)熱處理且經(jīng)回火的坯料加熱到150°C至350°C的溫度；以及在加熱步驟之后使坯料成形為具有三維形狀的部件。在成形步驟期間或者緊接著該成形步驟之后，該鋁合金的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度接近其最大拉伸強(qiáng)度和最大屈服強(qiáng)度，并且由此不需要后熱處理過(guò)程。此外，可以在成形步驟期間獲得復(fù)雜的三維形狀，使得不需要后機(jī)加工過(guò)程。
[0009]本發(fā)明還提供了一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中的具有三維形狀的部件。鋁合金選自包括2000系列鋁合金、6000系列鋁合金、7000系列鋁合金、8000系列鋁合金以及9000系列鋁合金的組，并且成品部件的鋁合金具有接近T6的回火代號(hào)。該回火代號(hào)通過(guò)在使經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的由鋁合金形成的坯料形成為三維形狀之前將該坯料加熱到150°C至350°C的溫度來(lái)獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0010]在結(jié)合附圖考慮時(shí)通過(guò)參照以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中:
[0011]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的制造由鋁合金形成的產(chǎn)品的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提供了一種制造用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中的具有復(fù)雜的三維形狀的部件10一一例如保險(xiǎn)杠或加強(qiáng)件一一的方法。部件10由鋁合金形成，以獲得高強(qiáng)度和重量輕的部件。此外，與用于制造類(lèi)似的高強(qiáng)度、重量輕的部件的其他方法相比，該方法可以以降低的制造成本和減少的資本投資來(lái)執(zhí)行。圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施方式的這種改進(jìn)的制造方法。
[0013]首先，該方法包括提供由鋁合金形成的坯料12。坯料12通常為片材，但是可以根據(jù)成品部件10的期望尺寸和形狀包括任意的尺寸和形狀。用于形成坯料12的鋁合金為2000系列招合金、6000系列招合金、7000系列招合金、8000系列招合金或9000系列招合金，這些招合金為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的合金并且在本領(lǐng)域中是公知的。每個(gè)系列均代表不同類(lèi)型的合金，并且一系列內(nèi)的每個(gè)合金均由鋁業(yè)協(xié)會(huì)(AA)登記。例如，2000系列中的鋁合金被稱(chēng)為高強(qiáng)度合金并且通常包括鎂和作為主合金元素的銅。6000系列和7000系列中的合金也被稱(chēng)為高強(qiáng)度合金并且通常經(jīng)由使其主合金元素沉淀通過(guò)熱處理來(lái)強(qiáng)化，這些主合金元素對(duì)于6000系列來(lái)說(shuō)為硅和鎂并且對(duì)于7000系列來(lái)說(shuō)為銅、鋅和鎂。8000系列合金包括使用不太頻繁的合金元素，如鐵或錫。9000系列合金為不屬于其他系列中的一者的合金，并被看作沒(méi)有歸屬(unassigned)的合金。
[0014]提供了在已經(jīng)進(jìn)行固溶熱處理和回火之后的由鋁合金形成的坯料12。經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料12可以設(shè)置有期望形狀，或者可以從已經(jīng)進(jìn)行固溶熱處理和回火的更大的材料塊切割下來(lái)。固溶熱處理一般包括通過(guò)加熱來(lái)使鋁合金軟化以及保持合金處于高溫以使得所有的合金元素呈單相固溶體。回火一般包括通過(guò)加熱來(lái)提高鋁合金的強(qiáng)度和/或硬度。在固溶熱處理和回火過(guò)程之后，坯料12的鋁合金通常具有T4的回火代號(hào)或接近T4的回火代號(hào)。回火代號(hào)T4和其他回火代號(hào)Tl至TlO也由鋁業(yè)協(xié)會(huì)登記并且在本領(lǐng)域中是公知的。所有已登記的回火代號(hào)的列表發(fā)表在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)H35.1中。
[0015]其次，該方法包括在烘箱或爐14中將經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料12加熱至高溫，如圖1中所示。加熱步驟的溫度應(yīng)足夠高以使得在從爐14移除坯料12時(shí)，坯料12可以轉(zhuǎn)移至成形設(shè)備16并且在至少150°C的溫度下成形。優(yōu)選地，加熱步驟的溫度和持續(xù)時(shí)間是受控的以獲得理想的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施方式中，加熱步驟包括在爐14中將坯料12加熱到190°C至225°C的溫度或至少204°C的溫度。加熱步驟還包括要保持坯料12處于該溫度范圍內(nèi)達(dá)2分鐘至6分鐘的持續(xù)時(shí)間。在示例性實(shí)施方式中，爐14的總停留時(shí)間和加熱步驟的持續(xù)時(shí)間通常為100秒至800秒。
[0016]加熱時(shí)間和溫度應(yīng)選擇成使得所得到的部件10的回火代號(hào)為約T6或接近T6，但是優(yōu)選地不超過(guò)可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)時(shí)效問(wèn)題和腐蝕問(wèn)題的T6回火。加熱步驟的時(shí)間和溫度還可以用于在成品部件10中獲得期望的屈服強(qiáng)度和/或拉伸強(qiáng)度。例如，對(duì)于7000系列鋁合金來(lái)說(shuō)，如果加熱步驟包括保持坯料12處于204°C并持續(xù)6分鐘，則7000系列鋁合金在加熱步驟之后的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度比和拉伸強(qiáng)度比的約75%，即最大拉伸屈服(或“最大屈服強(qiáng)度”)和最大拉伸強(qiáng)度的75%;并且成品部件10的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度為拉伸強(qiáng)度比和屈服強(qiáng)度比的約80%。在另一實(shí)施方式中，其中，加熱步驟在232°C下進(jìn)行6分鐘，鋁合金在加熱步驟之后的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度是屈服強(qiáng)度比和拉伸強(qiáng)度比的約50%，并且所得到的部件10中的鋁合金的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度比和拉伸強(qiáng)度比的約70%。如果加熱步驟在275°C下進(jìn)行6分鐘，則鋁合金在加熱步驟之后的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度是屈服強(qiáng)度比和拉伸強(qiáng)度比的約30%，并且所得到的部件10中的鋁合金的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度是屈服強(qiáng)度比和拉伸強(qiáng)度比的約60%。
[0017]該方法包括在加熱步驟之后將加熱的坯料12快速地轉(zhuǎn)移至成形設(shè)備16，如圖1中所示。轉(zhuǎn)移步驟的持續(xù)時(shí)間不大于15秒、例如I秒至15秒、并且優(yōu)選地不大于12.5秒，使得坯料12保持處于適當(dāng)溫度以便成形。替代性地，坯料12可以在成形步驟之前在成形設(shè)備16中加熱以使得不需要爐14。
[0018]在圖1的示例性實(shí)施方式中，成形設(shè)備16包括彼此間隔開(kāi)的上成形工具18和下成形工具20，并且加熱的坯料12布置在上成形工具18與下成形工具20之間的空間中。上成形工具18包括壓力機(jī)22和上模具24，上模具24根據(jù)待成形的部件10的期望形狀呈現(xiàn)出第一預(yù)定形狀。下成形工具20包括下模具26，下模具26也根據(jù)待成形的部件10的期望形狀呈現(xiàn)出第二預(yù)定形狀。模具24、26可以設(shè)計(jì)成使得成品部件10的三維形狀較復(fù)雜并且可以用在機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中。
[0019]一旦加熱的坯料12布置在成形設(shè)備16中，該方法就包括在坯料12仍然處于高溫——例如處于至少150°C、或150°C至350°C、或190°C至225°C、或至少204°C的溫度——的同時(shí)使加熱的坯料12成形。成形步驟通常包括在上成形工具18與下成形工具20之間對(duì)坯料12進(jìn)行沖壓或壓制。然而，可以使用其他技術(shù)以在將經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料12加熱至IJ150°C至350°C的溫度并且在15秒內(nèi)將加熱的坯料12轉(zhuǎn)移至爐之后使坯料12形成為期望形狀。合金組分和加熱步驟的溫度允許在成形步驟期間形成復(fù)雜的三維形狀而無(wú)需任何后機(jī)加工，這降低了制造成本。
[0020]在成形步驟之后，成品部件10如圖1中所示從成形設(shè)備16移除并且準(zhǔn)備好用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中，而無(wú)需后回火過(guò)程或?qū)ㄔ诔尚尾襟E之后將部件10加熱到至少90°C的溫度并持續(xù)至少65分鐘的任何其他后熱處理過(guò)程。盡管不需要常規(guī)的后回火過(guò)程，但是部件10會(huì)經(jīng)受常規(guī)的涂涂料過(guò)程，例如包括在用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中之前將部件10加熱到范圍為135 °C至185 °C的溫度并持續(xù)總共60分鐘的過(guò)程。
[0021]上述方法提供了在加熱步驟之后具有高回火代號(hào)和強(qiáng)度的坯料12，并且允許鋁合金在成形步驟期間及其之后保持高回火代號(hào)和強(qiáng)度。例如，當(dāng)在這個(gè)過(guò)程的開(kāi)始時(shí)(在加熱步驟之前)提供的經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料12具有約T4的回火代號(hào)時(shí)，則成品部件10具有約T6且優(yōu)選地略微低于T6的回火代號(hào)。約T6的回火代號(hào)在成形步驟期間或者緊接著該成形步驟之后獲得。換句話(huà)說(shuō)，成品部件10的鋁合金的拉伸強(qiáng)度等于或大于回火代號(hào)為約T6的相同鋁合金的最小拉伸強(qiáng)度。因此，部件10足夠牢固以用于諸如保險(xiǎn)杠和加強(qiáng)件之類(lèi)的許多機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中，而無(wú)需昂貴的后加熱步驟。
[0022]該方法還可以包括在成形步驟之后對(duì)部件10進(jìn)行冷卻或淬火。然而，冷卻或淬火步驟不改變部件10的鋁合金的物理或化學(xué)特性。例如，冷卻步驟可以包括將部件10冷卻至室溫，例如約30°C的溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻步驟例如通過(guò)常規(guī)的水冷卻而在成形設(shè)備16中進(jìn)行。在另一實(shí)施方式中，部件10在成形設(shè)備16外在室溫下自然地冷卻。
[0023]本發(fā)明的另一方面提供了用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中的具有復(fù)雜的三維形狀并根據(jù)上述方法制造的部件10。部件10由選自2000系列鋁合金、6000系列鋁合金、7000系列鋁合金、8000系列鋁合金以及9000系列鋁合金的鋁合金形成。成品部件10的鋁合金還具有接近T6且優(yōu)選地不大于T6的回火代號(hào)。如上所述，成品部件10的回火代號(hào)通過(guò)在使經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的由鋁合金形成的坯料12形成為三維形狀之前將坯料12加熱到150°C至350°C的溫度來(lái)獲得。優(yōu)選地，成品部件10的鋁合金的拉伸強(qiáng)度等于或大于由約T6的回火代號(hào)提供的最小拉伸強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施方式中，部件10用在保險(xiǎn)杠或加強(qiáng)件應(yīng)用中，但是部件10還可以用在各種其他的應(yīng)用、特別是要求重量輕和高強(qiáng)度的應(yīng)用中。
[0024]根據(jù)以上教示，本發(fā)明的許多改型和變型都是可能的，并且在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以以除了如所具體描述的之外的其他方式實(shí)施。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造由鋁合金形成的部件的方法，所述方法包括以下步驟: 提供由選自包括2000系列鋁合金、6000系列鋁合金、7000系列鋁合金、8000系列鋁合金以及9000系列鋁合金的組的鋁合金形成的坯料，其中，所提供的坯料的鋁合金被固溶熱處理并且被回火； 將經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料加熱到150°C至350°C的溫度；以及 在所述加熱步驟之后使所述經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料成形為具有三維形狀的部件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加熱步驟包括保持所述經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料處于190°C至225°C的溫度并持續(xù)2分鐘至6分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述加熱步驟包括保持所述經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料處于至少204°C的溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成形步驟在所述加熱步驟之后的15秒內(nèi)發(fā)生。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述加熱步驟在爐中發(fā)生，所述成形步驟在成形設(shè)備中發(fā)生，并且所述方法包括在I秒至15秒內(nèi)將加熱的所述坯料從所述爐轉(zhuǎn)移至所述成形設(shè)備。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述坯料在所述成形步驟期間處于至少150°C的溫度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，緊接著所述成形步驟之后，所述部件的所述鋁合金具有約T6的回火代號(hào)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鋁合金選自包括6000系列鋁合金、7000系列鋁合金和8000系列鋁合金的組;所述坯料的所述鋁合金在所述加熱步驟之前具有約T4的回火代號(hào);所述加熱步驟包括將所述經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料加熱到190°C至225°C的溫度;并且緊接著所述成形步驟之后，所述部件的所述鋁合金具有約T6的回火代號(hào)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鋁合金為7000系列鋁合金;并且緊接著所述成形步驟之后，所述部件的所述鋁合金的屈服強(qiáng)度為所述7000系列鋁合金的最大屈服強(qiáng)度的至少75 %。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成形步驟包括在成形設(shè)備的上成形工具與下成形工具之間對(duì)所述坯料進(jìn)行沖壓，所述上成形工具包括壓力機(jī)和呈現(xiàn)出第一預(yù)定形狀的上模具，并且所述下成形工具包括呈現(xiàn)出第二預(yù)定形狀的下模具。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在所述成形步驟之后對(duì)所述部件進(jìn)行冷卻，其中，所述部件的所述鋁合金的特性在所述冷卻步驟期間不變。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，不包括在所述成形步驟之后對(duì)所述部件進(jìn)行后熱處理，其中，所述后熱處理會(huì)包括將所述部件加熱到至少90°C的溫度并持續(xù)至少65分鐘。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述坯料的所述合金選自包括6000系列鋁合金、7000系列鋁合金和8000系列鋁合金的組，并且所述坯料的所述鋁合金在所述加熱步驟之前具有約T4的回火代號(hào)； 所述加熱步驟包括在爐內(nèi)保持所述經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的坯料處于190°C至225°C的溫度并持續(xù)2分鐘至6分鐘； 所述成形步驟在成形設(shè)備中發(fā)生，并且緊接著所述成形步驟之后，所述部件的所述鋁合金具有約T6的回火代號(hào);并且 所述方法還包括以下步驟: 將加熱的所述坯料從所述爐轉(zhuǎn)移至所述成形設(shè)備并且在所述加熱步驟之后的15秒內(nèi)在所述成形設(shè)備中開(kāi)始所述成形步驟；以及 在所述成形步驟之后對(duì)所述部件進(jìn)行冷卻，其中，所述部件的所述鋁合金的特性在所述冷卻步驟期間不變。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，不包括在所述成形步驟之后對(duì)所述部件進(jìn)行后熱處理，其中，所述后熱處理步驟會(huì)包括將所述部件加熱到至少90°C的溫度并持續(xù)至少65分鐘。15.—種用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中的具有三維形狀的部件，所述部件包括: 鋁合金，所述鋁合金選自包括2000系列鋁合金、6000系列鋁合金、7000系列鋁合金、8000系列鋁合金以及9000系列鋁合金的組；以及 所述部件的所述鋁合金具有約T6的回火代號(hào)；并且所述鋁合金通過(guò)在使經(jīng)固溶熱處理且經(jīng)回火的由所述鋁合金形成的坯料形成為三維形狀之前將所述坯料加熱到150°C至3500C的溫度獲得約T6的回火代號(hào)。
【文檔編號(hào)】C21D11/00GK105940124SQ201580005596
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日
【發(fā)明人】愛(ài)德華·K·施泰內(nèi)巴赫, 馬克·賈斯廷·瓊斯, 杰里邁亞·約翰·布拉迪, 肯尼斯·雷·亞當(dāng)斯, 格拉爾德·M·盧特卡
【申請(qǐng)人】麥格納國(guó)際公司