用於車輛板件的多合金複合薄板的製作方法

2023-05-18 01:48:31

用於車輛板件的多合金複合薄板的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於汽車用途的多合金複合薄板以及生產該多合金複合薄板的方法。該汽車用途可以包括具有雙層或三層複合薄板的車輛板件，該複合薄板具有3xxx和6xxx系鋁合金板。該複合薄板可以由輥壓接合或者多合金鑄造、或其它技術生產。這些複合薄板中每個都能表現出良好的平板卷邊等級和機械性能、長久的儲存期限、以及高的抗凹痕性和其它性能。
【專利說明】用於車輛板件的多合金複合薄板
[0001]本分案申請是基於中國發明專利申請號201010223925.4、發明名稱「用於車輛板件的多合金複合薄板」、申請日2010年4月30日的專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請是2010年4月27日提交的美國專利申請12/768，429的接續案，本申請要求美國臨時專利申請系列N0.61/174324的優先權，該申請於2009年4月30日提交，通過參考其整體上結合到本文中。
【技術領域】
[0004]本發明涉及一種車輛板件，該車輛板件總體上包括外板件和內板件。
【背景技術】
[0005]這些外和內板件必須達到某些性能。例如，外板件通常必須滿足足夠的平板卷邊等級(flat hem rating)、用於抗凹痕性的漆層烘烤(paint-bake)後強度、A級漆層表面質量、以及良好的整體成形性，以及其它因素。對於卷邊性能的另一個非常需要的方面是材料需要對自然時效免疫。對於內板件，其通常必須滿足典型的較高的成形性，該成形性由充分的極限球形高度(limiting dome height)或者極限拉延比測量。

【發明內容】

[0006]本發明公開了一種由多合金複合薄板製造的車輛板件以及生產該車輛板件的方法。在一個實施方式中，多合金複合薄板包括Al-Mg-Si合金層和Al-Mn合金層，該Al-Mn合金層與Al-Mg-Si合金層的至少一個表面聯結。在一些實施方式中，得到的複合薄板能夠達到不低於3的、或者不低於2，或者不低於I的平板卷邊等級。
[0007]在一個實施方式中，Al-Mg-Si合金為6xxx系招合金，Al-Mn合金為3xxx系招合金。在另一實施方式中，Al-Mg-Si合金層具有以下厚度，該厚度在複合薄板的總厚度的約60%至約90%的範圍內，而Al-Mn合金層具有以下厚度，該厚度在複合薄板總厚度的約10%至約40%的範圍內。
[0008]在一些實施方式中，平板卷邊等級在至少約I %、或至少約7%、或至少約11 %、或至少約15%的預應變水平下進行測量。在其它實施方式中，該平板卷邊等級以至少約7天、或至少約14天、或至少約30天、或至少約60天、或至少約90天的時間周期進行測量。
[0009]在一些實施方式中，該複合薄板在漆層烘烤周期後能夠達到至少約190MPa、或至少約210MPa、或至少約230MPa的屈服強度。在其它實施方式中，該複合薄板能夠達到至少約20mm、或至少約22mm、或至少約24mm的極限球形高度。
[0010]在一個實施方式中，多合金複合薄板包括Al-Mg-Si合金層和兩個Al-Mn合金層，其中，第一 Al-Mn合金層與Al-Mg-Si合金層的一個表面聯結，同時第二 Al-Mn合金層與Al-Mg-Si合金層的另一個表面聯結，該兩個表面相互相對。所得到的複合薄板能夠達到不低於3、或者不低於2、或者不低於I的平板卷邊等級。[0011]在一個實施方式中，該Al-Mg-Si合金為6xxx系招合金,而兩個Al-Mn合金中的每一個都是3XXX系鋁合金。在另一實施方式中，該Al-Mg-Si合金層具有在複合薄板的總厚度的約50 %至約80 %內的厚度，第一 Al-Mn合金層具有在複合薄板的總厚度的約10 %至約40 %範圍內的厚度，第二 Al-Mn合金具有在複合薄板的總厚度的約O %至約10 %範圍內的厚度。
[0012]在一些實施方式中，在至少約I %、或者至少約7%、或者至少約11 %、或者至少約15%的預應變水平下測量平板卷邊等級。在其它的實施方式中，在至少約7天、或至少約14天、或至少約30天、或至少約60天、或至少約90天的時間周期下測量平板卷邊等級。在一個實施方式中，在漆層烘烤周期後，複合薄板能夠達到至少約190MPa的屈服強度。
[0013]在一個實施方式中，一種生產至少雙層複合薄板的方法包括:生產Al-Mg-Si合金層和Al-Mn合金層；以及將該兩個合金層放置成相互物理接觸，從而所得到的複合薄板得到不低於3、或者不低於2、或者不低於I的平板卷邊等級。在一些實施方式中，該生產複合薄板的方法可以通過棍壓結合(roll bonding)、多合金鑄造(mult1-alloy casting)和直接冷硬鑄造(direct chill casting)中的至少一種實施。在其它實施方式中，該Al-Mg-Si合金為6xxx系招合金,該Al-Mn合金為3xxx系招合金。
[0014]在另一個實施方式中，一種生產至少三層複合薄板的方法包括，除了生產上文的第一 Al-Mn合金層外,還生產第二 Al-Mn合金層，以及將該第二 Al-Mn合金層與Al-Mg-Si合金層的表面物理接觸放置，該表面與第一 Al-Mn合金層的表面相對。所得到的三層複合薄板能夠達到不低於3、或者不低於2、或者不低於I的平板卷邊等級。如上文所述的，在一些實施方式中，該生產複合薄板的方法包括輥壓結合、多合金鑄造和直接冷硬鑄造中的至少一種。另外，該第二 Al-Mn合金(類似於第一 Al-Mn合金)也可以為3xxx系鋁合金。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]根據下文詳細描述的說明、附圖以及權利要求，本發明的其它變化、實施方式和特徵將變得更加清楚，在附圖中:
[0016]圖1顯示了汽車車身的分解圖；
[0017]圖2顯示了汽車發動機罩的分解圖；
[0018]圖3顯示了具有不同厚度和層百分比範圍的複合薄板的橫截面圖；
[0019]圖4為工藝流程圖，其顯示了根據本發明的一個實施方式生產複合薄板的各個步驟；
[0020]圖5為工藝流程圖，其顯示了根據本發明的一個實施方式生產複合薄板的各個步驟；
[0021]圖6為卷邊工藝的工藝流程；
[0022]圖7顯示了不同類型卷邊的橫截面圖；
[0023]圖8圖示了用於確定試驗樣品的平板卷邊等級的標準；
[0024]圖9顯示了卷邊試驗樣品的光學顯微照片；
[0025]圖10為狗骨形標準拉伸試驗樣品；
[0026]圖11為工藝流程圖，其顯示了根據本發明的一個實施方式生產複合薄板的各個步驟；[0027]圖12圖示了經過3個月自然時效後的6XXX系鋁合金的卷邊部位的橫截面光學顯微照片；
[0028]圖13圖示了經過3個月自然時效後的根據本發明的一個實施方式的三層複合薄板的卷邊部位的橫截面光學顯微照片；
【具體實施方式】
[0029]對於本領域技術人員來說應該理解到的是，本文公開的實施方式在不脫離本發明的精神或者實質性特徵的情況下可以以其它具體方式實現。本文中公開的實施方式因此應該被認為是示例性的而非限制性的。
[0030]本文公開了用於車輛用途的多合金複合薄板以及生產該多合金複合薄板的方法。一般來說，該多合金複合薄板能夠獲得超過市場上現有產品的增強性能。具體來說，本發明公開的多合金複合薄板可以表現出更好的卷邊性能、更長的儲存期限、更高的漆層烘烤強度、更好的漆層表面質量、更高的成形性和更好的耐腐蝕性，以及其它特徵。
[0031]本發明涉及通常具有外板件和內板件的車輛板件，其中，外板件和內板件中的每個都能夠獲得某些性能。在一個實施方式中，外板件和內板件中的每個可以由多合金複合薄板形成。
[0032]在本文的使用中，「板件」意思是指形成某些構件的不同的(有時是平的)部分或部件的薄板。在本文中，「薄板」的含義為人工製品，該人工製品相對於長度和寬度是薄的。這些薄板的例子包括:板件，如車輛板件，其可以為複合薄板的形式。在本文的使用中，「車輛板件」的含義為用於車輛用途的板件，尤其是包括發動機罩、護板、門、頂和行李箱蓋一類的部件。
[0033]現在參考圖1，圖1顯示了汽車車身100的分解圖，該汽車車身具有多個車輛板件110。在一個實施方式中，車輛板件110尤其包括象以下形式的部件，汽車發動機罩110a、汽車護板110b、汽車門110c、汽車頂IlOd和行李箱蓋110e。在一些實施方式中，車輛板件110可以包括封閉板件和護板內襯，以及其它的車輛部件。通常而言，車輛板件110可以形成車輛的不同部分。
[0034]在一個實施方式中，車輛板件110包括外板件和內板件。在一個實施方式中，該外板件包括至少一個複合薄板，如下文所述。類似地，在另一個實施方式中，內板件也可以包括至少一個複合薄板，其中內板件的複合薄板不需要與外板件的複合薄板一樣。通常而言，外板件是車輛板件110的用於暴露於外界環境的部分，而內板件是車輛板件110的不用於暴露於外界環境的部分。
[0035]現在參考圖2，圖2顯示了汽車發動機罩IlOa的分解圖，該汽車發動罩包括外板件210和內板件230。外板件210的插圖顯不了具有第一複合薄板220的外板件210的橫截面圖，該第一複合薄板220具有第一外層220a和第一內層220b。同樣地，內板件230的插圖顯示了具有第二複合薄板240的內板件230的橫截面圖，該第二複合薄板240具有第二外層240a和第二內層240b。在某些例子中，外層220a、240a可以被稱作是蒙皮或表層，而內層220b、240b可以被稱作是芯部或芯層。
[0036]在本文的使用中，「複合薄板」的含義為具有至少兩個不同層(如內層(如芯層)和外層(如表層))的薄板。例如，車輛板件可以包括複合薄板220、240，該複合薄板具有至少外層220a、240a和內層220b、240b，其中，外層220a、240a由第一材料(例如第一鋁合金)製成，內層220b、240b由第二材料(例如第二鋁合金)製成。複合薄板220、240的層220a、220b、240a、240b可以通過多合金鑄造、直接冷硬(DC)鑄造和輥壓結合、以及其它合適的工藝來生產。在一些實施方式中，外層220a、240a和內層220b、240b可以通過冶金結合來相互聯結。
[0037]類似於外車輛板件和內車輛板件，複合薄板的外層的含義是指通常用於暴露於外界環境的層，而複合薄板的內層的含義是指通常不用於暴露於外界環境的層。在一些實例中，例如當在車輛板件中使用時，外層可以被稱作為蒙皮材料，而內層可以被稱作為芯部材料。
[0038]在一個實施方式中，Al-Mg-Si合金可以合適地作為複合薄板220、240的外層220a、240a，在一個實施方式中，Al-Mg-Si合金可以合適地作為複合薄板220、240的內層220b、240b。如在本文中使用的，「Al-Mg-Si合金」的含義為，具有鎂和矽作為主要合金化組分的鋁合金。在一些實施方式中，Al-Mg-Si合金還可以含有合金加成劑，尤其是包括銅、鉻、鈦、猛、鋅、鐵、娃和鑰;。
[0039]在一個實施方式中，該Al-Mg-Si合金為AA6013。如在本文中使用的，「AA6013」為美國鋁業協會標準合金6013，由美國鋁業協會Teal Sheets定義。Al-Mg-Si合金的例子包括 6xxx 系合金中的任一個，包括尤其是 AA6022、AA6111、AA6061、AA6063、AA6016、AA6056、AA6082、AA6181和A6181A中的至少一個，由美國鋁業協會Teal Sheets定義。
[0040]在一個實施方式中，Al-Mn合金可以合適地作為複合薄板220、240的外層220a、240a。在一個實施方式中,Al-Mn合金可以合適地作為複合薄板220、240的內層220b、240b。在一些實施方式中，Al-Mn合金可以合適地作為複合薄板220、240的外層220a、240a和內層220b、240b。換句話說，複合薄板可以包括至少三個不同的層，即第一 Al-Mn合金作為外層和第二 Al-Mn合金作為內層，兩個Al-Mn合金層分別結合在Al-Mg-Si合金層的相對的表面上。該兩個Al-Mn合金層可以具有相同或者不同的成分。
[0041]在其它實施方式中，複合薄板可以包括多個不同的層，具有Al-Mg-Si和Al-Mn合金的不同組合。如在本文中使用的，「Al-Mn合金」的含義為具有錳作為主要合金化組分的招合金。在一些實施方式中，該Al-Mn合金還可以含有合金加成劑,尤其是包括猛、銅、鉻、鐵、矽和鈦。
[0042]在一個實施方式中，該Al-Mn合金為AA3104。如本文中使用的，「AA3104」的含義為美國鋁業協會標準合金3104，由美國鋁業協會Teal Sheets定義。在另一個實施方式中，該Al-Mn合金為AA3003。如本文中使用的，「AA3003」的含義為美國鋁業協會標準合金3003，由美國招業協會Teal Sheets定義。Al-Mn合金的實例包括3xxx系合金中的任一個,尤其是包括AA3004、AA3005中的至少一個，由美國鋁業協會Teal Sheets定義。
[0043]現在參考圖3，該圖3顯示了具有不同厚度和層百分比範圍的複合薄板320、360的橫截面圖。如圖所示，在一個實施方式中，複合薄板320包括與Al-Mn合金表層330結合的Al-Mg-Si合金芯層340。如上所述，層330、340可以通過輥壓結合、多合金鑄造和直接冷硬鑄造中的至少一種相互結合。在一個例子中，該Al-Mg-Si合金芯層340可以為AA6013，Al-Mn合金表層330可以為AA3003。可替換地，該Al-Mg-Si合金芯層340可以為AA6013，該Al-Mn合金表層330可以為AA3104。在一些實例中，該Al-Mg-Si合金芯層340包括6xxx系鋁合金中的一種，該Al-Mn合金表層330包括3xxx系鋁合金中的一種。
[0044]如圖所示，在一個實施方式中，複合薄板360包括第一 Al-Mn合金表層370和第二Al-Mn合金表層390,該第一 Al-Mn合金表層與Al-Mg-Si合金芯層380的第一表面結合,該第二 Al-Mn合金表層與Al-Mg-Si合金芯層380的第二表面結合,其中，該第一表面與該第二表面相對。如上所述，層370、380、390可以通過輥壓結合、多合金鑄造和直接冷硬鑄造中的至少一種相互結合。在一個例子中，該Al-Mg-Si合金芯層380可以為AA6013，該Al-Mn合金表層370、390可以為AA3003。可替換地，該Al-Mg-Si合金芯層380可以為AA6013，該Al-Mn合金表層370、390可以為AA3104。在一些實例中，該Al-Mg-Si合金芯層380包括6xxx系招合金中的一種,該Al-Mn合金表層370、390包括3xxx系招合金中的一種。
[0045]在一些實施方式中，複合薄板320、360的總厚度Tl、T2可以為至少約0.1mm、或至少約0.2mm、或至少約0.3mm、或至少約0.4mm、或至少約0.5mm、或至少約1mm、或至少約2mm、或至少約3mm、或至少約4mm、或至少約5mm、或至少約6mm、或至少約8mm、或至少約10mm、或至少約15mm。在其它實施方式中，複合薄板320、360的總厚度Tl、T2的範圍可以為約0.1mm至約15mm,或者為約0.5mm至約5mm,或者為約Imm至約2mm。
[0046]在一個實施方式中，該複合薄板320、360可以在T4條件下製造成具有約Imm的總厚度T1、T2，其中該T4條件的含義是指進行了固溶熱處理和自然時效的材料。在下文的討論中，固溶熱處理和自然時效對於本領域技術人員來說將會變得清楚。
[0047]在一個實施方式中，該Al-Mg-Si合金芯層340的厚度範圍可以為複合薄板320的總厚度Tl的約60%至約90%，而該Al-Mn合金芯層330的厚度範圍可以為複合薄板320的總厚度Tl的約10%至約40%。在可替換的實施方式中，該Al-Mg-Si合金芯層340和該Al-Mn合金表層330可以包括其它合適的厚度範圍。
[0048]在一個例子中，複合薄板320的總厚度Tl可以為約1mm，同時Al-Mn合金表層330的厚度為約0.15mm, Al-Mg-Si合金芯層340的厚度為0.85mm。在另一個例子中，複合薄板320的總厚度Tl可以為約1mm，同時Al-Mn合金表層330的厚度為約0.2mm, Al-Mg-Si合金芯層340的厚度為約0.8mm。在一些實例中，複合薄板320的總厚度Tl可以為約Imm,同時Al-Mn合金表層330的厚度為約0.25mm, Al-Mg-Si合金芯層340的厚度為0.75mm。在其它實例中，複合薄板320的總厚度Tl可以為約1mm，同時Al-Mn合金表層330的厚度為約
0.3mm, Al-Mg-Si合金芯層340的厚度為0.7mm。在一個例子中，複合薄板320的總厚度Tl可以為約6mm,同時Al-Mn合金表層330的厚度為約1.5mm, Al-Mg-Si合金芯層340的厚度為約4.5_。
[0049]在一個實施方式中，該Al-Mg-Si合金芯層380的厚度範圍可以為複合薄板360的總厚度T2的約50%至約80%，該第一 Al-Mn合金表層370的厚度範圍可以為複合薄板360的總厚度T2的約10%至約40%，同時第二 Al-Mn合金表層390的厚度範圍可以為複合薄板360的總厚度T2的約O %至約10%。在另一個實施方式中，該Al-Mg-Si合金芯層380的厚度範圍可以為複合薄板360的總厚度T2的約20%至約80%，該Al-Mn合金表層370、390中的每個的厚度範圍均可以為複合薄板360 (未示出)的總厚度T2的約10 %至約40 %。在一個實施方式中，該第一 Al-Mn合金表層370可以更適合作為外層使用，而第二 Al-Mn合金芯層390可以更適合作為內層使用。在可替換的實施方式中，該Al-Mg-Si合金芯層380和該Al-Mn合金表層370、390可以包括其它合適的厚度範圍。在一個例子中，複合薄板360的總厚度T2可以為約1mm，同時第一 Al-Mn合金表層370為約0.25mm,該Al-Mg-Si合金芯層380為約0.65mm,該第二 Al-Mn合金表層390為約0.1mm。
[0050]現在參考圖4，其顯示了根據本發明一個實施方式的生產複合薄板的不同步驟的工藝流程圖400。在一個實施方式中，具有至少一種鋁合金的鑄塊可以通過鑄造步驟410生產。該鑄造步驟410包括通過多合金鑄造或者DC鑄造或者其它合適的鑄造工藝來鑄造鋁合金。例如，單塊鑄塊(例如單層)可以通過鑄造單一鋁合金材料生產。在其它例子中，複合鑄塊(例如多合金)可以通過鑄造至少兩種鋁合金生產，其中每種鋁合金具有不同的化學成分。在一個實施方式中，複合鑄塊可以由以下方式生產，即單獨鑄造至少兩個不同的鋁合金層，隨後，將該鋁合金層相互直接接觸地放置以形成複合鑄塊。
[0051 ] 在鑄造步驟410之後，該單塊鑄塊或者複合鑄塊可以進行均質化步驟420。在一個實施方式中，該均質化步驟420包括在約540°C至約570°C的溫度範圍內加熱該鑄塊約4小時。該均質化步驟420允許物質或其它元素(如:鎂、矽)在複合薄板內擴散。在一些實例中，均質化步驟420可以除去微觀偏析同時增強鑄塊的均勻性。
[0052]鑄塊的厚度可以隨後通過熱軋步驟430被降低到所需的規格(例如，薄板厚度)。通常而言，熱軋步驟430包括使用重機械輥子，其應用壓力來變平或者降低鑄塊的厚度。與高溫結合，該熱軋步驟430可以降低鑄塊的厚度至所需的薄板厚度範圍，從而獲得更適合進行隨後工藝步驟的薄板。例如，具有約304.8_(12英寸)厚度的鑄塊可以被熱軋至具有約3.4mm(0.135英寸)厚度的薄板。在熱軋步驟430的開始階段，該鑄塊可以處於約500°C至約550°C的溫度範圍內。然後在熱軋步驟430的結束階段，該薄板可以保持在約250°C至約350°C的溫度範圍內。來自機械輥子的壓力和更高溫度的結合可以有利於獲得鑄塊厚度的接近10倍的壓縮率從而製造具有不高於約15mm或約IOmm厚度的單塊或複合薄板。在一些實例中，該薄板可以被卷繞成卷材或者在熱軋步驟430過程中展開成薄板。
[0053]該單塊或者複合薄板可以隨後進行熱處理步驟440。在一個實施方式中，該熱處理步驟440包括在約420°C至430°C的溫度範圍內分批退火(BA)該薄板約60分鐘。在另一個實施方式中，該熱處理步驟440包括從約540°C至約580°C的溫度範圍持續約5分鐘的薄板的固溶熱處理(SHT)。該薄板在熱處理步驟440的過程中可以被卷繞成卷材或者展開成薄板。
[0054]在熱處理步驟440之後，薄板的厚度可以進一步通過冷軋步驟450降低。該冷軋步驟450可以基本上類似於熱軋步驟430，除了該冷軋步驟450可以在室溫或者稍高的溫度下進行之外。在一個實施方式中，該冷軋步驟450可以進一步將單塊或複合薄板的厚度從約3.4mm(0.135英寸)降低至約lmm(0.039英寸)，也就是約70%的厚度壓下率。在其它的實施方式中，該冷軋步驟450可以將薄板的厚度降低約50 %至約60 %，或者至少約80 %。通常情況下，薄板的厚度可以根據車輛應用的需要進行縮減。如上文所述，該薄板在冷軋步驟450的過程中可以被卷繞成卷材或者展開成薄板。
[0055]在冷軋步驟450之後，該單塊或複合薄板可以進行固溶熱處理(SHT)步驟460。在一個實施方式中，該SHT步驟460包括加熱該薄板至從約540°C至約580°C的溫度範圍持續約5分鐘。另外，該SHT步驟460可以包括在淬火後預時效該薄板。例如，在高溫處理後，該薄板可以進行淬火工藝以達到約60°C至約100°C溫度範圍，然後進行薄板的卷繞。該淬火工藝可以為瞬時的並且可以包括在空氣中或者在水中或者同時在空氣和水中淬火該薄板。在其它的實例中，該淬火工藝可以在室溫下發生。在一個實施方式中，在淬火至室溫後，在該薄板進行卷繞或展開時，該工藝可以包括立即將該薄板暴露至加熱裝置，該加熱裝置例如為紅外加熱燈或感應加熱或鼓風爐，由此，在約I小時至約24小時或更長時間內的暴露和隨後的卷繞冷卻可以預時效或者改變該薄板的微觀結構。在一個實施方式中，在SHT、淬火至室溫以及卷繞該卷材之後，該卷材可以隨後在爐中加熱，並允許在爐內或者在外部在環境溫度下冷卻。
[0056]在SHT步驟460之後，在試驗步驟470中可以在單塊或複合薄板上實施不同的試驗。在一些實施方式中，用於限定薄板特徵的試驗步驟470可以尤其是包括:卷邊性能、機械性能、儲存期限、漆層烘烤後的強度、抗凹痕性，表面質量、成形性、抗腐蝕性和晶粒尺寸。
[0057]現在參考圖5，其顯示了根據本發明的一個實施方式生產複合薄板的不同步驟的工藝流程圖500。在一個實施方式中，具有兩種不同鋁合金成分的複合鑄塊可以通過輥壓結合步驟510生產。例如，第一鑄塊可以通過鑄造第一鋁合金材料生產，第二鑄塊可以通過鑄造第二鋁合金材料生產。該兩個鑄塊可以通過以下方式相互輥壓結合，即將一個鑄塊放置在另一個鑄塊的頂上，然後施加機械力使該鑄塊產生結合。在一個實施方式中，複合鑄塊可以通過至少兩個單塊鑄塊的相互冶金結合生產(例如，材料的晶格結構被促使為相互一致)。在一些實例中，冶金結合可以利用高壓力，從而導致層的變形。在一些實施方式中，在輥壓結合步驟510之前，每個單塊鑄塊可以通過在從約540°C至約570°C的溫度範圍內加熱該鑄塊約4小時進行均質化。
[0058]在已經通過輥壓結合步驟510生產出複合鑄塊之後，該鑄塊可以進行熱軋530、分批退火540、冷軋550和固溶熱處理560工藝，這些工藝基本上類似於上文所述的那些工藝。如上所述，得到的複合薄板可以通過試驗步驟570來評價，以提供所需的材料性能和特性。
[0059]限定車輛板件特徵的方式中的一個為卷邊性能。總體上，車輛板件可以與基於其卷邊性能的卷邊等級相關聯，其中卷邊性越好，在車輛板件的生產過程中，當這種車輛板件被彎曲和/或摺疊時，其發生顯著斷裂的可能性就越低。
[0060]現在回到圖1-2，外板件210和內板件230可以共同卷邊來生產車輛板件110。通過合適的機械工藝，通過共同彎曲和/或摺疊兩個板件210、230的邊緣，該卷邊可以導致凸緣的形成。可以評價該卷邊部位，同時車輛板件110可以被指定卷邊等級。在一個實施方式中，外板件210和內板件230可以一起進行卷邊從而通過圍起卷邊(rope hem)、釋放平卷邊(relieved flat hem)或平板卷邊(flat hem)生產車輛板件110,上述工藝可以被認為是更複雜卷邊工藝(例如，比圍起卷邊或釋放平板卷邊工藝複雜)中的一種。
[0061]現在參考圖6，圖6顯示了用於對車輛板件進行卷邊的處理步驟。在步驟602中，在每個薄板720、740已經預應變(例如，7%、11%、15% )之後，外薄板720可以與內薄板740結合。如圖所示，外薄板720的一部分相對於內薄板740可以被彎曲約90度。在一個例子中，夕卜薄板720的厚度可以為約Imm,內薄板740的厚度可以為約1_。在另一個實施例中，夕卜薄板720的厚度可以為約0.5mm,內薄板740的厚度可以為約0.5mm。在其它實施例中，外薄板720和內薄板740可以包括不同的厚度組合。標記「 It」和「6t」分別意味著薄板厚度的I倍和6倍。
[0062]在步驟604中，可以施加附加力來相對於內薄板740連續彎曲外薄板720約另外的90度，於是總的彎曲角度為約180度。外薄板和內薄板720、740的彎曲可以通過合適的機械裝置完成。隨後，在步驟606中，在外薄板720已經被基本上彎曲以圍繞內薄板740的一部分卷繞之後，可以形成卷邊部位760。
[0063]現在參考圖7，其顯示了不同的卷邊的橫截面圖，該卷邊通過圍繞內薄板740 (如，內層)彎曲外薄板720(如，外層)形成，基本上如上文所述。圖中所示的尺寸和單位是毫米的(mm)。如上文所述，該卷邊工藝可以通過以下方式發生，即將外薄板720在內薄板740的一部分上彎曲約180度，該彎曲是以根據ASTM E290-97A以1.0mm (圍起卷邊)、0.75mm (釋放平板卷邊)和0.5_(平板卷邊)的彎曲半徑R進行的。在這些實例中，該半徑用於1_厚度的薄板。在一個實施方式中，外薄板720和內薄板740的結合可以產生複合薄板。在另一個實施方式中，夕卜薄板720可以為由第一複合材料形成的外板件，同時內薄板740可以為由第二複合材料形成的內板件，該兩個板件720、740能夠結合從而形成車輛板件，如發動機罩或行李箱蓋。
[0064]現在參考圖8，其顯示了平板卷邊等級標準，用於每種試樣的卷邊部位760的並排評價和對比，並且用於指定相關的平板卷邊等級。可以根據下面的平板卷邊等級尺度賦予試樣標記，如表I中所示。
[0065]1-無裂紋(輕微至中等桔皮狀是可以接收的)
[0066]2-重桔皮狀
[0067]3-利用3X放大率可視的裂紋
[0068]4-利用肉眼可視的裂紋
[0069]5-沿彎曲(例如卷邊部位)的斷裂或連續裂紋
[0070]表1.平板卷邊等級尺度
[0071]總體上，I的平板卷邊等級是最好的，5的平板卷邊等級是最差的。桔皮狀廣義上被理解為，在具有大晶粒尺寸和/或特定取向的材料變形時發生的總體晶粒粗化。
[0072]現在參考圖9，其顯示了卷邊部位760的橫截面光學顯微照片。具有通常可接受的平板卷邊性能(如可接受的平板卷邊等級)的複合薄板可以在表面上表現出最小的裂紋到無裂紋，如左邊的光學顯微照片920所示，而具有通常不可接受的平板卷邊性能(如不可接受的平板卷邊等級)的複合薄板可以在表面上表現出嚴重的裂紋(如箭頭所示)，如右邊的光學顯微照片940所示。具體地，通常可接受的光學顯微照片920可以與I或2的平板卷邊等級相關聯，而通常不可接受的光學顯微照片940可以與3、4或5的平板卷邊等級相關聯。
[0073]現在回到圖3，在一些實施方式中，每個複合薄板320、360可以能夠得到不低於5、或不低於4、或不低於3、或不低於2、或不低於I的平板卷邊等級。
[0074]在一個實施方式中，平板卷邊等級可以縱向(例如，O度，平行)於複合薄板的軋制方向進行測量。該軋制方向為在這種複合薄板的製造過程中，複合薄板滾動通過機械軋輥的方向(例如，熱軋、冷軋)。在其它情況中，平板卷邊等級可以橫向(90度)或者斜向(45度)於複合薄板的軋制方向進行測量。縱向於軋制方向的平板卷邊等級通常要低於橫向或斜向於軋制方向的平板卷邊等級。
[0075]在一些實施方式中，複合薄板320、360可以在進行平板卷邊試驗之前進行預應變處理。如在本文中使用的，「預應變」以及類似表述的含義為在複合薄板上作用的應變的數量，如通過拉伸試驗機(例如，英斯特朗電子(Instixm)拉力測試儀)。通過預應變，複合薄板可以達到超過材料的彈性極限的塑性應變。在一些情況中，預應變可以為在這種車輛板件的生產過程中，車輛板件可能受到的應變量的反應。
[0076]在一些情況中，在平板卷邊試驗之前，複合薄板可以進行約7%、或約11 %、或約15%的預應變。在其它情況中，該複合薄板可以被預應變至至少約I %、或至少約2%、或至少約3 %、或至少約4%、或至少約5 %、或至少約6 %、或至少約8 %、或至少約10 %、或至少約12%、或至少約14%、或至少約16%。因此，複合薄板的平板卷邊等級可以在該複合薄板已經被預應變至這種預應變水平之後進行測量。
[0077]在一些實施方式中，在至少約1%的預應變水平下，複合薄板可以能夠獲得不低於5、或不低於4、或不低於3、或不低於2、或不低於I的平板卷邊等級。通常，在較高預應變水平下具有較好平板卷邊水平的複合薄板能夠更好的形成具有複雜形狀和構造的車輛板件。
[0078]在一些實施方式中，複合薄板的平板卷邊等級可以在不同的時間周期中進行測量。在本文中，「時間周期」及類似表述的含義為在通過固溶熱處理產生出複合薄板之後但在平板卷邊試驗之前所經過的時間量，無論是自然的或者人工的。例如，在已經生產出複合薄板之後，該複合薄板的平板卷邊等級可以在至少約7天、或至少約14天的時間周期進行測量。在其它實施方式中，在已經生產出複合薄板之後，複合薄板的平板卷邊等級可以在至少約30天、或至少約45天、或至少約60天、或至少約75天、或至少約90天、或其它時間周期進行測量。
[0079]在一些實施方式中，在至少約7天的時間周期下，複合薄板可以能夠得到不低於
5、或者不低於4、或者不低於3、或者不低於2、或者不低於I的平板卷邊等級。在其它實施方式中，在至少約14天、或至少約21天、或至少約30天、或至少約60天、或至少約90天的時間周期下，複合薄板可以能夠得到不低於5、或者不低於4、或者不低於3、或者不低於2、或者不低於I的平板卷邊等級。
[0080]通常情況下，在較長時間周期後具有較好平板卷邊等級的複合薄板可以具有更好的儲存期限。換句話說，在該複合薄板已經生產出來後，複合薄板不需要立即形成車輛板件，而是在用來形成車輛板件之前可以保留在貨架上所需的時間周期。車輛板件的卷邊性能通常會隨著儲存期限的增加而降低(例如，在約30天後平板卷邊等級為1，在約90天後平板卷邊等級為3)。在平板卷邊等級上的降低可能是由於材料性能隨時間的改變而引起的。
[0081]如本文所使用的，「儲存期限」及類似表述的含義為時間的長度(例如，時期，時間周期)，在該時間長度上，複合薄板連續滿足所有的可應用規格需要，如平板卷邊等級。例如，複合薄板的儲存期限可以與自然時效相關聯，其包括在將複合薄板暴露至正常環境條件預定的時間周期後複合薄板的改變(如果有)。在一個實施方式中，可以實施通過自然時效試驗進行的儲存期限研究，其通過在生產後約30天初始測量複合薄板的平板卷邊等級，然後在生產後約90天重複相同的測量，其中在兩個測量期間，該複合薄板已經暴露至並且保持在室溫環境條件下(例如，放置在房間中的貨架上)。在一些實例中，自然時效可以在複合薄板上在以下時間期間發生，例如，在複合薄板的生產之後但在複合薄板被運送至衝壓車間之前的儲存時間，複合薄板在衝壓車間中的時間，以及在衝壓車間之後但在衝壓後的複合薄板被運送至裝配車間之前的複合薄板的儲存時間。
[0082]除了平板卷邊等級，尤其是還可以測量複合薄板的機械性能，包括下述性能，諸如拉伸屈服強度(TYS)、極限抗拉強度(UTS)、以及總的和均勻延展率(％)。在一些實施方式中，機械性能可以橫向於複合薄板的軋制方向測量。在其它實施方式中，該機械性能可以縱向或斜向於複合薄板的軋制方向確定。橫向於軋制方向的機械性能通常要差於縱向或斜向於軋制方向的機械性能。
[0083]在一些實施方式中，根據本發明的一個實施方式的複合薄板可以達到至少約IOOMPa、或至少約11OMPa、或至少約120MPa、或至少約130MPa、或至少約140MPa、或至少約150MPa的TYS。在其它實施方式中，根據本發明的一個實施方式的複合薄板可以達到至少約200MPa、或至少約210MPa、或至少約220MPa、或至少約230MPa、或至少約240MPa、或至少約250MPa、或至少約260MPa、或至少約270MPa、或至少約280MPa、或至少約290MPa、或至少約300MPa的UTS。在一些實施例中，根據本發明的一個實施方式的複合薄板可以達到至少約10 %、或至少約12 %、或至少約14%、或至少約16 %、或至少約17 %、或至少約18%、或至少約19%、或至少約20%、或至少約21 %、或至少約22%、或至少約23%、或至少約24%、或至少約25 %的延展率(例如，總的、均勻的)。
[0084]為了測量複合薄板的機械性能，可以通過ASTM方法B557和E8加工和測試標準拉伸試驗試樣。在一個實施方式中，標準拉伸試驗試樣可以基本上類似於如圖10中所不的「狗骨」形試樣1000。在一個例子中，試樣1000的長度(L)可以在從約228.6mm至約279.4mm(9英寸至11英寸)的範圍，厚度可以為不超過12.7mm(0.5英寸)，同時寬度從約
12.7mm(0.5英寸)(Wl)至約19.1mm(0.75英寸)(W2)之間變化。在其它例子中，試樣900可以為各種形狀和尺寸。
[0085]類似於平板卷邊等級，在一些實施方式中，複合薄板的機械性能可以在類似於上述的不同時間周期下測量。另外，根據本發明的複合薄板的機械性能可以在相對長的儲存期限下保持可接受的機械特徵和性能。換句話說，複合薄板的強度和延展率在較長時間周期或自然時效後，不會明顯的降低。
[0086]另外一種限定車輛板件的方法是漆層烘烤(PB)強度，其可以為該板件抗凹痕性或者在使用期間車輛板件避免和/或最小化凹痕和擦痕能力的指示。在一個實施方式中，車輛板件可以進行PB處理來模擬與車輛板件相關的實際工藝條件。在一些實例中，該PB處理還可以被稱為人工時效。例如，該車輛板件可以熱處理來增加其PB強度和抗凹痕性。在這些實例中，車輛板件的外板件和內板件可以單獨處理或組合處理。通常，在PB工藝後，複合薄板的PB強度(例如，在漆層烘烤後的拉伸屈服強度和極限抗拉強度)越高，複合薄板在使用時耐凹痕和擦痕的能力就越高。對於不同的汽車應用，不同的汽車生產廠家可以具有不同水平的最小PB強度標準。
[0087]在一個例子中，人工時效包括將複合薄板應用熱處理循環來模擬工藝條件，在一個實施方式中，PB循環可以包括預應變(例如，在2% )和加熱(例如，在約170°C持續約20分鐘)的組合。在其它實例中，該PB循環可以包括在不同溫度和/或時間周期的處理循環，具有或不具有預應變。該複合薄板可以隨後被空冷至室溫，然後測試其機械性能。在一些實施方式中，在PB循環後要測試的機械性能尤其包括拉伸屈服強度(TYS)、極限抗拉強度(UTS)和延展率等種類。在一些實例中，在PB循環後，複合薄板的TYS和UTS可以稱為後PB強度。
[0088]在一些實施方式中，根據本發明的一個實施方式的複合薄板可以達到至少約150MPa、或至少約180MPa、或至少約190MPa、或至少約200MPa、或至少約220MPa、或至少約240MPa、或至少約260MPa、或至少約280MPa、或至少約300MPa、或至少約31OMPa、或至少約320MPa、或至少約330MPa、或至少約340MPa、或至少約350MPa的後PB強度。在其它實施方式中，在PB循環後，根據本發明的一個實施方式的複合薄板可以達到至少約10%、或至少約12%、或至少約14 %、或至少約16 %、或至少約17 %、或至少約18 %、或至少約19 %、或至少約20%、或至少約21 %、或至少約22%、或至少約23%、或至少約24%、或至少約25%的延展率(例如，總的、均勻的)。
[0089]如上所述，自然時效包括在室溫保持複合薄板所需的時間周期或者期間。在一些實例中，自然時效可以在引起性能(例如，平板卷邊等級)或尤其是機械性能(例如，在熱處理之前和之後的材料強度)改變的材料上發生。舉例來說，由於材料往往隨著時間自然時效，因此6XXX系鋁合金可能具有相對短的儲存期限。換句話說，6XXX系鋁合金的平板卷邊性能可能隨著逐漸增加的儲存期限而降低。因而，當6XXX系鋁合金在車輛板件中卷邊時，可能導致裂紋或斷裂和類似缺陷。
[0090]另一種限定車輛板件的方法是極限球形高度，其可以用來評價車輛板件的成形性。如在本文中所使用的，「極限球形高度」指由複合薄板形成的球形的最大高度，用來評價(至少部分地評價)複合薄板的成形性。在一個實施方式中，極限球形高度可以通過使用半球形結構(如圓頂)進行剛性衝壓和拉伸複合薄板至塑性失穩點(例如斷裂)來確定。在一個例子中，該拉伸可以通過機械力實施。複合薄板斷裂發生點限定了極限球形高度和該複合薄板所能承受的最大負載。通常，極限球形高度越高，材料的成形性越好。
[0091]在本文中，「成形性」及類似表述的含義為該複合薄板能夠通過塑性變形成形的相對簡易性。舉例來說，由複合薄板製成的車輛板件的成形性可以通過複合薄板的極限球形高度以及(在一些實例中)尤其是延展率(更高的延展率百分比表示更好的成形性)(至少部分地)確定。通常，複合薄板的成形性越好，將該複合薄板製成所需形狀就越容易。在斷裂發生以前，複合薄板可以被拉伸的範圍也可以被認為是成形性或成形極限。
[0092]在一些實施方式中，複合薄板可以達到至少約5mm、或至少約10mm、或至少約15mm、或至少約20mm、或至少約21mm、或至少約22mm、或至少約23mm、或至少約24mm、或至少約25mm、或至少約26mm、或至少約27mm、或至少約28mm、或至少約29mm、或至少約30mm的極限球形高度。
[0093]在一些實施方式中，車輛板件的成形性可以由應變-硬化係數(η)和寬-厚應變率(R)影響。該應變-硬化係數(η)和寬-厚應變率(R)為無量綱常數，其用于衡量材料的成形性，其中應變-硬化係數(η)和寬-厚應變率(R)的值越大，材料的成形性越好。另夕卜，較大的η和R值可以表現出更好的抗薄化、抗皺性和抗其它人為現象性。
[0094]在一些實施方式中，根據本發明的一個實施方式的複合薄板可以得到較小的晶粒尺寸，這可以增強複合薄板的成形性、卷邊性能和表面狀況或質量，及其它特徵。
[0095]現在參考圖11，其顯示了根據本發明一個實施方式生產複合薄板的不同步驟的工藝流程圖1100。例如，製造複合薄板的方法包括生產Al-Mg-Si合金1110。在一些實例中，該Al-Mg-Si合金可以為6ΧΧΧ系鋁合金，且可以通過上文所述的輥壓結合、多合金鑄造和直接冷硬鑄造中的至少一種或其它技術生產。隨後，該方法包括生產第一 Al-Mn合金1120，其可以為3ΧΧΧ系鋁合金。類似於Al-Mg-Si合金，該Al-Mn合金可以通過上文所述的輥壓結合、多合金鑄造和直接冷硬鑄造中的至少一種或其它工藝生產。雖然該工藝流程顯示了在Al-Mn合金之前生產的Al-Mg-Si合金，應該理解的是，該Al-Mn合金也可以在Al-Mg-Si之前生產。可替換地，該兩種合金可以相伴或同時地生產。
[0096]在一個實施方式中，該方法包括將Al-Mg-Si合金的第一表面與第一 Al-Mn合金1130的第一表面物理接觸放置，該放置步驟1130導致了生產出雙層複合薄板1140，該雙層複合薄板1140可以達到不低於3、或不低於2、或不低於I的平板卷邊等級。
[0097]另外，製造複合薄板的方法還包括生產第二 Al-Mn合金步驟1150。生產第二 Al-Mn合金的方法可以在所有方面基本上類似於第一 Al-Mn合金，除了該合金不需要具有相同的化學成分和/或厚度。接下來，該方法還包括第二放置步驟1160，由此該Al-Mg-Si合金的第二表面可以與第二 Al-Mn合金的第一表面接觸放置。在一個實施方式中，Al-Mg-Si合金的第一和第二表面彼此相對。該放置步驟1160導致產生出三層複合薄板1170，其類似於所述二層複合薄板，可以達到不低於3、或不低於2、或不低於I的平板卷邊等級。
[0098]下述例子解釋了多合金複合薄板作為車輛板件的可行性。
[0099]例子1-具有AA3104和AA6013鋁合金的三層複合板
[0100]一種具有基本類似於圖3所示截面的截面的三層複合薄板360可以通過如圖4所示工藝流程利用鑄造方法生產。具體地，該三層複合薄板360可以通過多合金鑄造AA3104A1-Mn合金第一表層370、AA6013Al_Mg-Si合金芯層380和另一個作為第二表層390的AA3104A1-Mn合金來生產。該AA3104和AA6013鋁合金具有如表2中所示的化學成分(以重量百分比)。
[0101]
【權利要求】
1.一種方法，所述方法包括: (a)對鑄塊進行熱軋以形成薄板； (b)在步驟(a)之後，第一固溶熱處理所述薄板； (C)在步驟(b)之後，對所述薄板進行冷軋；和 (d)在步驟(C)之後，第二固溶熱處理所述薄板。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(a)包括在500攝氏度至550攝氏度的溫度下對所述鑄塊進行熱軋。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，步驟(a)包括所述鑄塊厚度的10倍的壓縮率。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(b)包括在540攝氏度至580攝氏度的溫度下第一固溶熱處理所述薄板。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(c)包括在室溫下對所述薄板進行冷軋。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(c)包括對所述薄板進行冷軋到足以將所述薄板的厚度降低50%至80%。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(d)包括在540攝氏度至580攝氏度的溫度下第二固溶熱處理。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(d)包括對所述薄板進行淬火。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，步驟(d)包括在對所述薄板進行淬火後預時效所述薄板。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(a)中的所述鑄塊包括至少一種鋁合金。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，步驟(a)中的所述鑄塊包括單塊鑄塊。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，步驟(a)中的所述鑄塊包括複合鑄塊。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，步驟(a)中的所述複合鑄塊包括6XXX系鋁合金和3xxx系招合金。
14.一種方法，所述方法包括: (a)鑄造具有至少一種鋁合金的鑄塊； (b)在步驟(a)之後，對所述鑄塊進行熱軋以形成薄板； (C)在步驟(b)之後，第一固溶熱處理所述薄板； (d)在步驟(C)之後，對所述薄板進行冷軋；和 (e)在步驟(d)之後，第二固溶熱處理所述薄板。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，步驟(a)包括多合金鑄造和/或直接冷硬鑄造具有至少一種鋁合金的鑄塊。
16.根據權利要求14所述的方法，其中，步驟(a)包括鑄造單塊鑄塊。
17.根據權利要求14所述的方法，其中，步驟(a)包括鑄造複合鑄塊。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，步驟(a)中的所述複合鑄塊包括6XXX系鋁合金和3xxx系招合金。
19.根據權利要求14所述的方法，其中，步驟(a)包括在鑄造所述鑄塊後均質化所述鑄塊。
20.根據權利要求19所述的方法，其中，步驟(a)包括在鑄造所述鑄塊後在540攝氏度至570攝氏度的溫度下均質化所述鑄塊。
21.根 據權利要求20所述的方法，其中，步驟(a)包括在鑄造所述鑄塊後均質化所述鑄塊4個小時。
【文檔編號】B32B15/01GK103963377SQ201410173089
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2010年4月30日 優先權日:2009年4月30日
【發明者】R·G·卡馬, 小約翰·F·巴特勒 申請人:美鋁公司