Al-Mg-Si-Cu-Zn系鋁合金、其制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Al-Mg-Si-Cu-Zn系鋁合金、其制備方法及其應(yīng)用。Al-Mg-Si-Cu-Zn系鋁合金的組成成分中除鋁外，還包括：Zn0～1.5wt%，Mg0.30～1.30wt%，Si0.40～1.40wt%，Cu0.05～1.0wt%；其制備方法包括以下的制備步驟：合金的熔煉、均勻化處理、熱軋、冷軋，冷軋固溶處理水淬后，還需進(jìn)行T4P處理，即固溶淬火后轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為40℃-120℃，時(shí)間為10h-29h，預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上；上述鋁合金用于汽車板材制造。本發(fā)明所制備的新型Al-Mg-Si-Cu-Zn系鋁合金板材烤漆前屈服強(qiáng)度較低，具有優(yōu)異的加工成形性能，而高溫烤漆處理后強(qiáng)度得到大幅提高，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
【專利說明】Al-Mg-S1-Cu-Zn系鋁合金、其制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型Al-Mg-S1-Cu-Zn系鋁合金及其可工業(yè)化應(yīng)用的新型預(yù)時(shí)效工藝方法，及其在汽車板材領(lǐng)域的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著汽車數(shù)量不斷增加，燃油消耗和污染問題已經(jīng)不容忽視，因此各大汽車生產(chǎn)廠家均在探索汽車輕量化的有效途徑。由于鋁合金具有成形性好、耐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，汽車鋁材化已被認(rèn)為未來汽車輕量化的重要途徑之一。目前被用作汽車板材的鋁合金主要有5xxx和6xxx系等，其中6xxx系鋁合金由于具有優(yōu)異的成形性能和烤漆硬化性能，而被廣泛用作汽車外板的生產(chǎn)，如6016,6111和6022等系列鋁合金。
[0003]雖然可熱處理6xxx系鋁合金綜合性能較好，但是研究和應(yīng)用過程中均發(fā)現(xiàn)，6xxx系鋁合金如果直接經(jīng)固溶淬火處理后進(jìn)行沖壓成型，其成形性能較好。但是現(xiàn)實(shí)過程是合金板材固溶淬火后大多均需要運(yùn)送到汽車生產(chǎn)廠家進(jìn)行后續(xù)的沖壓成型，這期間需要的時(shí)間少則幾天多則幾十天，研究和應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)6XXX系鋁合金板材在這一放置過程中會(huì)隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，由于自然時(shí)效硬化效應(yīng)的發(fā)生，其強(qiáng)度會(huì)不斷增加。這不僅對(duì)合金板材下一步的沖壓成型產(chǎn)生不利影響，而且對(duì)合金板材沖壓成型后進(jìn)一步進(jìn)行高溫烤漆硬化處理也會(huì)產(chǎn)生不利影響，最終使得合金板材的烤漆硬化增量較低。因此，目前汽車用6xxx系鋁合金制備過程中普遍采用的方法是在固溶淬火后首先進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，這樣既可以穩(wěn)定合金性能也可以保證合金在高溫烤漆過程中具有優(yōu)異的烤漆硬化增量。國(guó)外已有研究結(jié)果表明，AA6016系鋁合金固溶淬火后在140-180°C進(jìn)行不長(zhǎng)于IOmin的預(yù)時(shí)效處理，既可以表征合金板材沖壓成形性能不降低，而且合金經(jīng)180°C 30min高溫烤漆后也會(huì)具有優(yōu)良的烤漆硬化增量，最大硬化增量可達(dá)121.SMPa0國(guó)內(nèi)針對(duì)汽車用鋁合金自然時(shí)效惡化效應(yīng)，也有新型預(yù)時(shí)效工藝的開發(fā)，如專利CN1818123A，該專利開發(fā)的預(yù)時(shí)效工藝允許合金板材在固溶淬火后室溫放置2h到5天，然后再在180-200°C進(jìn)行7min-15min的預(yù)時(shí)效。雖然放置時(shí)間較長(zhǎng)便于輕松操作，但是合金烤漆硬化`增量較低，最高硬化增量?jī)H為56MPa，而且上述工藝預(yù)時(shí)效時(shí)間均較短不利于工業(yè)化成卷鋁板進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理。除此之外，近年來，國(guó)內(nèi)一些高等院校和科研院所，如中南大學(xué)、東北大學(xué)、鄭州大學(xué)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(shè)計(jì)、制備工藝優(yōu)化等方面也進(jìn)行了部分研究。但是整體而言，合金綜合性能并未得到很大提高，這一點(diǎn)除了與合金成分設(shè)計(jì)有關(guān)之外，更重要的是如何制定更為合理的預(yù)時(shí)效工藝使得6XXX系合金板材既能保證在自然放置過程中性能盡量穩(wěn)定，又能保證合金板材具有優(yōu)異的烤漆硬化增量和增速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，汽車板材用鋁合金板材存在自然時(shí)效后難于成型，以及傳統(tǒng)預(yù)時(shí)效后烤漆硬化增量和增速不理想的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下。[0006]Al-Mg-S1-Cu-Zn系鋁合金，該鋁合金的組成成分中除鋁外，還包括:ZnO~
、1.60wt%，Mg0.30 ~1.30wt%，Si0.40 ~1.50wt%，CuO ~1.0wt%。
[0007]上述鋁合金的優(yōu)選方案為，此合金中包括以下合金元素，F(xiàn)e≤0.5wt%,Mn ( 0.4wt%, Cr ( 0.2wt%, Ti ( 0.2wt%。
[0008]本發(fā)明點(diǎn)還涉及上述鋁合金的制備方法，其包括以下的制備步驟:合金的熔煉、均勻化處理、熱軋、冷軋，并且冷軋固溶處理水淬后，還需進(jìn)行T4P處理，即固溶淬火后轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為40°C _120°C，時(shí)間為10h-29h，預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上。
[0009]上述鋁合金制備方法的優(yōu)選方案為，所述合金經(jīng)T4P處理后，其屈服強(qiáng)度小于170MPa。
[0010]上述鋁合金制備方法的優(yōu)選方案為，熔煉后鑄錠的加工工藝為，均勻化處理后，熱軋變形量為80-90%，冷軋變形量為40-50%后進(jìn)行退火處理再冷精軋變形量大于75%后，進(jìn)行相應(yīng)的固溶淬火及T4P處理。
[0011]上述鋁合金制備方法的優(yōu)選方案為，其制備步驟為，當(dāng)合金徹底熔煉后在720°C將熔體澆鑄在四周水冷的鋼模內(nèi)；鑄錠后續(xù)的加工工藝為:555°C /16h均勻化一555°C熱軋90% —冷軋47% — 4000C /Ih退火一冷精軋(變形量≤75%)— 555°C /2min鹽浴固溶處理一水淬，對(duì)水淬樣品進(jìn)行T4P處理。
[0012]上述鋁合金制備方法的優(yōu)選方案為，所述T4P處理的工藝為固溶淬火后Imin鐘內(nèi)將材料轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為70°C -90°C，時(shí)間為10h-15h，預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上。
[0013]上述鋁合金制備方法的優(yōu)選方案為，所述合金的熔煉工藝為:在850°C將純度為99.9%的高純鋁熔化后加入相應(yīng)含量的中間合金Al-20wt%S1、Al_50wt%Cu、Al_20wt%Fe、Al-10wt%Mn繼續(xù)加熱熔體待中間合金熔化，降溫到710°C后加入純Zn和純Mg ;升溫到740°C后扒渣、除氣精煉；降溫至720°C加入Al-5wt%T1-lwt%B晶粒細(xì)化劑并進(jìn)行攪拌，最后在此溫度保溫IOmin后將熔體澆鑄到四周水冷的鋼模內(nèi)，得到鋁合金鑄錠。
[0014]本發(fā)明還涉及上述鋁合金的應(yīng)用，所述鋁合金用于汽車板材。
[0015]上述鋁合金應(yīng)用的優(yōu)選方案為，所述鋁合金經(jīng)T4P處理后進(jìn)行低溫170-190°C /10-20min烤漆后，其屈服強(qiáng)度增量為85_140MPa。
[0016]本發(fā)明所述鋁合金具體的制備方法如下，原材料分別采用99.9%的高純鋁，工業(yè)純Mg和Zn，中間合金Al-20%S1、Al_50%Cu、Al_20%Fe、Al_10%Mn等。當(dāng)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(nèi)。鑄錠后續(xù)的加工工藝為:5550C /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(duì)水淬樣品進(jìn)行T4P處理(固溶淬火后馬上轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱中進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為40°C _120°C,時(shí)間為10h-29h,預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上)，然后對(duì)比合金性能差異并進(jìn)行模擬烤漆后的力學(xué)性能測(cè)試。
[0017]通過采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明采用了新型預(yù)時(shí)效工藝，可對(duì)Al-Mg-S1-Cu-Zn系鋁合金所含各主合金元素Mg、S1、Cu、Zn及其微量元素相互之間的作用進(jìn)行有效調(diào)控，進(jìn)而影響合金基體內(nèi)GP區(qū)的形成、元素構(gòu)成和分布狀態(tài)等，最終實(shí)現(xiàn)所制備的新型Al-Mg-S1-Cu-Zn系鋁合金板材烤漆前屈服強(qiáng)度較低，具有優(yōu)異的加工成形性能，而高溫烤漆處理后強(qiáng)度得到大幅提高的目的。
【具體實(shí)施方式】[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的補(bǔ)充和說明。
[0019]原材料分別采用99.9%的高純鋁、工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn、中間合金Al_20wt%S1、Al-50wt%Cu、Al-20wt%Fe、Al-10wt%Mn等。在電阻爐中的具體熔煉過程為，首先將IOKg純鋁(留下200g左右備用)全部加入坩堝，將爐溫設(shè)定在850°C，待純鋁熔化后加入Al-20wt%S1、Al-50wt%Cu、Al-20wt%Fe、Al-10wt%Mn 中間合金，并加入約 50g 覆蓋劑(50%NaCl+50KCl);繼續(xù)加熱熔體，待中間合金熔化，熔體溫度達(dá)到750°C后對(duì)其進(jìn)行攪拌使溶質(zhì)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?jǐn)嚢枞芙?；待熔體溫度再次達(dá)到730°C時(shí)取樣分析成分，如果成分測(cè)量值低于設(shè)計(jì)值，根據(jù)燒損情況適當(dāng)添加一定量的中間合金，如果成分測(cè)量值高于設(shè)計(jì)值，根據(jù)過量值適當(dāng)添加一定量的金屬純鋁進(jìn)行稀釋；繼續(xù)待熔體升至740°C后扒渣、除氣精煉；然后將熔體溫度降至約720°C時(shí)加入30g左右的Al-5wt%T1-lwt%B晶粒細(xì)化劑并進(jìn)行適當(dāng)攪拌，最后在此溫度保溫IOmin后將熔體澆鑄到四周水冷的鋼模內(nèi)。實(shí)施發(fā)明合金的具體化學(xué)成分見表1。
[0020]發(fā)明合金鑄錠在循環(huán)空氣爐中進(jìn)行均勻化處理，處理工藝為:將合金鑄錠放入循環(huán)空氣爐內(nèi)，打開電源，以30°C /h升溫速率開始升溫，待溫度達(dá)到555°C時(shí)，保溫16h，然后再以30°C /h的降溫速率隨爐降溫至100°C時(shí)取出樣品；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> 3000C ;對(duì)熱軋后的板材進(jìn)行冷車L，其變形量為47% ;冷軋后的板材經(jīng)400°C /Ih中間退火，升降溫速度為30°C /h ;對(duì)中間退火后的板材進(jìn)行冷精軋，終軋厚度為0.8mm~1_厚，變形量> 75% ;對(duì)冷軋后的板材經(jīng)555°C /2min鹽浴固溶處理后水淬；再進(jìn)行T4P處理，固溶淬火后馬上轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱中進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為40°C _120°C,時(shí)間為10h-29h,預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上。
[0021]對(duì)比試驗(yàn)，前序的制備工藝均相同，只是在固溶淬火后未進(jìn)行T4P處理，而是進(jìn)行的T4處理，即固溶水淬后自然放置14天以上。
[0022]然后對(duì)T4和T4P處理的樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和模擬烤漆態(tài)(170~190°C /10~20min)力學(xué)性能測(cè)試。拉伸試樣按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T2281999、GB/T50271999、GB/T50281999制樣。
[0023]表1實(shí)施發(fā)明合金化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，wt%)
[0024]
【權(quán)利要求】
1.Al-Mg-S1-Cu-Zn系鋁合金，其特征在于，該鋁合金的組成成分中除鋁外，還包括:ZnO ~1.60wt%，Mg0.30 ~1.30wt%，Si0.40 ~1.50wt%，CuO ~1.0wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金，其特征在于，此合金中包括以下合金元素，F(xiàn)e ≤ 0.5wt%, Mn ≤ 0.4wt%, Cr ≤ 0.2wt%, Ti ≤ 0.2wt%。
3.權(quán)利要求1所述鋁合金的制備方法，其包括以下的制備步驟:合金的熔煉、均勻化處理、熱軋、冷軋，其特征在于，冷軋固溶處理水淬后，還需進(jìn)行T4P處理，即固溶淬火后轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為40°C _120°C,時(shí)間為10h-29h,預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，所述合金經(jīng)T4P處理后，其屈服強(qiáng)度小于170MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，熔煉后鑄錠的加工工藝為，均勻化處理后，熱軋變形量為80-90%，冷軋變形量為40-50%后進(jìn)行退火處理再冷精軋變形量大于75%后，進(jìn)行相應(yīng)的固溶淬火及T4P處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，其制備步驟為，當(dāng)合金徹底熔煉后在720°C將熔體澆鑄在四周水冷的鋼模內(nèi)；鑄錠后續(xù)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%)— 555°C /2min鹽浴固溶處理一水淬，對(duì)水淬樣品進(jìn)行T4P處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，所述T4P處理的工藝為固溶淬火后Imin鐘內(nèi)將材料轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為70V _90°C，時(shí)間為10h-15h，預(yù)時(shí)效后自然放置14天以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金的制備方法，其特征在于，所述合金的熔煉工藝為:在850°C將純度為99.9%的高純鋁熔化后加入相應(yīng)含量的中間合金Al-20wt%S1、Al-50wt%Cu、Al-20wt%Fe、Al-10wt%Mn繼續(xù)加熱熔體待中間合金熔化，降溫到710°C后加入純Zn和純Mg ；升溫到740°C后扒渣、除氣精煉；降溫至720°C加入Al-5wt%T1-lwt%B晶粒細(xì)化劑并進(jìn)行攪拌，最后在此溫度保溫IOmin后將熔體澆鑄到四周水冷的鋼模內(nèi)，得到鋁合金鑄錠。
9.權(quán)利要求1所述鋁合金的應(yīng)用，其特征在于，所述鋁合金用于汽車板材。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述鋁合金的應(yīng)用，其特征在于，所述鋁合金經(jīng)T4P處理后進(jìn)行低溫170-190°C /10-20min烤漆后，其屈服強(qiáng)度增量為85_140MPa。
【文檔編號(hào)】C22F1/05GK103509980SQ201310476383
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】郭明星, 張濟(jì)山, 曹零勇, 莊林忠 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)