一種汽車車身用鋁合金內板及其製作方法與流程
2023-07-20 20:01:11
本發明涉及汽車車身用鋁合金板材生產的技術領域，具體而言，涉及一種汽車車身用鋁合金內板及其製作方法，尤其涉及汽車車身用5182鋁合金內板及其製作方法。
背景技術：
隨著世界各國汽車保有量的持續增長，燃油消耗及其廢氣汙染日益加劇，而以汽車輕量化為主導的先進汽車材料技術被認為是降低能耗及汙染的有效途徑。車輛每減重100kg，CO2的排放量即可減少大約5g/km，車身自重若減少50％，廢氣CO2的排放量將會減少13％，同時硫化物和氮化物等廢氣的排放量也會相應減少。節能減排、汽車輕量化已成全球趨勢。減少汽車重量的主要途徑就是使用輕量化材料，鋁及其合金被認為是汽車輕量化的最理想材料，而鋁合金汽車以其相對載重能力大，燃油效率高，節能降耗，利於環保，工序減少，裝配效率高，安全舒適等優點而備受汽車生產廠家和用戶的青睞。在鋁板帶生產中，汽車車身薄板(ABS)時技術門檻最高的大宗高精產品，是繼鋁箔、罐體料之後第三種單品種產量上規模的鋁平軋產品。
經幾十年汽車輕量化材料的研究和發展，人們逐漸認為5182(Al－Mg系)作為汽車內板(美國、歐洲、日本)、6016(AI－Mg－Si系)合金是作為汽車車身外板(歐洲、日本)的最佳鋁合金材料。它不但具有綜合力學性能及成形性能。
但是，目前我國關於5182鋁合金作為汽車內板的研究較少，5182鋁合金作為汽車車身內板使用，其強度、韌性、塑性等性能還有均待進一步提高。
技術實現要素：
本發明的一個目的在於提供一種汽車車身用鋁合金內板的製作方法，其能夠獲得強度高、韌性、塑性好的汽車車身用鋁合金內板，為汽車板生產提供了一條完整、高品質的生產線。
本發明的另一個目的在於提供一種汽車車身用鋁合金內板，其強度高、韌性、塑性好。
本發明的實施例是這樣實現的：
一種汽車車身用鋁合金內板的製作方法，其包括將鋁合金內板原料在720－760℃的條件下熔煉成熔體，通過多級聯合熔體淨化步驟對熔體進行淨化處理，並將淨化後的熔體在700－710℃的條件下澆注成鋁合金鑄錠，並將鋁合金鑄錠進行多次軋制處理；汽車車身用鋁合金內板包括按照重量百分比計的以下組分：0－0.1％的Si、0.16－0.2％的Fe、0－0.05％的Cu、0.18－0.24％的Mn、4.5－4.8％的Mg、0－0.1％的Cr、0－0.2％的Zn、0－0.1％的Ti，餘量為Al。
在本發明較佳的實施例中，上述製作方法還包括：雙級均勻化處理，將鋁合金鑄錠升溫至500－560℃，保溫1－3h，再在470－490℃的條件下保溫1－3h。
在本發明較佳的實施例中，上述多次軋制處理包括熱軋處理、冷精軋處理和冷軋處理。
在本發明較佳的實施例中，上述熱軋處理是將所述鋁合金鑄錠以多道次連軋的方式熱軋至厚度為2－4mm的鋁合金卷，終軋溫度為330－350℃；所述冷精軋處理是在所述熱軋處理之後進行的，將所述鋁合金卷以多道次連軋的方式冷軋至1－1.2mm；所述冷軋處理是在在所述冷精軋處理之後進行的，將所述鋁合金卷冷軋至0.81－0.85mm。
在本發明較佳的實施例中，上述製作方法還包括：中間退火處理，所述中間退火處理是在所述冷精軋處理和所述冷軋處理之間進行的，所述中間退火處理的制度為：在300－330℃下保溫1.5－2.5h。
在本發明較佳的實施例中，上述製作方法還包括：電火花毛化處理(EDT)，所述電火花毛化處理是在所述冷軋處理的最後一個道次軋制時進行的。
在本發明較佳的實施例中，上述製作方法還包括：連續退火處理，將經所述電火花毛化處理後的鋁合金板材在465－560℃下保溫時間為10－30s，並拉矯。
在本發明較佳的實施例中，上述製作方法還包括：清洗處理，清洗處理包括預清洗、鹼洗和酸洗。
在本發明較佳的實施例中，上述製作方法還包括：Ti/Zr鈍化處理，Ti/Zr鈍化處理是在40－60℃、線速度為39－43m/min、鈍化液噴淋壓力1.0－2巴的條件下進行的，鈍化後形成的Ti/Zr鈍化膜重：2≤Ti≤8mg/m2。
一種汽車車身用鋁合金內板是由上述製作方法製備而成的，並且汽車車身用鋁合金內板包括按照重量百分比計的以下組分：0－0.1％的Si、0.16－0.2％的Fe、0－0.05％的Cu、0.18－0.24％的Mn、4.5－4.8％的Mg、0－0.1％的Cr、0－0.2％的Zn、0－0.1％的Ti，餘量為Al。
本發明實施例的有益效果是：
一方面，本發明通過對製備方法的工藝參數的優化設計，以提高鋁合金鑄錠的純度，形成的晶粒細小而均勻，避免晶粒組織不均而對產品表面性能造成不利影響，提高產品的強度、韌性、塑性，使得產品的成形性能及力學性能更加優異。另一方面，本發明通過對化學成分及重量配比的精確控制和進一步優化，使得成型後的汽車車身用鋁合金內板強度高，韌性、塑性好。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1為實施例1的鋁合金板內板的鑄錠組織結構圖；
圖2為實施例1的鋁合金板內板在經雙級均勻化處理後的組織結構圖；
圖3為實施例1的鋁合金板內板的熱軋組織結構圖；
圖4為實施例1的鋁合金板內板在經連續退火處理後的組織結構圖。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用於說明本發明，而不應視為限制本發明的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
本發明一個方面提供了一種汽車車身用鋁合金內板的製作方法，其包括以下步驟：
步驟1：配料
按照0－0.1％的Si、0.16－0.2％的Fe、0－0.05％的Cu、0.18－0.24％的Mn、4.5－4.8％的Mg、0－0.1％的Cr、0－0.2％的Zn、0－0.1％的Ti，餘量為Al準備原料。其中，固體料佔20％，一、二級廢料不超過50％，其餘為電解液。
本發明在鋁合金內板中添加了Mn元素，用於提高再結晶溫度，阻止鋁合金在加熱過程中的晶粒粗化，同時可使Mg相的分布趨於均勻且使其組織穩定，從提高鋁合金的抗腐蝕性能，並且Mn與Fe、Si形成(FeMn)Al6三相元和Al12(FeMn)3Si四相元，能夠降低其脆性，增強鋁合金內板的塑性。此外，考慮到大量Mn對鋁合金內板塑性的影響，因此本發明實施例的Mn含量控制0.18－0.24％的範圍內。
步驟2：熔煉
在720－760℃的條件下熔煉鋁合金原材料，鋁合金原材料50－60％熔化為鋁液時，開啟電磁攪拌。當鋁合金原材料全部熔化(720℃)後，加入成分添加劑，並進行扒渣、調整成分、轉移熔體到保溫爐。進行爐側Ar+Cl2混合氣精煉(STAS)，成分合格及鑄造準備充分後，熔體靜置適當時間，大於30min。
本實施例中採用Ar和Cl2混合氣進行精煉，其中，活性氣體氯氣不溶於鋁合金熔體，但能和鋁及溶於鋁合金液中的氫發生強烈的化學反應，生成不溶於鋁合金液的HCl和AlCl3氣體。由於反應生成的這些氣體和未參加反應的Cl2這都能起吸附氫氣和氧化夾雜物的作用，所以其精煉效果比使用單一氣體氬氣或者氮氣要好得多。一般在通氯氣進行簡練處理時，鋁合金液的溫度一般控制在690￣720℃，但通氯氣時間則依不同的合金系而有所不同。雖然通氯氣精煉的效果較好，但整套設備比較複雜，並且氯氣有毒性，對人體有害和對設備、環境有腐蝕作用，因此本實施例中，將Cl2和Ar混合使用，與通氯氣精煉相比，通混合氣體精煉的精煉時間節省一半，並且由於使用了氬氣，減輕了氯氣對人體及設備的腐蝕作用，從而使工作條件也得到較大改善。
步驟3：鑄造
在熔體溫度700－710℃條件下經在線處理，包括SNIF除氣、CCF過濾(30PPI+50PPI)以及晶粒細化，澆注成鋁合金鑄錠。鑄錠冶金質量滿足：晶粒度1級；[H]＝0.081ml/100gAl；Na＜2ppm；Ca＜4PPM；渣＝23K/kg。
SNIF除氣，SNIF(Spinning、Nozzel、Inert、Floatation)表示「旋轉、噴嘴、惰性氣體、除氣」，可提供鋁液的連續除氣。CCF過濾，即雙級陶瓷過濾，在本發明的實施例中，雙級陶瓷的規格分別為30PPI和50PPI。
本發明的多級聯合熔體淨化步驟包括從原鋪材料選配、熔煉、熔體爐內混合氣體精煉、在線多級串聯SNIF除氣、雙級陶瓷過濾、加蓋流槽預熱乾燥防汙染等多種工藝措施，使熔體的氣體、夾渣排除，得到較純潔熔體。
本發明的製作方法在熔體熔煉鑄造過程中，熔體淨化採用多級聯合熔體淨化技術，使鑄錠冶金質量達到高純化的水平，使鑄錠冶金質量滿足：晶粒度1級；[H]≤0.1ml/100gAl；Na＜2PPm；Ca＜4PPm；渣＜15K/kg。產品的成形性能及力學性能更優異。
步驟4：銑面
將由步驟3獲得鋁合金鑄錠切頭切尾後，銑面。
步驟5：雙級均勻化處理
將鋁合金鑄錠升溫至500－550℃，保溫1－3h，再在470－490℃的條件下保溫1－3h。
經過上述雙級均勻化處理之後的鋁合金鑄錠，通過次級保溫，有利於原始晶粒晶界附近低Zr區域Al3Zr彌散析出，晶界附近的無Al3Zr析出帶寬度變小，晶粒中央的Al3Zr粒子分布更加細小彌散、粒子尺寸分布均勻，從而有利於獲得高強度的鋁合金板材。而且由於細小彌散的Al3Zr粒子能夠顯著抑制再結晶，從而有利於改善鋁合金性能。
步驟6：多次軋制處理
多次軋制處理包括先後進行的熱軋處理、冷軋處理和冷精軋處理。
步驟6.1：熱軋處理
將步驟4獲得鋁合金鑄錠以多道次連軋的方式熱軋至厚度為2－4mm的鋁合金卷，終軋溫度為330－350℃。在本發明的實施例中優選為五道次熱軋處理。
步驟6.2：冷精軋處理
經熱軋處理後，以多道次連軋的方式將鋁合金卷冷軋至1－1.2mm。優選地，經四道次冷軋至厚度為1.05mm。
步驟6.3：冷軋處理
通過冷軋處理，將鋁合金卷軋至0.8－0.85mm。
步驟7：中間退火處理
中間退火處理是在多次軋制處理過程中進行的，具體地，是在冷精軋處理和冷軋處理之間進行的。退火工藝為在300－330℃下保溫1.5－2.5h。優選地，在320℃下保溫2h。冷卻至室溫，完成退火工藝。
本發明採用中間退火處理工藝，可以改善帶材的卷取性能以及熱軋組織的不均勻性，避免熱軋對材料表面性能的不利影響。同時，通過中間退火處理還可以控制鋁合金固溶處理後的顯微組織，在一定程度上提高成形性能(橫向塑性應變比r值)。
步驟8：電火花毛化處理
電火花毛化處理是在多次軋制處理之後進行的，具體地，是在冷軋處理的最後一個道次軋制時進行的。將經過冷軋處理後的鋁合金卷通過電火花毛化處理成厚度為0.8mm的鋁合金卷。
經過電火花毛化處理的鋁合金卷其表面更具吸附性，使得車身用漆能夠很好的與鋁合金內板表面結合，有利於提高塗漆後車身的光鮮性。
步驟9：連續退火處理
在多次軋制後在465－560℃下保溫時間為10－30s。具體地，連續退火處理是在電火花毛化處理後進行的。連續退火後拉矯。
步驟10：清洗處理
清洗處理包括預清洗、鹼洗和酸洗。通過清洗以去除加工後的鋁合金板表面的雜質，有利於後續Ti/Zr鈍化膜的形成。優選地，預清洗液採用寶馬公司專用的預清洗液(編號為：S5201)，下同。鹼洗液用S5160，酸洗液用S5149和H7274。
步驟11：Ti/Zr鈍化處理
在連續式汽車板生產線上進行清洗Ti/Zr鈍化處理。Ti/Zr鈍化處理是在40－60℃、線速度為39－43m/min、鈍化液噴淋壓力1.0－2巴的條件下進行的，鈍化後形成的Ti/Zr鈍化膜重：2≤Ti≤8mg/m2。
步驟12：卷品成材
下面結合實施例對本發明進一步說明。
實施例1－1
本實施例以按照以下方法製備而成的：
步驟1：配料
按照0.07％的Si、0.18％的Fe、0.02％的Cu、0.22％的Mn、4.6％的Mg、0.04％的Cr、0.01％的Zn、0.06％的Ti，餘量為Al準備原料。
步驟2：熔煉
在720℃的條件下熔煉鋁合金原材料，鋁合金原材料50％熔化為鋁液時，開啟電磁攪拌。當鋁合金原材料全部熔化後，加入成分添加劑，並進行扒渣、調整成分、轉移熔體到保溫爐。進行爐側Ar+Cl2混合氣精煉(STAS)，成分合格及鑄造準備充分後，熔體靜置適當時間，大於30min。
步驟3：鑄造
在熔體溫度700℃條件下經在線處理，包括SNIF除氣、CCF過濾(30PPI+50PPI)以及晶粒細化，澆注成鋁合金鑄錠。
步驟4：銑面
將由步驟3獲得鋁合金鑄錠切頭切尾後，銑面。
步驟5：雙級均勻化處理
將鋁合金鑄錠升溫至530℃，保溫2h，再在480℃的條件下保溫2h。
步驟6：多次軋制處理
步驟6.1：熱軋處理
將步驟4獲得鋁合金鑄錠以五道次連軋的方式熱軋至厚度為3mm的鋁合金卷，終軋溫度為334℃。
步驟6.2：冷軋處理
經熱軋處理後，以四道次連軋的方式將鋁合金卷冷軋至1.05mm。
步驟6.3：冷精軋處理
通過冷精軋處理，將鋁合金卷軋至0.84mm。
步驟7：中間退火處理
中間退火處理是在冷軋處理和冷精軋處理之間進行的。退火工藝為在320℃下保溫2h。冷卻至室溫，完成退火工藝。
步驟8：電火花毛化處理
電火花毛化處理是在冷精軋處理之後進行的。將經過冷精軋處理後的鋁合金卷通過電火花毛化處理成厚度為0.8mm的鋁合金卷。
步驟9：連續退火處理
在多次軋制後在465℃下保溫時間為10s。具體地，連續退火處理是在電火花毛化處理後進行的。連續退火後拉矯。
步驟10：清洗處理
清洗處理包括預清洗、鹼洗和酸洗。預清洗液採用寶馬公司專用的汽車預清洗液(編號：S5201)，下同。鹼洗液用S5160，酸洗液用S5149和H7274。
步驟11：Ti/Zr鈍化處理
在連續式汽車板生產線上進行清洗Ti/Zr鈍化處理。Ti/Zr鈍化處理是在50℃、線速度為39m/min、鈍化液噴淋壓力1巴的條件下進行的，鈍化後形成的Ti/Zr鈍化膜重：Ti＝2mg/m2。
步驟12：卷品成材
經過上述步驟後獲得本實施例的鋁合金內板，並觀察其不同階段的組織結構。
圖1為本實施例的鋁合金板內板的鑄錠組織圖，其展示了厚度方向的表層、厚度方向的1/4位置、厚度方向的心部、寬度方向的表層、寬度方向的1/4位置和寬度方向的心部的組織結構圖。
圖2為本實施例的鋁合金板內板在經雙級均勻化處理後的組織結構圖，從左至右依次為均勻化表層結構、均勻化1/4位置處結構和均勻化心部結構。
圖3為本實施例的鋁合金板內板的熱軋組織結構圖，從左至右依次為100倍、300倍、500倍的組織結構圖。
圖4為本實施例的鋁合金板內板在經連續退火處理後的組織結構圖。
實施例1－2至實施例1－7
實施例1－2至實施例1－7的製備方法與實施例1－1相同，區別在於化學成分及配比，詳見表1。因此，對實施例1－2至實施例1－7的製備過程，此處不再贅述。對比例1－1為現有5182鋁合金板材。
表1 各實施例提供的鋁合金板材的化學成分及重量百分比
實施例2－1和實施例2－2
實施例2－1和實施例2－2均採用實施例1－1的化學成分及配比，其製備方法與實施例1－1基本相同，區別在於個別步驟參數不同，詳見表3。對比例2－1的原料成分與對比例1－1相同，其採用的是現有製備工藝製備，詳見表3。
表3 製備各實施例的工藝條件
試驗例
一、5182鋁合金板材的成分及配比優化實驗
按照表1所提供的實施例鋁合金板材的化學成分及其重量百分比進行配料，並按照實施例1－1的製作方法分別製備出實施例1－1至實施例1－7以及對比例1的鋁合金板材。對製得的8個鋁合金板材進行性能檢測，檢測結果見表2：
表2 各實施例提供的鋁合金板材的性能檢測結果
從表2可以看出，本發明實施例1－1至實施例1－7的各項性能指標均滿足用戶要求，並且在此基礎上相對比對比例1－1有明顯提高，尤其是橫向塑性應變比和各向異性度由明顯改善，有利於產品成型。
二、5182鋁合金板材的工藝條件優化實驗
實施例2－1至實施例2－2均採用實施例1－1的化學成分及配比，其製備方法與實施例1－1基本相同，區別在於個別步驟參數不同，詳見表3。
按照表1所提供的實施例鋁合金板材的化學成分及其重量百分比進行配料，並按照實施例1－1的製作方法分別製備出實施例1－1至實施例1－7以及對比例1的鋁合金板材。對製得的8個鋁合金板材進行性能檢測，檢測結果見表3：
表3 各實施例提供的鋁合金板材的性能檢測結果
從表3可以看出，本發明實施例2－1和實施例2－2的各項性能指標均滿足用戶要求，並且在此基礎上相對比對比例2－1有明顯提高，說明在本發明原料化學成分及配比的基礎上，結合製備工藝參數的進一步優選，使得本發明實施例的鋁合金內板的各項性能指標始終體現出比現有5182鋁合金板的更加優異的性能。
本發明通過對鋁合金化學成分及其配比的精確控制，提供了一個有利於提高5182鋁合金板材綜合性能的原料配比，並結合對製備方法工藝參數的精確控制，提供了一種高質量的汽車車用鋁合金內板生產線，進而能為用戶提供高品質的車身用內板，提高衝壓時成品率，降低汽車廠家成本。同時也為製備高性能的5182鋁合金板材提供了參考依據，具有廣闊的市場前景和經濟價值。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。