用於車身的覆層板的製作方法

2023-05-04 04:51:31

用於車身的覆層板的製作方法
【專利摘要】本發明的主題是用於汽車車身部件的由鋁合金製成的複合板材，其中覆層板應用於芯的至少一側，所述芯和所述覆層板的重量百分比組成如下(見表)：其他元素各自＜0.05且總和＜0.15，餘量為鋁。本發明的另一主題是通過共軋制製造所述複合板材的方法。
【專利說明】用於車身的覆層板
發明領域
[0001]本發明涉及Al-S1-Mg合金板領域，特別是由「鋁業協會」所命名的AA6XXX系列合金組成的Al-S1-Mg合金板，所述合金板旨在用於製造——特別是通過衝壓和/或卷邊製造——汽車車身部件(如翼板、門、後車門、發動機罩、車頂或車身結構的其他部件)。
[0002]更具體而言，本發明涉及由鋁合金板製成的用於汽車車身部件的複合材料，其中覆層板應用在芯板的至少一側，覆層板和芯板均具有為使覆層材料用於汽車車身部件而優化的組成。
[0003]本發明還涉及通過共軋制製造所述複合材料板的方法。
【背景技術】
[0004]鋁越來越多地用於汽車工業中以減少汽車重量並減少燃料消耗和汙染物及溫室氣體的排放。
[0005]板主要用於製造車身蒙皮部件，特別是罩(closure)，包括門、發動機罩和後車門、以及車頂和又稱為「白車身(BIW) 」的車身結構部件。
[0006]該類型的應用需要一組有時矛盾的性能，如:
[0007]-對於所述衝壓和/或卷邊操作的高成型性能，
[0008]-烤漆之後的高強度，從而在使部件的重量最小化的同時獲得良好的總體強度和抗凹痕性，
[0009]-在所述板材交付條件下良好控制的屈服強度，從而在成型時控制彈性復原(retoureIastique),
[0010]-在交付條件下，在成型之前的長時間等待過程中，材料的成型性能且特別是卷邊能力的穩定性，
[0011]-對於施加在車身結構部件上的衝擊的良好的吸收能量的能力，
[0012]-成型和塗漆之後的良好的表面質量，特別是沒有路德線且沒有或最小限度地出現本領域專家已知的在成型過程中產生的條痕或定向粗糙度(aligned roughness),
[0013]-在汽車車身部件中所用的各種組裝方法中的良好行為，所述組裝方法如點焊接、雷射焊接、FSff焊接、粘合、箝接或鉚接，
[0014]-塗漆部分的良好的耐腐蝕性，特別是耐絲狀腐蝕，
[0015]-與回收生產廢物或回收車輛的要求之間的兼容性，
[0016]-用於大規模生產的可接受的成本。
[0017]除另作說明外，下述所有鋁合金均根據「鋁業協會」在定期出版的「註冊記錄系列」中定義的名稱而命名。
[0018]上述要求致使應選擇Al-Mg-Si合金，即AA6xxx系列合金。
[0019]在歐洲，厚度約為Imm至2.5mm的AA6016和AA6016A合金最常用於此類應用，這是因為與具有更高銅含量的合金(如在美國廣泛使用的合金AA6111)相比其使得所需性能之間更好地平衡，特別是通過保證更好的卷邊能力和更好的耐絲狀腐蝕性。[0020]AA6016 型合金具體描述於 「Alusuisse」 的專利 FR2, 360，684 和 「CegedurPechiney」的專利 EP0259232 中，而所述 AA6111 型合金描述於「Alcan International Ltd」的美國專利4，614，552中。
[0021]然而，在烤漆之後，合金AA6016的機械強度仍顯著低於AA6111的機械強度，並且，當烘烤溫度趨於降低時，更是這樣，從而使通過老化的硬化不太有效。
[0022]為此，且為了提供更實質性的輕量化，機動車輛製造商正尋求在塗漆之後更高的機械強度。
[0023]為此，「Pechiney」公司開發了 AA6016合金的新變型，特別是「DR120」變型，其在淬火、2%預拉伸應變和烤漆(通常在185°C下進行20分鐘)之後，表現出約240MPa的屈服強度。這些開發描述於出版物中，特別是在R.Shahani等人的文章「0ptimised6xxx aluminumalloy sheet for autobody outer paneIs^Automotive Alloysl999,Proceedings of theTMS Annual Meeting Symposium, 2000, pp.193-203 和 D.Daniel 等人的文章「Developmentof6xxx Al1y Aluminum Sheet for Autobody Outer Panels:Bake Hardening,Formability and Trimming Performance，，IBEC' 99-1nternationalBody EngineeringConference, Detroit,1999, SAE Technical Paper N° 1999-01-3195 中。
[0024]同時，Alcan提出了合金AA6111的新變型，稱作6111-T4P，在烤漆之後表現出增加的屈服強度(通常為270MPa至280MPa)，且在Τ4狀態中的成型性能沒有下降。該產品已具體描述於 A.K Gupta 等人的文章〃The Properties and Characteristics of Two NewAluminum Automotive Closure Panel Materials",SAE Technical Paper960164,1996中。
[0025]最後，「Pechiney」在其申請EP1633900中提出了用於車頂的特別硬的AA6056型合金，因此其成型應在T4狀態中進行，但卷邊能力顯然仍然有限。
[0026]這些新開發的方案大多包括在淬火後進行的預老化型的最優化熱處理，以改善漆層烘烤下的硬化。在不存在所述處理的情況下，烘烤的硬化動力學隨淬火和烘烤之間的在室溫下的等待時間而下降，而若干周的等待在工業生產中實際上是不可避免的。該現象已經已知很長時間並描述於例如M.Renouard和R.Meillat的文章:「Le pre~revenu desalliages aluminium—magnesium—siIicium」，Memoires Scientifiques de la Revue deM6tallurgie, Decemberl960, pp.930-942 中。預老化處理是「Alcan International Ltd」的專利EP0949344的主題。
[0027]考慮到對鋁合金板用於汽車車身部件和大規模生產的越來越多的開發，總是需要不斷改善的牌號以在不損害其他性能的情況下減少厚度，從而不斷提高輕量化。
[0028]很明顯，該開發過程包括了對屈服強度越來越高的合金的使用，並且上述方案，SP使用抗性越來越好的AA6xxx系列合金，在T4狀態中成型中，即在固溶熱處理和淬火之後，在預老化和油漆及清漆的烘烤操作過程中顯著硬化，正達到它的極限。其產生了像所述T4狀態中一樣的越來越硬的合金， 因此造成了特別是在苛刻的操作過程中(如將外壁板卷邊至內側板上或深度衝壓)的嚴重的成型問題。
[0029]為解決這些問題，首先使用了變通方案以適合這些不易成型的合金，所述變通方案包括改變部件的幾何形狀或使成型工藝和由此獲得的所述部件的形狀特性「降級」。
[0030]例如，對於具有較差卷邊能力的合金，可用所謂的「圍起卷邊(rope hem) 」A的卷邊方法代替通常的「平面」B方法，但具有增加卷邊邊緣和車身的其他部件之間的表觀縫隙1(對於相同的真實縫隙2，如圖1所示)的負面效果。
[0031]在低衝壓能力的合金的情況下,可以利用卡環(bead)和非常大的工具半徑改變形狀或減少保留作用力(retention effort)。以這種方式,可更容易地衝壓部件,但隨後特別難控制其幾何形狀，且可能的形狀的範圍也會減少。
[0032]在兩種情況下，這些解決方案需要在待製造的部件的幾何結構上做出顯著讓步，且改善具有高機械特性的板材的成型性的要求仍舊特別迫切。
[0033]更加關注材料本身的其他解決方案也已出現，從而改善材料性能的通常的平衡，如高強度和良好成形性之間的平衡。在單一材料不能改善該平衡的情況下，使用由共軋制板的夾合板組成的複合材料，通過結合組成所述複合材料的板的不同性能，可能得到通常認為是對抗的兩種或多種性能的同時改善。
[0034]由共軋制板組成的複合材料在用於熱交換器的釺焊板領域是眾所周知的，其通常結合由AA3xxx系列招合金製成的芯和由AA4xxx系列合金製成的覆層板或殼。
[0035]某些航空應用也使用AA2xxx系列招合金製成的芯結合由Ixxx系列合金製成的覆層板的板材。在這兩種應用的情況下，需要達到與熱交換、腐蝕或衝刷腐蝕和機械強度相關的釺焊性的特定要求，但與本發明所解決的問題無共同之處。
[0036]在汽車車身部件領域中的應用同樣已知。
[0037]—些這樣設計:使用具有機械性能的芯結合覆層板，所述覆層板具有良好外觀或耐腐蝕性或在成型過程中良好耐劃傷性或耐磨損性。「Sumitomo」的申請JP55113856和JP55113857將分別由AA7xxx和AA2xxx系列製成的芯和由AA5xxx系列合金製成的板材結合，從而製造結合高機械性能、良好耐腐蝕性和亮度的保險槓。
[0038]「Sky Aluminum」的申請JP5318147和JP5339669結合了由5xxx系列合金製成的芯和由4xxx或6xxx系列合金製成的覆層板,能夠表面沉澱硬化，從而改善成型過程中的抗劃傷性或耐磨損性。
[0039]本著同樣的精神,為了賦予所述表面改善的耐腐蝕性,「Corus Aluminium」的申請FR2877877描述了 5xxx或6xxx系列的芯合金與具有低鋅含量的lxxx、3xxx或7xxx系列的覆層合金的結合。
[0040]最後，「Kobe Steel」的申請JP62158032和JP62158033是針對具有良好彎曲性能的汽車車身電鍍板材，所述板材由AA5XXX系列合金製成的芯板和含有99%或更多鋁的合金覆層組成。但該解決方案具有抗性有限的缺點，總體而言這是由於使用5XXX系列合金，其越是在烤漆過程中不發生硬化，越是就抗凹陷性而言如此，這是由於使用特別「軟」的覆
te 口益ο
[0041]仍對於在汽車車身部件領域中的使用，由共軋制板組成的其他複合材料與6xxx合金彼此結合。
[0042]針對該用途，「Novelis Inc.」的申請W02009 / 059826A1公開了由鋁合金板製成的複合材料，其中覆層板或覆層應用在芯板的至少一側，所述複合材料的重量百分比的組成如下:
[0043]
【權利要求】
1.用於汽車車身部件的複合鋁合金板材，其中厚度為所述複合材料總厚度的5%至10%的覆層板或覆層應用於芯的至少一側，其特徵在於，重量百分比組成如下:
fsl[Fe [Cu [Mn[Mg[Cr fzii FfI
S1.1-1.3~〈0.3 〈0.3 0.05-0.3~ 0.4-0.8 〈0.2 〈0.3 〈0.2
WM 0.3-0.9~〈0.3 〈0.3 0.05-0.3~ 0.15-0.30~〈0.2 〈0.3 〈0.2 其他元素各自〈0.05且總和〈0.15，餘量為鋁。
2.權利要求1的複合板材，其特徵在於，所述芯的鎂含量在0.4與0.7之間。
3.權利要求1或2的複合板材，其特徵在於，所述芯的錳含量在0.05與0.2之間。
4.權利要求1至3中任一項的複合板材，其特徵在於，所述芯的銅含量限於不超出0.2。
5.權利要求1至4中任一項的複合板材,其特徵在於,所述覆層板的娃含量在0.45與0.65之間。
6.權利要求1至5中任一項的複合板材，其特徵在於，所述覆層板的鎂含量在0.23與0.29之間。
7.權利要求1至6中任一項的複合板材，其特徵在於，所述覆層板的錳含量在0.10與0.30之間。
8.權利要求1至7中任一項的`複合板材，其特徵在於，所述覆層板通過共軋制應用於所
-H-*
Jtil、O
9.權利要求1至8中任一項的複合板材，其特徵在於，覆層板僅應用於所述芯的一側。
10.權利要求1至8中任一項的複合板材，其特徵在於，覆層板應用於所述芯的兩側。
11.權利要求1至10中任一項的複合板材，其特徵在於，所述複合板材具有根據NFENIS07438測量的在10%預拉伸應變之後至少為140°的「三點彎曲角」(α 1(|%)，所述板材處於Τ4Ρ狀態，或經歷固溶熱處理、淬火、通過纏繞——通常在50°C與85°C之間——而進行的預老化、以及緩慢冷卻盤卷至室溫。
12.權利要求1至11中任一項的複合板材，其特徵在於，在10%預拉伸應變之後立即獲得的至少為140°的所述「三點彎曲角」(α1(ι%)，隨著盤卷冷卻之後的室溫下的等待時間，在最高達至少6個月的等待時間內基本不變化，或通常表現出小於5°的變化。
13.權利要求1至12中任一項的複合板材，其特徵在於，在固溶熱處理、淬火、通過纏繞一通常在50°C與85°C之間一而進行的預老化以及緩慢冷卻所述盤卷至室溫、2%預拉伸應變和在185°C下烤漆處理20分鐘之後，所述複合板材的屈服強度Rpth2為至少200Mpa，優選 220MPa。
14.權利要求1至13中任一項的複合板材，其特徵在於，所述複合板材具有根據NFENIS07438測量的在10%預拉伸應變之後至少為140的「三點彎曲角」(α 1(|% )，所述板材處於Τ4Ρ狀態，或經歷固溶熱處理、淬火、通過纏繞——通常在50°C與85°C之間——而進行的預老化過程以及緩慢冷卻盤卷至室溫；並且特徵在於，在固溶熱處理、淬火、通過纏繞一通常在50°C與85°C之間一而進行的預老化以及緩慢冷卻所述盤卷至室溫、2%預拉伸應變和在185°C下烤漆處理20分鐘之後，所述複合板材的屈服強度Rptli2為至少200MPa，優選220MPa。
15.汽車車身板材，其特徵在於，所述汽車車身板材由權利要求1至14中任一項的複合板材製成。
16.權利要求15的汽車車身板材，其特徵在於，所述汽車車身板材為衝壓板材。
17.權利要求15或16的汽車車身板材，其特徵在於，所述汽車車身板材為卷邊板材。
18.製造權利要求1至11中任一項的用於汽車車身部件的複合鋁合金板材的方法，其中將覆層板通過共軋制應用在芯的至少一側，其特徵在於，所述芯和所述覆層板的重量百分比組成如下:
【文檔編號】C22C21/06GK103781625SQ201280042850
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月30日 優先權日:2011年9月2日
【發明者】E·穆勒, S·亨利, G·古格裡昂達 申請人:法國肯聯鋁業