專利名稱：一種汽車車身用鋁合金板材及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鋁合金技術領域，具體涉及一種可實施低溫烤漆，且具有高烘烤硬化的汽車車身用鋁合金板材及其制備方法。
背景技術：
當代汽車正朝著輕量化、高速、安全、舒適、低成本、低排放與節能的方向發展，節能、安全、環保是汽車現代化發展的三大主題。隨著世界各國汽車數量的持續增加，燃油消耗及其廢棄污染也在日益加劇，這促使汽車產業將持續發展的核心放在能源和環保上，在新能源技術發展尚未成熟，汽車減重無疑是降低能耗及污染的最佳途徑，而以汽車輕量化為主導的先進汽車材料技術是實現這一目標的有效途徑。鋁及其合金由于具有質輕，耐磨，耐腐蝕，彈性好，比強度和比剛度高，抗沖擊性能好，易表面著色，良好的加工成形性以及極高的再回收、再生性等一系列優良特性成為汽車輕量化最理想的材料。目前，歐美國家主要以6XXX系合金為基礎開發鋁合金車身板，如車蓋、后行李箱蓋以及車門等車身構件。在歐洲廣泛使用的是強度較低的AA6016合金，在北美則更偏重于強度較高的AA6111合金，最近還開發了抗蝕性更好的6022合金，其6022-T4E29(為Alcoa內部熱處理)已專利化，并投入工業化生產，并在Ford Crow Victoria, Crand Marquis和Taurus/Sable等車型的外板及許多內板上均已有應用。世界發達國家用6xxx系合金替代鋼作為車身板己邁出了成功的一步，但目前應用的AA6016和AA6111合金，其使用強度并非理想，特別對于可實施低溫烤漆工藝的新型6XXX系列合金的開發，以及具有更高烘烤硬化性能的合金開發等，因此國內外關于汽車用新型6xxx系列合金的開發和加工方面的研究仍在繼續。近年來，國內一些高等院校和科研院所，如中南大學、東北大學、鄭州大學及蘇州有色金屬研究院等，在汽車車身用6XXX系鋁合金的成分設計、時效析出行為、板材成形性和烘烤硬化性能等方面也進行了部分研究，但是在成分設計方面的大部分研究主要集中在圍繞Mg和Si含量的調整和優化，以及微合金化元素的添加(如稀土元素等)，并未引入新的強化相形成元素，更沒有涉及可實施低溫烤漆工藝的新型合金的開發，整體而言，所制備的6XXX系列鋁合金汽車板的綜合性能一般，普遍采用低合金化以犧牲部分強度來獲得高的成形性能，或者通過犧牲成形性能來獲得高強度，很難達到烤漆前成形性和烘烤硬化后高強度的良好配合
發明內容
本發明為了克服現有技術的不足，提供了一種汽車車身板用鋁合金板材及其制備方法，旨在通過引入合金元素Zn，從而合理調配Mg/Si比和Mg-Si之間的相互作用，并且進一步通過制備工藝的處理進而實現所開發的材料集高成形性能和高烤漆硬化性能于一身的目標。本發明的目的通過以下方式來實現:
本發明的高烘烤硬化汽車車身板用鋁合金，通過多種化學成分優化，最終獲得的化學成分以重量百分比為:Zn 0.20 1.50wt%, Mg 0.30 1.40wt%, Si 0.40 1.40wt%, Cu0.05 1.0wt%, Fe ( 0.4wt%, Mn ( 0.4wt%, Cr ( 0.2wt%, Ti ( 0.2wt%, B 彡 0.2wt%,余量為Al。本發明合金具體的加工工藝為:原材料分別采用99.9%的高純鋁，工業純Mg和Zn，中間合金Al-20%S1、Al_50%Cu、Al_20%Fe、Al_10%Mn等(其中百分比均為重量百分比)。當合金徹底熔煉并保證成分均勻以后在720°C將熔體澆鑄在四周水冷的鋼模內。鑄錠后續的加工工藝為:555°C /16h均勻化一555°C熱軋90% —冷軋47% — 400°C /Ih退火一冷精軋(變形量> 75%)— 5550C /2min鹽浴固溶處理一水淬，對水淬樣品分別進行T4處理(固溶水淬后自然放置14天以上)和T4P處理(固溶水淬后馬上轉移至恒溫干燥箱中進行預時效處理，溫度為40°C -80°C，時間為12h-29h，預時效后自然放置14天以上)，然后對比合金性能差異并進行模擬烤漆后的力學性能測試。通過采用上述的技術方案，本發明具有如下優越性:本發明的高烘烤硬化汽車車身用鋁合金板材，通過控制Mg、S1、Cu和Zn含量，并對加工和熱處理制度進行優化使得這些元素相互作用以及強化相析出過程達到合理調控，特別是引入合金化元素Zn，利用其在鋁中具有較高固溶度，以及與元素Mg之間強烈的相互作用，從而實現影響Mg-Si強化相析出動力學的目的。最終使得合金烤漆硬化前的屈服強度較低，保證合金具有優異的加工成形性能，而經過烤漆處理以后強度 得到大幅度提高，同時還可以實施低溫烤漆硬化處理。
具體實施例方式下面結合具體實施方案對本發明做進一步的補充和說明。鋁合金板材的原材料分別采用99.9%的高純鋁、工業純Mg、工業純Zn、中間合金Al-20%S1、Al-50%Cu、Al-20%Fe、Al-10%Mn、Al-5%Cr。鋁合金板材的制備方法包括熔煉鑄造、均勻化、熱軋、冷軋、中間退火、冷精軋、水淬后進行T4或T4P處理等步驟。其中在電阻爐中的熔煉步驟包括:
O首先將IOKg純鋁除了留下200g左右備用外，其余的全部加入坩堝，將爐溫設定在850°C，待純鋁熔化后加入Al-20%S1、Al-50%Cu、Al-20%Fe、Al-10%Mn中間合金，并加入少量覆蓋劑，覆蓋劑為約50g的NacI和KCl (質量比為1:1)；
2)繼續加熱熔體,待中間合金熔化,熔體達到750°C后對其進行攪拌，使溶質元素混合均勻，然后在750°C保溫30min后加入備用的200g純鋁攪拌熔體降溫，待熔體溫度降到710°C后加入純Zn和純Mg，并充分攪拌溶解；
3)待熔體溫度再次達到730°C時取樣分析成分，并對成分進行適當調整，如果成分測量值低于設計值，根據燒損適當添加一定量的中間合金，如果成分測量值高于設計，則根據燒損適當添加一定量的金屬純鋁；
4)繼續待熔體升至740°C后扒渣、除氣精煉；待熔體溫度降至720°C時加入Al_5Ti_B(這是一種晶粒細化劑:Al-5wt%T1-lwt%B)攪拌，然后在此溫度保溫IOmin后將熔體澆鑄到四周水冷的鋼模內。實施發明合金的具體化學成分見表I。均勻化處理:經熔煉好的合金鑄錠在循環空氣爐中進行均勻化處理:均勻化制度為555°C /16h，升降溫速度為30°C /h，均勻化的步驟具體是:將合金鑄錠放入循環空氣爐內，打開電源，以30°C /h升溫速率開始升溫，待溫度達到555°C時，保溫16h，然后再以300C /h的降溫速率隨爐降溫到100°C時取出樣品。熱軋:均勻化后將鑄錠切頭銑面，重新加熱到555°C供熱軋，熱軋總變形量> 90%，終軋溫度> 300°C，熱軋終軋厚度為7.5mm ；
冷軋:對熱軋后的板材由7.5mm冷軋到4mm厚，變形量為47% ；
中間退火:冷軋后的板材經400°C /Ih中間退火，升降溫速度為30°C /h ；
冷精軋:對中間退火后的板材進行冷精軋，終軋厚度為0.8mm Imm厚，變形量> 75% ；水淬后進行T4或T4P處理:對冷軋后的板材經555°C /2min鹽浴固溶處理后水淬；T4處理，固溶水淬后自然放置14天以上；Τ4Ρ處理，固溶淬火后馬上轉移至恒溫干燥箱中進行預時效處理，溫度為40°C -80°C，時間為12h-29h，預時效后自然放置14天以上。
權利要求
1.一種汽車車身板用鋁合金板材，其特征在于，該合金的化學成分及其重量百分比含量為:Zn:0.20 1.50wt %, Mg:0.30 1.40wt %, S1:0.40 1.40wt %, Cu:0.05 1.0wt%, Fe ^ 0.4wt%, Mn ^ 0.4wt%, Cr ^ 0.2wt%, Ti ^ 0.2wt%, B ^ 0.2wt%,余量為Al。
2.根據權利要求1所 述的鋁合金板材，其特征是:其成分中Mg、Si的Mg/Si質量比優選范圍為0.865 I。
3.根據權利要求1所述的的鋁合金板材，其特征是:其化學成分S1、Cu優選范圍為:Si:0.90 1.0wt %，Cu:0.18 0.55wt % ；Zn 含量優選為 0.25 1.2wt %。
4.一種汽車車身板用鋁合金板材的制備方法，其特征在于，所述方法包括熔煉鑄造、均勻化處理、熱軋、冷軋、中間退火、冷精軋以及固溶水淬后進行T4或T4P處理的步驟。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉步驟包括: O首先將IOKg純鋁除了留下200g左右備用外，其余的全部加入坩堝，將爐溫設定在 850°C，待純鋁熔化后加入 Al-20wt% S1、Al-50wt% Cu、Al-20wt% Fe、Al-1Owt % Mn,Al-5wt% Cr中間合金，并加入少量覆蓋劑； 2)繼續加熱熔體，待中間合金熔化,熔體達到750°C后對其進行攪拌使溶質元素混合均勻，然后在750°C保溫30min后加入備用的200g純鋁攪拌熔體降溫，待熔體溫度降到710V后加入純Zn和純Mg，并充分攪拌溶解； 3)待熔體溫度再次達到730°C時取樣分析成分，并對成分進行適當調整； 4)繼續待熔體升至740°C后扒渣、除氣精煉；待熔體溫度降至720°C時加入Al-5wt%T1-1wt% B攪拌，然后在此溫度保溫IOmin后將熔體澆鑄到四周水冷的鋼模內。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述均勻化處理是:將合金鑄錠放入循環空氣爐內，打開電源，以30°C /h升溫速率開始升溫，待溫度達到555°C時，保溫16h，然后再以30°C /h的降溫速率隨爐降溫到100°C時取出樣品。
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述熱軋總變形量>90 %，終軋溫度彡300°C，熱軋終軋厚度為7.5mm ;對熱軋后的板材由7.5mm冷軋到4mm厚，變形量為47% ；冷軋后的板材經400°C /Ih中間退火，升降溫速度為30°C /h ;對中間退火后的板材進行冷精軋，終軋厚度為0.8mm Imm厚，變形量彡75%。
8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述T4處理是固溶水淬后自然放置14天以上；所述T4P處理是固溶水淬后馬上轉移至恒溫干燥箱中進行預時效處理，溫度為800C -40°C,時間為12h-29h,預時效后自然放置14天以上；所述預時效處理后的招合金板材具備烤漆前屈服強度較低，塑性好，有利于汽車覆蓋件的沖壓成形；烤漆后的屈服強度提高幅度大，抗拉強度高，具有高的烘烤硬化性能。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于:將鋁合金板材固溶水淬后，保證在Imin內進行80°C _40°C降溫預時效處理，預時效時間為29h，冷卻速度為1°C _3°C。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，將T4P處理后的鋁合金板材可以采用低溫烤漆硬化處理120 200°C /10 40min。
全文摘要
本發明提供一種高烘烤硬化汽車車身板用鋁合金板材及制備方法，屬于鋁合金技術領域，所發明的鋁合金成分特征是在常規的Al-Mg-Si-Cu四元合金基礎上加入Zn元素，從而實現合金具有更高的烘烤硬化性能，并通過合理的預時效工藝優化控制，從而實現了合理調控溶質元素之間的相互作用以及強化相析出過程等，成功開發了一種具有非常優異綜合性能的汽車材料用新型Al-Mg-Si-Cu-Zn五元鋁合金；本發明的鋁合金材料由于元素Zn的添加，其性能特征體現在烤漆前屈服強度低，塑性好，有利于汽車覆蓋件的沖壓成形；烤漆后的屈服強度提高幅度大，抗拉強度高，具有高的烘烤硬化性能。
文檔編號C22F1/04GK103173661SQ20131006195
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者張濟山, 游江海, 代陳緒, 曹零勇, 郭明星, 莊林忠 申請人:北京科技大學, 西南鋁業(集團)有限責任公司