本發(fā)明涉及一種鋁合金加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于物流車輛車廂用的車體輕量化用鋁合金板材及其制備方法。
背景技術(shù)：
汽車產(chǎn)業(yè)在世界各地蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也帶來環(huán)境污染和能源短缺兩大嚴(yán)重的社會(huì)問題。這促使汽車產(chǎn)業(yè)將持續(xù)發(fā)展的核心放在能源和環(huán)保上，而以汽車輕量化為主導(dǎo)的先進(jìn)汽車材料技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要保證，因此輕量化成為未來汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向。汽車材料是影響汽車重量的重要因素，對(duì)節(jié)能能源及改善污染都有相當(dāng)程度的影響。在新能源技術(shù)發(fā)展尚未成熟，汽車減重?zé)o疑是降低能耗及污染的最佳途徑。采用輕質(zhì)材料是減輕汽車重量最簡(jiǎn)單的方法。因此，輕質(zhì)汽車材料成為當(dāng)前汽車工業(yè)開發(fā)研究的熱點(diǎn)。
所謂的車體輕量化，就是采用科學(xué)的方法和手段對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保汽車綜合性能指標(biāo)的前提下，通過使用新型材料，盡可能降低汽車產(chǎn)品自身重量，達(dá)到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合目標(biāo)。研究表明，汽車所用燃料約60%消耗于汽車自重，汽車的質(zhì)量每減輕100kg，每公里所用燃料將減少0.4l-0.8l，co2排放也將減少。燃油效率提高，意味著降低汽車的耗油量和排污量，在同樣的輸出功率下，較輕的車對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說就是較輕的負(fù)載，汽車的操控穩(wěn)定性也有所提高。所以減少汽車車體重量對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng)。
對(duì)于物流車輛而言，車廂自重占整車重量比例較大，減輕車廂的重量已成為物流企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。由于鋁的比重約為鋼的1/3，鋁合金被公認(rèn)是汽車輕量化的理想材料。物流車輛車廂輕量化是大勢(shì)所趨，鋁合金車廂與其他材料相比，能有效降低非載荷重量，而且鋁材可回收性強(qiáng)，造型美觀，節(jié)約能耗，散熱性好，耐腐蝕，耐疲勞，成為未來物流車廂制造業(yè)替代鋼材的首先材料。
我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)原材料的消耗量越來越大，同時(shí)也要求汽車產(chǎn)業(yè)使用可持續(xù)應(yīng)用的材料。我國(guó)是鋁資源豐富的國(guó)家，應(yīng)用鋁及鋁合金無疑是汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證，因此，研制汽車車體輕量化用鋁合金具有重要的意義。目前市場(chǎng)上使用的鋁合金，其使用強(qiáng)度并非理想，特別對(duì)于可實(shí)施低溫烤漆工藝的新型6系列合金的開發(fā)，以及具有更高烘烤硬化性能的鋁合金開發(fā)等。整體而言，目前的6系列鋁合金汽車板材的綜合性能一般，普遍采用低合金化以犧牲部分強(qiáng)度來獲得高的成形性能，或者通過犧牲成形性能來獲得高強(qiáng)度，很難達(dá)到烤漆前成形性和烘烤硬化后高強(qiáng)度的良好配合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較高烘烤硬化性能且成形性能較好的車體輕量化用鋁合金板材及其制備方法，通過合理優(yōu)化合金中各元素的含量及熱處理工藝，使得鋁合金板材具有較好的綜合性能。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種車體輕量化用鋁合金板材，其特征在于，其化學(xué)組分按質(zhì)量百分比為：mg:1.2-2.2%、si:0.8-1.5%、fe:0.1-0.3%、mn:0.2-0.8%、cu:0.2-0.5%、zr:0.05-0.2%、cr:0.01-0.5%、la:0.05-0.2%、zn≤0.2%、ti≤0.1%，其它雜質(zhì)元素單個(gè)含量≤0.05%，其它雜質(zhì)元素總含量≤0.15%，余量為al。
進(jìn)一步優(yōu)選，車體輕量化用鋁合金板材的化學(xué)組分按質(zhì)量百分比為：mg:1.5-2.0%、si:1.0-1.2%、fe:0.2-0.25%、mn:0.3-0.5%、cu:0.3-0.4%、zr:0.1-0.15%、cr:0.1-0.3%、la:0.1-0.15%、zn≤0.2%、ti≤0.1%，其它雜質(zhì)元素單個(gè)含量≤0.05%，其它雜質(zhì)元素總含量≤0.15%，余量為al。
本發(fā)明車體輕量化用鋁合金板材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
（1）熔煉：先將鋁錠投入真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，鋁錠開始熔化后加入速溶硅、鋁錳中間合金、鋁鉻中間合金和鋁鋯中間合金，鋁錠完全熔化后加入陰極銅和鎂錠，熔煉過程中加入精煉劑，并對(duì)鋁熔體進(jìn)行扒渣，分析鋁熔體成分合格后轉(zhuǎn)入保溫爐，熔煉溫度為720-750℃，熔煉時(shí)間為4-8小時(shí)，精煉劑加入量為鋁錠重量的2-5%；
（2）精煉：經(jīng)熔煉的鋁熔體轉(zhuǎn)至傾翻式保溫爐進(jìn)行爐內(nèi)精煉，將鋁熔體流經(jīng)除氣裝置進(jìn)行除氣精煉，除氣精煉采用氬氣和氯氣的混合氣體，除氣精煉后將鋁熔體靜置10-15min再進(jìn)行過濾除渣，在過濾除渣之前通過喂絲機(jī)向除氣精煉出口流槽中的鋁熔體連續(xù)添加al-ti-c晶粒細(xì)化劑進(jìn)行晶粒細(xì)化處理，經(jīng)過過濾除渣的鋁熔體直接進(jìn)行澆鑄；
（3）鑄造：采用半連續(xù)鑄造，將鋁熔體澆鑄成鋁合金鑄錠，鑄造溫度為695-715℃，鑄造速度為35-55mm/min，鑄造過程中冷卻水流量為20-90m3/h；
（4）均勻化：將鋁合金鑄坯送入熱均熱爐中，在500-550℃溫度下保溫20-35h；
（5）切頭銑面：對(duì)經(jīng)過均勻化的鋁合金鑄錠兩端進(jìn)行鋸頭，并對(duì)鋁合金鑄錠銑面；
（6）熱軋：熱軋前先將鋁合金鑄錠轉(zhuǎn)移到預(yù)熱爐中，在450-510℃溫度進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間為4-6h，然后將鋁合金鑄錠送入熱軋機(jī)中進(jìn)行熱軋，熱軋開軋溫度為500-560℃，終軋溫度為430-500℃，制得熱軋鋁合金板材；
（7）中間退火：將經(jīng)過熱軋的鋁合金板材在410-430℃下進(jìn)行中間退火，保溫時(shí)間為2-4h；
（8）冷軋：將經(jīng)過中間退火的鋁合金板材冷軋至規(guī)定的厚度，得到鋁合金板材；鋁合金板材的厚度為1.0-2.0mm；
（9）固溶處理：將鋁合金板材進(jìn)行固溶淬火，固溶淬火溫度為540-550℃，固溶淬火時(shí)間為30-35分鐘，固溶淬火后進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，第一級(jí)120℃時(shí)效2-3小時(shí)，第二級(jí)170℃時(shí)效8-10小時(shí)。
進(jìn)一步優(yōu)選，所述精煉劑包括以下重量份數(shù)的原料：k2co330-40份、氟鋁酸鉀15-20份、氟鈦酸鉀10-15份、licl5-10份、mgcl25-10份、mg3n25-10份、baco35-10份、c2cl62-5份。
進(jìn)一步優(yōu)選，所述除氣裝置的轉(zhuǎn)子速度為300-550rpm，氬氣流量為0.5-4.0m3/h，氬氣壓力100-400kpa，
氯氣流量0.1-2.0m3/h，氯氣壓力為50-300kpa。
進(jìn)一步優(yōu)選，所述除渣采用三級(jí)除渣，第一級(jí)除渣采用玻璃纖維雙層過濾布，第二級(jí)除渣采用50-70ppi陶瓷過濾板，第三級(jí)除渣采用深床過濾器，深床過濾器內(nèi)設(shè)有多層氧化鋁球和氧化鋁沙礫層組成的多孔性介質(zhì)。
進(jìn)一步優(yōu)選，所述均勻化過程為先將鑄錠升溫至200℃，升溫速度為25-30℃/h，保溫4-5h，然后將鑄錠從200℃升溫至500-550℃，升溫速度為60-80℃/h，保溫10-15h，最后空氣自然冷卻至室溫。
本發(fā)明的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是：
1、本發(fā)明通過對(duì)鋁合金板材中的鎂、硅、鐵、錳、銅等成分進(jìn)行微調(diào)，合理優(yōu)化合金中各元素的含量及熔煉、熱處理工藝，使得鋁合金板材具有較高烘烤硬化性能且沖壓成型性能較好、耐蝕性好、易著色，具有較好的綜合性能。
2、本發(fā)明通過添加微量的稀土la元素，能夠顯著改善鋁合金板材的金相組織，細(xì)化晶粒，去除鋁合金板材中氣體和有害雜質(zhì)，減少鋁合金板材的裂紋源，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，改善加工性能，還能改善鋁合金板材的耐熱性、可塑性及可鍛性，提高硬度、增加強(qiáng)度和韌性。
3、本發(fā)明采用除氣裝置和三級(jí)除渣裝置清除鋁液中的氧化物、非金屬夾雜物和其他有害金屬雜質(zhì)，使得鋁合金鑄錠中的h含量控制在0.1ml/100gal以下，能夠顯著提高除氣效率和除氣質(zhì)量，減少鋁合金鑄錠的裂紋、疏松、針狀氣孔、夾雜等鑄造缺陷，使鑄錠成品率達(dá)到98%以上。
4、本發(fā)明鋁合金鑄錠均勻化采用階梯式加熱，能夠充分消除枝晶組織和低熔點(diǎn)共晶組織的目的外，還能使鎂、硅、錳等元素彌散均勻分布，為后續(xù)扎制、固溶和時(shí)效處理過程中形成均勻、細(xì)小析出相奠定了基礎(chǔ)，保證后期變形加工組織和產(chǎn)品最終的綜合性能。
5、本發(fā)明鋁合金板材在熔煉過程中加入鋁合金無鈉精煉劑，不引入雜質(zhì)鈉，除氣、除渣效果更好，用量少，熔煉后的鋁合金鑄錠的微觀組織致密性均勻，基本無疏松、夾渣等缺陷，增加了鋁合金鑄錠的內(nèi)部組織的均勻性與晶粒的細(xì)化，改善了后工序鋁合金板材的質(zhì)量與加工性能，鋁合金鑄錠成品率由原來的95%提高到98%。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
鋁合金板材的化學(xué)組分按質(zhì)量百分比為：
mg:1.2-2.2%、si:0.8-1.5%、fe:0.1-0.3%、mn:0.2-0.8%、cu:0.2-0.5%、zr:0.05-0.2%、cr:0.01-0.5%、la:0.05-0.2%、zn≤0.2%、ti≤0.1%，其它雜質(zhì)元素單個(gè)含量≤0.05%，其它雜質(zhì)元素總含量≤0.15%，余量為al。
其制備方法為：
（1）熔煉：先將鋁錠投入真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，鋁錠開始熔化后加入速溶硅、鋁錳中間合金、鋁鉻中間合金和鋁鋯中間合金，鋁錠完全熔化后加入陰極銅和鎂錠，熔煉過程中加入精煉劑，并對(duì)鋁熔體進(jìn)行扒渣，分析鋁熔體成分合格后轉(zhuǎn)入保溫爐，熔煉溫度為720-750℃，熔煉時(shí)間為4-8小時(shí)，精煉劑加入量為鋁錠重量的2-5%；精煉劑包括以下重量份數(shù)的原料：k2co330-40份、氟鋁酸鉀15-20份、氟鈦酸鉀10-15份、licl5-10份、mgcl25-10份、mg3n25-10份、baco35-10份、c2cl62-5份。
（2）精煉：經(jīng)熔煉的鋁熔體轉(zhuǎn)至傾翻式保溫爐進(jìn)行爐內(nèi)精煉，將鋁熔體流經(jīng)除氣裝置進(jìn)行除氣精煉，除氣精煉采用氬氣和氯氣的混合氣體，除氣精煉后將鋁熔體靜置10-15min再進(jìn)行過濾除渣，在過濾除渣之前通過喂絲機(jī)向除氣精煉出口流槽中的鋁熔體連續(xù)添加al-ti-c晶粒細(xì)化劑進(jìn)行晶粒細(xì)化處理，經(jīng)過過濾除渣的鋁熔體直接進(jìn)行澆鑄；所述除氣裝置的轉(zhuǎn)子速度為300-550rpm，氬氣流量為0.5-4.0m3/h，氬氣壓力100-400kpa，氯氣流量0.1-2.0m3/h，氯氣壓力為50-300kpa；所述除渣采用三級(jí)除渣，第一級(jí)除渣采用玻璃纖維雙層過濾布，第二級(jí)除渣采用50-70ppi陶瓷過濾板，第三級(jí)除渣采用深床過濾器，深床過濾器內(nèi)設(shè)有多層氧化鋁球和氧化鋁沙礫層組成的多孔性介質(zhì)。
（3）鑄造：采用半連續(xù)鑄造，將鋁熔體澆鑄成鋁合金鑄錠，鑄造溫度為695-715℃，鑄造速度為35-55mm/min，鑄造過程中冷卻水流量為20-90m3/h；
（4）均勻化：將鋁合金鑄坯送入熱均熱爐中，在500-550℃溫度下保溫20-35h；均勻化過程為先將鑄錠升溫至200℃，升溫速度為25-30℃/h，保溫4-5h，然后將鑄錠從200℃升溫至500-550℃，升溫速度為60-80℃/h，保溫10-15h，最后空氣自然冷卻至室溫。
（5）切頭銑面：對(duì)經(jīng)過均勻化的鋁合金鑄錠兩端進(jìn)行鋸頭，并對(duì)鋁合金鑄錠銑面；
（6）熱軋：熱軋前先將鋁合金鑄錠轉(zhuǎn)移到預(yù)熱爐中，在450-510℃溫度進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間為4-6h，然后將鋁合金鑄錠送入熱軋機(jī)中進(jìn)行熱軋，熱軋開軋溫度為500-560℃，終軋溫度為430-500℃，制得熱軋鋁合金板材；
（7）中間退火：將經(jīng)過熱軋的鋁合金板材在410-430℃下進(jìn)行中間退火，保溫時(shí)間為2-4h；
（8）冷軋：將經(jīng)過中間退火的鋁合金板材冷軋至厚度為1.2mm，得到鋁合金板材；
（9）固溶處理：將鋁合金板材進(jìn)行固溶淬火，固溶淬火溫度為540-550℃，固溶淬火時(shí)間為30-35分鐘，固溶淬火后進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，第一級(jí)120℃時(shí)效2-3小時(shí)，第二級(jí)170℃時(shí)效8-10小時(shí)。
試驗(yàn)效果
采用本發(fā)明實(shí)施例1的鋁合金板材自然時(shí)效7天后烤漆前以及烤漆后的性能指標(biāo)，結(jié)果如下：
對(duì)比例，采用目前市場(chǎng)上常用的6016鋁合金板材自然時(shí)效7天后烤漆前以及烤漆后的性能指標(biāo)，結(jié)果如下：
上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明鋁合金板材烤漆前的屈服強(qiáng)度相比對(duì)比例有所下降，而烘烤后的屈服強(qiáng)度明顯得到提高，烘烤硬化性能得到非常明顯地提升，烘烤硬化后屈服強(qiáng)度大于200mpa，滿足汽車車身板基本性能指標(biāo)要求。
以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。