CN100453671C - 一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车用Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺,该合金中的Mg:0.4~2wt%,Si:0.5~1.5wt%,Cu:0.01~0.5wt%,Fe:0.05~0.15wt%,Mn:0.01~0.1wt%,Cr:0~0.15wt%,Zn:0~0.30wt%;其加工工艺:将熔铸得到的铸锭在450~600℃下均匀化退火10~20小时,然后在400~550℃下保温1~2小时后进行热轧;热轧结束后,板材在280~560℃保温退火1~2小时,接着进行冷轧;冷轧结束后,在530~580℃之间保温1~2小时进行固溶处理。该铝合金具有优良的屈服、抗拉强度、延伸率等特性,是良好的汽车用材料。

Description

一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺 技术领域
本发明涉及一种铝合金,尤其涉及一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金及其 加工工艺,属于有色金属技术领域。
背景技术
当今社会发展中,能源、环保、安全成为世界汽车工业面临的三大课 题。减轻汽车自重可以降低能耗、减少环境污染、提高汽车燃油的经济性、 节约有限资源等,是各大汽车制造商关注的焦点。
目前国外开发出了多种牌号的汽车用铝合金,比如61U、 6016等,并 且这些合金在Ford、 Audi等多种车型中得到了应用。对于汽车用6xxx系 铝合金来说, 一般需要在T4状态(固溶后,自然时效一个月)下冲压成 形,因此需要材料有较低的屈服强度(小于140MPa)和较好的塑性(延 伸率大于24°/。),以利于成形。而在烤漆后,应具有较高的强度。国内虽 对汽车用6xxx (Al-Mg-Si-Cu)系铝合金有研究,但还尚未有兼顾强度和 塑性的汽车用6xxx铝合金及其加工工艺。
因此,兼有成型性佳、耐腐蚀及可焊接、可热处理强化的Al-Mg-Si-(Cu)系合金将是最有前景的汽车材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺,旨 在有效解决目前国内铝合金的强度和塑性不满足汽车生产之要求。本发明 铝合金的抗拉强度、屈服强度、塑性等特性均能较好地满足汽车工业领域 对铝合金材料性能的诸多要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金,其特征在于:其成分的质量百分含量 如下_
Mg 0.4〜2wt%,
Si 0.5〜1.5 wt%,
Cu 0.01〜0.5 wt%,
Fe 0.05〜0.15 wt%,
Mn O.O卜O.l wt%,
Cr 0〜0.15 wt%,
Zn 0〜0.30 wt%,
该Al-Mg-Si-Cu合金其余组分为Al。
进一步地,上述的一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金,其中合金的Si含量 与Mg含量之比为1.6〜2.2: 1。
更进一步地,上述的一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金,所述铝合金T4 状态的屈服强度在140MPa以下,延伸率在27。/^以上;烤漆后,屈服强度 在160MPa以上,抗拉强度在280MPa以上。
再进一步地,上述的一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金的加工工艺,将熔 炼铸造得到的铸锭在450〜60(TC下均匀化退火10〜20小时,然后在400〜 55(TC下保温1〜2小时后进行热轧;热轧结束后,板材在280〜560。C之间 保温退火1〜2小时,接着进行冷轧;冷轧结束后,在530〜58(TC之间保 温1〜2小时进行固溶处理。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
① 本发明技术方案合理控制合金中Mg、 Si、 Cu含量及Si/Mg比,并 通过控制加工过程的工艺参数,使合金兼顾塑性和强度;
② 本发明Al-Mg-Si-Cu合金,在T4状态具有较低的屈服强度,较高 的塑性,以利于成形,而烤漆后具有较高的强度,较好的满足了汽车用铝 合金的需求。具体实施方式
一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金,该合金中的Mg: 0.4〜2wt% , Si: 0.5〜 1.5 wt%, Cu: 0.01〜0,5 wt%, Fe: 0.05〜0.15 wt%, Mn: 0.01〜0.1 wt %, Cr: 0〜0.15wt%, Zn: 0〜0.30 wt% 。其中合金的Si含量与Mg含 量之比优选1.6〜2.2: 1, Si与Mg理想比值为2。铝合金T4状态的屈服 强度在140MPa以下,延伸率在27%以上;烤漆后,屈服强度在160MPa 以上,抗拉强度在280MPa以上。
6xxx系合金以T4 (固溶淬火+自然时效)状态存在,具有较低的屈 服强度,从而具有良好的成型性能,产品在最后的烤漆过程(nO〜18(TC X30分钟)中通过时效强化获得强度和抗凹陷性的良好组合。6xxx铝合 金的成分决定了材料的成型性能和烤漆性能。Si和Mg是6xxx系合金中的 主要元素,提高Mg含量可以提高合金强度,但会使合金塑性显著下降。 在Mg含量一定的情况下,增大Si含量能提高合金的烤漆硬化性,但Si、 Mg含量较高会对材料的成型性能带来不利的影响;在满足足够强度的条 件下,用Mg和Si来维持或提高成形性存在一定困难。通过添加Cu元素, Cu能促进烤漆过程中强化相的形成,提高烤漆硬化性能;但添加Cu过多, 对合金的抗腐蚀性能不利。Fe形成含Fe相颗粒有利于细化再结晶晶粒, 降低或减轻橘皮状表皮铍褶现象的敏感性,因此对于控制颗粒(粒状)结 构是理想的,但是过多的Fe会降低合金縮颈和断裂阻力;当Fe含量<0.05 wt^时会出现再结晶晶粒粗大,而Fe含量〉3.0wt^又会降低成形性。Mn 也是细化再结晶晶粒的元素,若不添加Mn元素会造成热处理后晶粒粗大 且在随后材料成形过程中出现橘皮效应;因此添加Mn元素以稳定组织, 而当Mn含量超过0.1wtX时,合金平面应力状态下成型性能降低。6xxx 铝合金中的微量元素Ti、 Cr等元素对6xxx系合金的成型性能也有一定的 影响。
汽车用Al-Mg-Si-Cu合金的熔炼工艺为:首先将纯铝在730〜75(TC熔
化,保温,在温度730〜74(TC加入铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝铜中 间合金、铝锰中间合金、纯锌,使其全部熔化,并搅拌至熔体均匀,然后 保温至72(TC加入纯镁,保温至74(TC进行精炼、打渣,并加入Al-Ti-B细 化剂,然后浇注。
需说明的是,本发明Al-Mg-Si-Cu合金的加工工艺为:将熔炼铸造得 到的铸锭在450〜60(TC下均匀化退火10〜20小时,然后在400〜55(TC下 保温1〜2小时后进行热轧;热轧结束后,板材在280〜56(TC之间保温退 火1〜2小时,接着进行冷轧;冷轧结束后,在530〜580。C之间保温1〜2 小时进行固溶处理。
热处理和加工工艺对材料的强度和塑性产生影响,经过半连续铸造出 的铸锭经过均匀化退火提高成分的均匀性及去除粗大共晶相,以利于后续 变形加工。均匀化退火温度低于45(TC时,不能完全均质化,而温度超过 60(TC时,可能会产生过热现象。同时,必须保证足够的均匀化时间,以 保证铸锭完全均质化。控制变形加工过程中热轧、冷轧加热温度、及中间 退火温度以保证材料获得期望的组织与性能。进行热轧时,优先选择热轧 温度在材料中使结晶物和Mg、 Si固溶、形成均质的组织时进行。在均匀 的组织开始轧制,可确保最终制品的品质稳定性,热轧温度优选在高于或 等于40(TC进行。另一方面,热轧温度不能过高,如果超过580°C,则发 生过热现象,因此不要超过58(TC。热轧的条件没有限制,遵照热粗轧和 其后的热精轧等常规方法进行。冷轧前需要对热轧板材进行退火处理,一 方面可消除应力,另一方面使Mg、 Si元素固溶到组织中,以减少热轧后 分布在组织中的粗大Mg2Si相,提高性能和组织的均匀性。冷轧前的退火 温度优选在280〜56(TC之间,保持1〜2小时,若退火温度过高,则引起 组织的长大且浪费能源,而温度过低则达不到均质化的效果。冷轧后的板 材在530〜58(TC下进行固溶处理,在此温度区间固溶处理,能保证合金元 素充分溶入基体且不发生过热现象。经过以上的变形加工,材料在T4状 态下具有较好的塑性,保证其随后的烤漆过程中具有较高的强度。
本发明将Si、 Mg、 Cu、 Fe及Ti、 Mn、 Cr等微量元素按一定的配比 组合在一起后,在一定加工工艺下获得兼顾强度及塑性的汽车用 Al-Mg-Si-Cu合金。本发明的实际应用及其优点将由下面的例子来体现。
实施例:
如表i所示组成(wt%)的铝合金w i〜m。合金通过熔炼铸造获得
铸锭,将铸锭在540〜56(TC进行均匀化退火,退火12小时,然后在42(TC 保温1小时后进行热轧至6〜8mm,冷却到室温,再进行42(TC的中间退 火,时间1〜2小时,然后冷轧至lmm。冷轧板材在545〜56(TC固溶处理 1小时,并迅速淬火至室温。然后板材在室温下自然时效一个月(T4处理), 接着进行烤漆(175i:X30分钟)处理。表2和表3是板材T4和烤漆处理 后的性能。
表l合金成分<table>table see original document page 7</column></row> <table>
表3板材烤漆性能
<table>table see original document page 8</column></row> <table>显然,此铝合金具有良好的抗拉强度、屈服强度、塑性,有利于生产 制造,是制造汽车部件生产中的优良材料。
以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明,给出的例子 仅是应用范例,不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。

Claims (3)

1.一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金,其特征在于:其成分的质量百分含量如下—— Mg 0.4~2wt%, Si 0.5~1.5wt%, Cu 0.01~0.5wt%, Fe 0.05~0.15wt%, Mn 0.01~0.1wt%, Cr 0~0.15wt%, Zn 0~0.30wt%, Al 余量; 合金的Si含量与Mg含量之比为1.6~2.2∶1。
2. 根据权利要求1所述的一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金,其特征在于: 所述合金T4状态的屈服强度在140 MPa以下,延伸率在27%以上;烤漆 后,屈服强度在160MPa以上,抗拉强度在280MPa以上。
3. 权利要求1所述的一种汽车用A1-Mg-Si-Cu合金的加工工艺,其特 征在于:将熔炼铸造得到的铸锭在450〜60(TC下均匀化退火10〜20小时, 然后在400〜55(TC下保温1〜2小时后进行热轧;热轧结束后,板材在280〜 56(TC之间保温退火1〜2小时,接着进行冷轧;冷轧结束后,在530〜58(TC 之间保温1〜2小时进行固溶处理。
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