6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料的製作方法
2023-05-27 16:58:36
專利名稱：6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種6系鋁合金，尤其涉及一種具有較高烘烤硬化性的6XXX系汽車車 身用高烘烤硬化性鋁合金材料，屬於鋁合金技術領域。
背景技術：
汽車輕量化是汽車的發展方向之一，而汽車的鋁合金化則是輕量化的重要手段。 近年來，汽車車身鋁合金板的開發一直是國內外研究的重點，其主要集中在2XXX系，5xxx 系和6XXX系三大系列。但目前發展趨勢是開發6XXX系車身板用鋁合金。該系合金通常以T4(固溶淬火+自然時效)或Τ4Ρ(固溶淬火+預時效)狀態供 貨。一般要求該材料在汽車廠衝壓前屈服強度較低，加工硬化率及延伸率較高，從而提供良 好的成形性能，衝壓製品在最後的烤漆過程中通過時效強化獲得較高的強度，以保證汽車 板材料在服役過程中具有較高的抗衝擊性能。目前獲得應用的汽車車身板用6ΧΧΧ系鋁合 金主要有ΑΑ6111合金、ΑΑ6016和ΑΑ6022鋁合金。國內由於汽車板材衝壓成形的問題不能 妥善解決還無法進行汽車車身用6ΧΧΧ系鋁合金板的工業化生產，國產汽車車身板的鋁化 率基本為零。目前國內對6χχχ系鋁合金的研究主要集中在ΑΑ6111合金上。ΑΑ6111合金烘烤硬 化性較好，但其衝壓前的屈服強度較高(通常超過150MPa甚至更高)，造成該材料成形性 能下降、翻邊延性較差，難以全部滿足汽車車身板的成形性要求。同時該合金的Cu含量較 高，降低了材料的耐蝕性能。6016、6022合金為低Cu合金，具有較好的成形性能，但其烘烤 硬化性相對6111合金的低。因此需要開發一種低Cu的6xxx系鋁合金，且該合金具有較高的烘烤硬化性能同 時，滿足成形性能的需要，成為汽車車身材料開發的關鍵問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有汽車車身用鋁合金性能的不足，在現有車身用鋁合金成 分的基礎上，通過合金成分的調整，提供一種兼顧較好的烘烤硬化性能及成形性能的6xxx 系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料。本發明的目的通過以下技術方案來實現6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，成分的質量百分含量為SiO. 50 1. OOwt %，Mg 0. 60 1. 30wt %，Cu 0. 01 0. 30wt %，Mn 0. 05 0. 20wt %, Cr≤ 0. 10wt%, Ti ≤0. 15wt%, Fe 0. 05 0. 25wt%，餘量為 Al。進一步地，上述的6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其中，Si 0. 50 0. 75wt %, Mg 0. 60 0. 80wt %, Cu 0. 10 0. 30wt %, Mn 0. 05 0. IOwt %， Cr ≤ 0. 10wt%, Ti ≤ 0. 15wt%, Fe 0. 05 0. 15wt%，餘量為 Al。更進一步的，上述的6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其中，鎂的質量百 分含量大於 1. 3-0. 66XSi，Mn 0. 10 0. 20wt%, Fe 0. 15 0. 25wt%。
上述6XXX系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，鑄造成型後，進行均勻化退火 熱處理，然後熱軋、冷軋、固溶處理；在衝壓成形前至少自然時效一天。其衝壓前的屈服強度 低於130MPa ；而烤漆後屈服強度大於230MPa、抗拉強度大於310MPa。該材料具有較高的烘 烤硬化性能，且其成型性能滿足加工要求。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在本發明控制6XXX系鋁合金中主要合金元素Mg、Si、Cu的含量，使材料具有較高烘 烤硬化性能，同時保證材料具有較高加工硬化能力、成形性能；另一方面合理控制微量元素 Fe、Mn的含量，以控制材料的晶粒尺寸等，從而達到進一步提供材料成形性能的目的。多種 技術措施確保材料具有較好的綜合力學性能，是製造汽車車身的理想材料，較好滿足汽車 工藝的使用要求。
具體實施例方式針對現有商業用汽車車身用6系鋁合金或是強度較低，成形性能較差(尤其是衝 壓前屈服強度過高)的現狀，通過合理調整各合金元素的含量，以達到兼顧較好的成形性 能與烘烤硬化性的目的。本發明6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，成分的質量百分含量為Si
0.50 1. OOwt %, Mg 0. 60 1. 30wt %, Cu 0. 01 0. 30wt %, MnO. 05 0. 20wt %, Cr ^ 0. IOwt %, Ti ^ 0. 15wt%, Fe 0. 05 0. 25wt %，餘量為 Al。理想的成分配比為 Si 0. 50 0. 75wt%, Mg 0. 60 0. 80wt%, CuO. 10 0. 30wt%, Mn 0. 05 0. IOwt %, Cr彡0. IOwt%, Ti彡0. 15wt%, FeO. 05 0. 15wt%，餘量為Al。鎂的質量百分含量大於
1.3-0. 66XSi, Mn 0. 10 0. 20wt%, Fe 0. 15 0. 25wt%。Mg、Si元素是6XXX系鋁合金中的主要合金元素，其含量及比例不僅決定了材料的 強度水平(烤漆性能)，也決定了材料的成形性能。通常材料中Mg較高時，材料的加工硬 化指數較高，成形性能較好。但Mg含量過高，衝壓部件表面容易出現呂德斯帶，從而影響部 件的表面質量；在6XXX系鋁合金中，通常含有過量的Si元素(相對於平衡的Mg2Si成分而 言)，以增大烘烤硬化性。但Si元素過多則容易在組織中形成過量的Mg2Si或過剩Si顆粒， 此時材料的強度不能得到提高，反而出現成形性能下降的現象；Cu在6XXX系鋁合金中主要 起提高烘烤硬化性的目的。但Cu含量過高，則降低材料的耐蝕性能。因此當Si 0.50 1. OOwt%, Mg 0. 60 1. 30wt%, CuO. 01 0. 30wt%時，材料即能具有較高烘烤硬化性能， 又能具有較高的成形性能及耐蝕性能。Mn、Fe元素為主要微量添加元素，目的為控制材料的晶粒尺寸。Mn的含量為 0. 05 0. 20wt%,Fe 0. 05 0. 25wt%。Mn、Fe含量過低，達不到控制晶粒尺寸的目的，過高 則形成大量的粗大化合物，從而降低材料的成形性能。當Si 0. 50 0. 75wt%,Mg 0. 60 0. 80wt%時，Mn可為0. 05 0. 10wt%，Fe為0. 05 0. 15wt%。一方面保證了細化晶粒的 效果，另一方面避免過多的Mg、Si元素與MruFe元素結合，從而降低強化效果；同時當材料 中鎂的質量百分含量大於1.3-0. 66X矽的質量百分比。由於Mg、Si元素含量較多，材料中 可能會出現過剩的Mg2Si相，降低材料的成形性能。此時MruFe元素可為其含量的上限，即 Mn 0. 10 0. 20wt%，Fe可為0. 15 0. 25wt. %。較高的Mn、Fe含量，能夠消耗掉部分多 餘的Mg、Si元素，並形成控制晶粒尺寸的第二相。
同時Cr應保證小於等於0. Iwt % ；Ti小於等於0. 15wt%，則可進一步保證材料的 成形性能。以上獲得的合金，鑄造成型後，進行均勻化退火熱處理，然後熱軋、冷軋、固溶處 理，自然時效1天以上，其屈服強度低於130MPa ；而烤漆後屈服強度大於230MPa、抗拉強度 大於 310MPa。實施例1鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 50wt %, Mg 0. 60wt %, Mn 0. 20wt%, Fe 0. 05wt%,Cu 0. 30wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例2鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 60wt %, Mg 1. 30wt%, Mn 0. 18wt%, Fe 0. 25wt%,Cu 0. 01wt%,Ti 0. IOwt%,Cr 0. 08wt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例3鋁合金成分以質量百分比計為Si 1. OOwt %, Mg 0. 60wt %, Mn 0. 05wt%, Fe 0. 05wt%,Cu 0. 20wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例4鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 75wt%, Mg 0. 60wt %, Mn 0. 05wt%, Fe 0. 15wt%,Cu 0. IOwt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. 10wt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例5鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 50wt %, Mg 0. 80wt %, Mn 0. IOwt %, Fe 0. 05wt%,Cu 0. 30wt%,Ti 0. 12wt%,Cr 0. 09wt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例6鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 70wt %, Mg 0. 75wt %, Mn 0. 08wt%, Fe 0. 08wt%,Cu 0. 25wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例7鋁合金成分以質量百分比計為Si 1. OOwt %, Mg 0. 70wt %, Mn 0. IOwt %, Fe 0. 15wt%,Cu 0. 01wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆
5處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例8鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 50wt %, Mg 1. OOwt %, Mn 0. 20wt%, Fe 0. 25wt%,Cu 0. 30wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例9鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 70wt %, Mg 1. 05wt%, Mn 0. 16wt%, Fe 0. 20wt%,Cu 0. 15wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。比較例1鋁合金成分以質量百分比計為Si 0. 80wt %, Mg 1. 50wt%, Mn 0. 08wt%, Fe 0. IOwt%,Cu 0. 30wt%,Ti 0. 20wt%,Cr 0. 08wt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。比較例2鋁合金成分以質量百分比計為Si 1. 30wt%, Mg 1. 40wt%, Mn 0. 05wt%, Fe 0. 16wt%,Cu 0. 30wt%,Ti 0. 15wt%,Cr 0. IOwt%，餘量為Al。鋁合金鑄錠經均勻化處理 後，熱軋並冷軋至Imm的薄板；薄板經過固溶處理後水淬，自然時效兩周後模擬衝壓並烤漆 處理(2%預變形+175°C X30min)。實施例1 9所示的薄板固溶後自然時效兩周後及模擬烤漆後的性能指標與比較 例1 2的性能對比，詳細見表1。表 權利要求
6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其特徵在於其成分的質量百分含量為Si 0.50～1.00wt％；Mg 0.60～1.30wt％；Cu 0.01～0.30wt％；Mn 0.05～0.20wt％；Cr ≤0.10wt％；Ti ≤0.15wt％；Fe 0.05～0.25wt％；餘量為Al。
2.根據權利要求1所述的6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其特徵在於成分 的質量百分含量為Si 0. 50 0. 75wt% ； Mg 0. 60 0. 80wt% ； Cu 0. 10 0. 30wt% ； Mn 0. 05 0. IOwt % ； Cr ( 0. IOwt % ； Ti ^ 0. 15wt% ； Fe 0. 05 0. 15wt% ； 餘量為Al。
3.根據權利要求1所述的6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其特徵在於鎂 的質量百分含量大於 1. 3-0. 66XSi，Mn 0. 10 0. 20wt%, Fe 0. 15 0. 25wt%。
4.根據權利要求1所述的6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其特徵在於 所述材料衝壓前的屈服強度低於130MPa，而烤漆後屈服強度大於230MPa、抗拉強度大於 3IOMPaο
全文摘要
本發明提供一種6系汽車車身用高烘烤硬化性鋁合金材料，其成分Si 0.50～1.00wt％，Mg 0.60～1.30wt％，Cu 0.01～0.30wt％，Mn 0.05～0.20wt％，Cr≤0.10wt％，Ti≤0.15wt％，Fe 0.05～0.25wt％，餘量為Al。材料鑄造成型後，進行均勻化退火處理，然後熱軋、冷軋、固溶處理，然後自然時效。其衝壓前的屈服強度低於130MPa，而烤漆後屈服強度大於230MPa、抗拉強度大於310MPa。該材料具有較高的烘烤硬化性能，同時材料的成形性能滿足使用需要，是製造汽車車身的理想材料。
文檔編號C22C21/08GK101985707SQ20101054514
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者紀豔麗, 胡平, 郭富安, 鍾皓 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司