一種適用于6000系鋁合金車身板的固溶熱處理方法
【專利摘要】一種適用于6000系鋁合金車身板的固溶熱處理方法，主要步驟包括：以加熱速率V加熱1將6000系鋁合金軋制態(tài)板材加熱到400℃至520℃溫度范圍內(nèi)的溫度T1并保溫，其中，150℃/min≥V加熱1≥5℃/min，保溫時(shí)間t1為1min-360min，隨后以加熱速率V加熱2將鋁合金加熱到T1至560℃溫度范圍內(nèi)的溫度T2進(jìn)行保溫處理，其中，100℃/min≥V加熱2≥10℃/min，保溫時(shí)間t2為1min-120min，隨后淬火處理獲得淬火態(tài)鋁合金。與傳統(tǒng)技術(shù)方案相比，本發(fā)明可使得6000系鋁合金保持優(yōu)越烤漆硬化響應(yīng)能力的同時(shí)，耐腐蝕性能明顯提高，對(duì)提高鋁合金車身板的使用性能并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍具有重要意義。
【專利說(shuō)明】—種適用于6000系鋁合金車身板的固溶熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所涉及的【技術(shù)領(lǐng)域】屬于鋁合金材料制備加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是由國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)所注冊(cè)的6000系(Al—Mg-Si系)鋁合金的制造方法；更具體地，本發(fā)明涉及一種改善6000系鋁合金車身板材組織性能的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]降低燃油消耗、減少向大氣排出CO2和有害氣體及顆粒是汽車工業(yè)永恒發(fā)展主題。作為汽車節(jié)能減排的有效途徑之一，汽車輕量化已經(jīng)成為世界汽車工業(yè)發(fā)展的主要潮流。鋁合金的比重僅為鋼的I / 3，同時(shí)具有質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、比強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，易表面著色等特點(diǎn)，并且80%以上的鋁材可以回收再利用，使得鋁合金成為理想的汽車輕量化材料；而且承力相同時(shí)，鋁合金比鋼輕50%左右，承受同樣的沖擊，鋁板比鋼板多吸收50%的沖擊能，更具安全性。汽車車身質(zhì)量約占汽車總質(zhì)量的30 %以上，對(duì)車身進(jìn)行鋁化舉足輕重。在所有車用鋁合金材料中，6000系鋁合金因具有優(yōu)良綜合特性特別是具有可熱處理強(qiáng)化的特點(diǎn)，己成為汽車車身用鋁合金的主要發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]從上世紀(jì)70年代起，歐美、日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在6XXX系鋁合金車身板材料研制方面投入了大量的人力和物力，相繼開(kāi)發(fā)注冊(cè)了 6009、6010、6016、6111、6022等國(guó)際鋁合金牌號(hào)，并申請(qǐng)和獲得了一大批相關(guān)的合金成分設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝技術(shù)方面的專利。上世紀(jì)70年代中期，美國(guó)率先研發(fā)了 6009和6010鋁合金，6009-T4鋁合金和6010-T4鋁合金的烤漆硬化性較2036-T 4鋁合金好，合金的耐蝕性和焊接性都有很大提高，但邊緣成形性不如2036鋁合金好；80年代初期北美和歐洲分別研發(fā)了高Cu的6111鋁合金和低Cu的6016鋁合金，6111鋁合金在6010鋁合金的基礎(chǔ)上烤漆硬化性和成形性得到明顯提高，且6111鋁合金烤漆處理后具有較高的強(qiáng)度；6016鋁合金則表現(xiàn)出更佳的成形性和耐蝕性；90年代中期北美研發(fā)了 6022鋁合金，該合金的成形性、抗蝕性和烤漆硬化性均優(yōu)于6111鋁合金，其6022-T4E29(為Aloca內(nèi)部熱處理)己專利化，并投入工業(yè)化生產(chǎn)，在Ford Crow,Crand Marquis和Taurus / sable等車型的外板和內(nèi)板上獲得了應(yīng)用。目前獲得應(yīng)用的汽車車身板用6XXX系鋁合金主要有6016、6111、6022鋁合金，歐洲汽車制造商多選用具有較好成形性能的低Cu的6016鋁合金，美國(guó)則更多采用具有較高強(qiáng)度性能的6111鋁合金和6022鋁合金。截止目前，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在鋁合金車身板方面己形成了較為完善的研發(fā)和生產(chǎn)體系，并在汽車車身應(yīng)用方面取得了驕人的業(yè)績(jī)，但現(xiàn)有鋁合金車身板在協(xié)調(diào)其高成形性和高烤漆時(shí)效硬化性上仍存在著困難，還難以充分體現(xiàn)出用鋁合金板取代鋼板的優(yōu)越性，加上其制造成本偏高，很大程度上制約了其在汽車車身制造中的全面應(yīng)用。
[0004]近年來(lái)，為更好地滿足汽車工業(yè)發(fā)展對(duì)鋁合金車身板的要求，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)大力投入，在現(xiàn)有汽車用6XXX系鋁合金的基礎(chǔ)上，通過(guò)合金成分和制備加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)展創(chuàng)新性工作，對(duì)開(kāi)發(fā)全新的高性能6XXX鋁合金車身板進(jìn)行大量的探索研究，相繼獲得了一些性能良好的汽車車身板用鋁合金材料。例如，發(fā)明專利CN101880805A公開(kāi)了一種汽車車身板用Al-Mg-Si系鋁合金及其制造方法，其基本成分范圍為:Si:0.75-1.5wt%,Fe:0.2-0.5wt%,Cu:0.2-1.0wt%,Mn:0.25-1.0wt%,Mg:
0.75 ~1.85wt%,Zn:0.15-0.3wt%,Cr:0.05% -0.15wt%,Ti:0.05-0.15wt%,Zr:0.05-0.35wt%，余量為Al。該材料中添加了少量的Zn、Cu含量接近甚至高于6111鋁合金的水平；但從實(shí)施例給出的性能結(jié)果看，該材料供貨狀態(tài)屈服強(qiáng)度偏高，烤漆硬化響應(yīng)能力有限(約50MPa)。發(fā)明專利CN101935785B公開(kāi)了一種高成形性汽車車身板用鋁合金，其基本成分范圍為:S1:0.50-1.20wt%,Mg:0.35-0.70wt%,Cu:0.01-0.20wt%,Mn:
0.05-0.20wt%, Cr ≤0.1Owt%, Zn:0.01-0.25wt%, Ti ≤ 0.15wt%, Fe:0.05-0.15wt%,余量為Al ;該招合金材料Cu含量控制較低,還加入了少量的Zn元素、以微量元素含量進(jìn)行控制。本專利 申請(qǐng)人:所在單位于2013年申請(qǐng)了一種適合于汽車車身板制造的鋁合金材料及制備方法的國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?201310138522.3)，其基本成分范圍為:Si0.6 ~1.2wt%,Mg0.7 ~1.3wt%, Zn0.25 ~0.8wt%, Cu0.02 ~0.20wt%, Mn0.01~0.25wt%, Zr0.01~0.20wt%。從上述專利實(shí)施例給出的性能結(jié)果看,材料表現(xiàn)出較好的成形性和烤漆硬化響應(yīng)能力，具有較好的應(yīng)用前景。
[0005]縱觀國(guó)內(nèi)外近年來(lái)鋁合金車身板的研發(fā)歷程可以看出，通過(guò)控制合金中合金化元素Mg、S1、Cu、Zn的含量及其配比、采用多種微合金化(Mn、Fe、Cr、T1、Zr等)等手段是材料科技工作者所采取的主流技術(shù)手段，不斷開(kāi)發(fā)的各種6000系鋁合金車身板呈現(xiàn)出合金多層次組織復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)相應(yīng)的成套制備加工方法提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的6000系鋁合金的制備加工方法已難以完全滿足要求。因此，為充分發(fā)揮不斷開(kāi)發(fā)的新型6000系鋁合金的潛力，不斷優(yōu)化并開(kāi)發(fā)出與之相匹配的制備加工技術(shù)是材料科技工作者面臨的又一緊迫任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有6000系鋁合金制備方法的不足，針對(duì)目前6000系鋁合金車身板呈現(xiàn)出的合金體系更加復(fù)雜的技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)明一種適用于復(fù)雜合金體系的固溶熱處理工藝，改善合金化元素回溶效果，減少?gòu)?fù)雜第二相對(duì)合金綜合性能的不利作用，在改善6000系鋁合金時(shí)效硬化能力的同時(shí)，提高材料的耐蝕性能。
[0007]根據(jù)本技術(shù)發(fā)明，上述發(fā)明目的可通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]—種適用于6000系招合金的固溶熱處理方法,其特征在于:以某一加熱速率
將鋁合金加熱到400°C至520°C溫度范圍內(nèi)的某一溫度T1并保溫，其中，150°C / min≥V加ai ≤ 5°C / min，保溫時(shí)h為lmin-360min，隨后以某一加熱速率Vms2將鋁合金加熱到T1至560°C溫度范圍內(nèi)的溫度T2進(jìn)行保溫處理，其中，100°C / min ≤ Vjnft2≤10°C /min，保溫時(shí)間t2為lmin-120min，隨后淬火處理獲得淬火態(tài)鋁合金。
[0009]本發(fā)明人通過(guò)大量研究和工業(yè)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)6000系鋁合金固溶熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行精細(xì)選擇與合理搭配，可顯著改善合金化元素回溶效果，減少?gòu)?fù)雜第二相對(duì)合金綜合性能的不利作用，在改善6000系鋁合金時(shí)效硬化能力的同時(shí)，提高材料的耐蝕性能。
[0010]本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:以某一加熱速率將招合金板材加熱到430°C至470°C溫度范圍內(nèi)的溫度T1并保溫，其中，100°C / min ≤ Vei≤150°C / min，保溫時(shí)間t!為5min-240min，隨后以某一加熱速率Vjnift2將鋁合金加熱到T1至555°C溫度范圍內(nèi)的溫度T2進(jìn)行保溫處理,其中，60°C / min≥Vaa2≥30°C / min,保溫時(shí)間t2為2min_60min,隨后淬火處理獲得淬火態(tài)鋁合金。
[0011]本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:所述6000系鋁合金含有Al、S1、Mg、Cu元素以及選自Zn、Zr、Mn、T1、Sc、Er等微量元素中的至少一種元素。
[0012]本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:所述的6000系鋁合金Zn0.25~2.0wt%。
[0013]本發(fā)明的第四個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:所述的6000系鋁合金，Zn0.30~0.8wt%,Cu0.05 ~1.20wt%。
[0014]本發(fā)明的第五個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:所述的6000系鋁合金，Zn0.30~0.8wt%,Cu0.20 ~1.20wt%,0.05wt%^ (Mn+Zr)wt%^ 0.40wt%。
[0015]本發(fā)明的第六個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:所述6000系鋁合金是板材或帶材產(chǎn)品。
[0016]本發(fā)明的第七個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案:所述6000系鋁合金板材或帶材產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車車身覆蓋件的制造，尤其適用于載人轎車車身覆蓋件的制造。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明所公開(kāi)的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，主要包括以下步驟:以某一加熱速率Vasu將6000系鋁合金軋制態(tài)板材加熱到400°C至520°C溫度范圍內(nèi)的某一溫度T1并保溫,其中，1500C / min≥Vasu≥5°C / min,保溫時(shí)間為lmin_360min,隨后以某一加熱速率Vas2將鋁合金加熱到T1至560°C溫度范圍內(nèi)的溫度T2進(jìn)行保溫處理，其中，100°C / min≥Vwft2≥10°C / min，保溫時(shí)間t2為lmin_120min，隨后淬火處理獲得淬火態(tài)鋁合金。
[0018]實(shí)施例1
[0019]將本技術(shù)發(fā)明應(yīng)用于商業(yè)化AA6022鋁合金，其名義成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ ):Si0.8-1.5，F(xiàn)e0.05-0.2，Cu0.01-0.1, Mn0.02-0.10，Mg0.45—0.7，Cr 不高于 0.1，Zn不高于0.25，Ti不高于0.15，余量Al以及不可避免的其他雜質(zhì)；在其中選擇一種典型合金成分:1.10% Si, 0.6% Mg,0.06% Cu,0.06% Mn,0.05% Zn, 0.13% Fe,余量Al以及不可避免的其他雜質(zhì)。合金經(jīng)熔鑄、均勻化處理、熱軋、冷軋、中間退火以及冷軋等環(huán)節(jié)獲得厚度為1.0mm的板材，對(duì)板材進(jìn)行不同方案的固溶熱處理，固溶熱處理方案如表1所示；固溶淬火后I小時(shí)內(nèi)進(jìn)行140°C X IOmin預(yù)時(shí)效處理后獲得T4(P)態(tài)樣品，隨后對(duì)部分Τ4Ρ態(tài)樣品進(jìn)行變形量為2%的預(yù)變形以及170°C X30min模擬烤漆處理獲得PB (Paint-baked)態(tài)樣品。
[0020]將采用上述實(shí)施例與對(duì)比例所制備的合金性能進(jìn)行比較，其中，剝落腐蝕(EXCO)實(shí)驗(yàn)參照美國(guó)ASTM G34-01標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，剝落腐蝕等級(jí)由“N — P — EA — EB — EC — ED”表示板材剝落腐蝕程度不斷加深，“ + ”號(hào)表示處于該等級(jí)的腐蝕程度較重，號(hào)表示處于該等級(jí)的腐蝕程度較輕。主要性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。
[0021]對(duì)比表2中T4P態(tài)和模擬烤漆后的屈服強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明技術(shù)方案的板材烤漆前后的屈服強(qiáng)度增量較為穩(wěn)定，且與傳統(tǒng)技術(shù)方案相比，屈服強(qiáng)度的增量有一定提高；更為重要的是，采用本發(fā)明技術(shù)方案的板材的剝落腐蝕性能等價(jià)明顯高于傳統(tǒng)技術(shù)方案，有利于提供最終使用狀態(tài)的耐腐蝕性能。
[0022]表1
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于6000系招合金車身板的固溶熱處理方法,其特征在于:以加熱速率將6000系鋁合金加熱到400°C至520°C溫度范圍內(nèi)的溫度T1并保溫，其中，150°C /min≥V 加熱1 ≥50C /min，保溫時(shí)間&為lmin-360min，隨后以加熱速率Vaift2將鋁合金加熱到T1至560°C溫度范圍內(nèi)的溫度T2進(jìn)行保溫處理，其中，100°C /min≥Vjnft2≥10°C /min，保溫時(shí)間t2為lmin-120min，隨后淬火處理獲得淬火態(tài)鋁合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:以加熱速率V加熱1將鋁合金板材加熱到430°C至470°C溫度范圍內(nèi)的溫度T1并保溫，其中，IOO0C /min≥V加熱1≥50°C /min，保溫時(shí)間&為5min_240min，隨后以加熱速率V加熱2將鋁合金加熱到T1至555°C溫度范圍內(nèi)的溫度T2進(jìn)行保溫處理，其中，600C /min≥Vinift2≥30°C /min，保溫時(shí)間t2為2min-60min，隨后淬火處理獲得淬火態(tài)鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:所述6000系鋁合金含有Al、S1、Mg、Cu元素以及選自Zn、Zr、Mn、T1、Sc、Er等微量元素中的至少一種元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:在所述的6000系鋁合金中，Zn 0.25~2.0wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:在所述的6000系鋁合金中，Zn 0.30~0.8wt%, Cu 0.05~L 20wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于6000系鋁合金板材的固溶熱處理方法，其特征在于:在所述的 6000 系鋁合金中，Zn 0.30 ~0.8wt%，Cu 0.20 ~1.20wt%，0.05wt%≤(Mn+Zr) wt % ≤0.40wt %。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中的任意一項(xiàng)所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:所述6000系鋁合金是板材或帶材產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:所述6000系鋁合金板材或帶材產(chǎn)品應(yīng)用于汽車車身覆蓋件的制造，尤其適用于載人轎車車身覆蓋件的制造。
【文檔編號(hào)】C22F1/05GK103510029SQ201310435905
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】李志輝, 熊柏青, 張永安, 李錫武, 劉紅偉, 王 鋒 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院