熱處理以提高鋁板的接合性的制作方法
【專利說明】熱處理以提高鋁板的接合性
[0001]相關申請交叉引用
[0002]本申請要求于2013年11月I日提交的美國臨時專利申請序列號61/898，931的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容因此結合于此用作參考。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及熱處理以提高鋁板的接合性，諸如過時效熱處理。
【背景技術】
[0004]在汽車設計中減輕車重的一種方法是采用鋁密集型車輛(AIV)。AIV往往是基于鋼型車輛結構的一體式車身結構設計，它們是沖壓板部件的組件。汽車AIV設計主要集中5xxx和6xxx系列鋁板，這是因為它們能夠以與汽車中那些已經(jīng)采用的鋼板制造方法相符方法進行成形與加工。這些合金可具有與鋼型車輛平臺中通常使用的軟鋼板等效的強度。當執(zhí)行某些熱處理工藝時，該6xxx系列銷合金可經(jīng)歷改善的機械強度特性。例如，T6狀態(tài)(T6-temper)表示鋁合金的峰值時效響應。設計者在優(yōu)化材料的強度時常常使用這種狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在至少一個實施例中，提供了一種包括第一元件的組件，該第一元件包括6xxx系列鋁合金。該合金可進行熱處理以具有至少200MPa的屈服強度和可達0.4的r/t (彎曲性)比值。鉚釘可將第一元件穩(wěn)固至一個或多個另外的元件。
[0006]該鉚釘可維持與6xxx系列鋁合金的緊密接觸。在一個實施例中，該鉚釘為自沖鉚釘(SPR)。SPR所形成的扣形物(button)可在6xxx系列銷合金中形成，同時扣形物中基本無開裂。在一個實施例中，6xxx系列銷合金具有可達0.3的r/t比值。6xxx系列銷合金可為6061合金或6111合金并可被熱處理成T7或T8狀態(tài)。在一個實施例中，6xxx系列鋁合金可被熱處理成具有至少260MPa的屈服強度。在一個實施例中，該組件可包括通過鉚釘接合的多達四個元件。第一元件和一個或多個另外的元件均由熱處理成具有至少200MPa的屈服強度和可達0.4的r/t (彎曲性)比值的6XXX系列鋁合金形成。第一元件和一個或多個另外的元件均可具有0.8至4_的厚度。
[0007]在至少一個實施例中，提供了一種將鋁合金接合至汽車組件的方法。該方法可包括:以220 °C至240 °C的溫度對6xxx系列鋁合金持續(xù)熱處理30分鐘至7小時以產(chǎn)生具有至少200MPa的屈服強度和可達0.4的r/t (彎曲性)比值的合金。該方法可進一步包括將含有熱處理合金的第一元件鉚接至一個或多個另外的元件。
[0008]這種鉚接可采用自沖鉚釘(SPR)完成。在一個實施例中，熱處理步驟具有5至7小時的持續(xù)時間。該熱處理步驟可包括:將6XXX系列鋁合金熱處理成具有可達0.3的r/t比值的T7狀態(tài)。在另一個實施例中，熱處理步驟可具有30至90分鐘的持續(xù)時間。該熱處理步驟可包括:將6XXX系列鋁合金熱處理成具有至少260MPa的屈服強度的T8狀態(tài)。
[0009]在至少一個實施例中，提供了一種包括第一元件的組件，該第一元件包括被熱處理成具有至少200MPa的屈服強度和可達0.4的r/t (彎曲性)比值的6xxx系列鋁合金。一個或多個另外的元件可通過自沖鉚釘(SPR)穩(wěn)固至第一元件，該SPR延伸穿過所述一個或多個另外的元件并維持與6xxx系列銷合金的緊密接觸?？坌挝锟稍?xxx系列銷合金中形成，且SPR可終止于該扣形物中。該6xxx系列鋁合金還可被熱處理成具有至少260MPa的屈服強度。
【附圖說明】
[0010]圖1為示出銷合金的若干處理階段(tempering stages)的強度與人工時效時間的不意圖；
[0011]圖2是根據(jù)一個實施例所要接合的兩個元件的組件的示意性截面圖；
[0012]圖3A是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的經(jīng)過T6狀態(tài)的鋁合金的組件的截面圖；
[0013]圖3B和圖3C分別是圖3A的組件的斜視圖和仰視圖；
[0014]圖4A是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有T7狀態(tài)的鋁合金的組件的截面圖；
[0015]圖4B和圖4C分別是圖4A的組件的斜視圖和仰視圖；
[0016]圖5是可被用以測試鋁合金的彎曲性的半引導翹曲彎曲測試儀的圖片；
[0017]圖6是采用圖5的翹曲彎曲測試儀進行測試的試件的實例；
[0018]圖7A和圖7B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.28的r/t比值的1.8mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0019]圖8A和圖8B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.71的r/t比值的1.8mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0020]圖9A和圖9B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.25的r/t比值的2.0mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0021]圖1OA和圖1OB分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.64的r/t比值的2.0mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0022]圖1lA和圖1lB分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.3的r/t比值的2.7mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0023]圖12A和圖12B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.75的r/t比值的
2.7mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0024]圖13A和圖13B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.23的r/t比值的
3.5mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0025]圖14A和圖14B分別是包括由自沖鉚釘(SPR)接合的具有0.65的r/t比值的
3.5mm厚的6111鋁合金的組件的截面圖和仰視圖；
[0026]圖15A和圖15B是包括在多次熱處理之后針對6061合金的屈服強度和彎曲性數(shù)據(jù)的表格；
[0027]圖16是由SPR接合的6111合金件的彎曲性與厚度的數(shù)據(jù)圖及鉚釘接合的可接受性的數(shù)據(jù)圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的具體實施例按要求在此公開，然而，應當理解，在此公開的實施例僅為本發(fā)明的示例，其能夠以各種替代方式實施。附圖未必按比例繪制；可對一些特征放大或縮小以顯示特定部件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結構和功能細節(jié)不應視為限定，而僅作為用于教導本領域技術人員以各種方式應用本發(fā)明的代表性基礎。
[0029]鋁合金通常由四位數(shù)字表示，其中，第一數(shù)字通常表示主要合金元素。在該系列符號中由字母“X”表示的另外的數(shù)字限定準確的鋁合金。例如，5XXX系列的主要合金元素為鎂，且對于6xxx系列而言，主要合金元素為鎂和娃。對于5xxx和6xxx系列銷合金而言，分別為鋁-鎂和鋁-鎂-硅合金。這種5XXX和6XXX系列鋁合金可通過與軟鋼板的成形和加工的方法相符的方法進行成形和加工。通常具有高強度的7XXX系列具有鋁和鋅作為主要合金元素。
[0030]特定6xxx系列合金的實例可包括6061，其可具有的成分包括0.4%至0.8%的硅、可達0.7%的鐵、0.15%至0.40%的銅、可達0.15%的錳、0.8%至1.2%的鎂、0.04%至0.35%的鉻、可達0.25%的鋅、可達0.15%的鈦及每種可達0.05%的其它元素(總共0.15% )，所有上述元素的百分比為重量百分比，其余為鋁。多種汽車部件，諸如支架、車身部件、緊固件及其它可包括6061鋁。6XXX系列合