CN101880803B

CN101880803B - 汽车车身板用Al-Mg系铝合金及其制造方法

Info

Publication number: CN101880803B
Application number: CN201010241214A
Authority: CN
Inventors: 丁荣辉; 曲明洋; 黄文辉; 曾凡清; 张超
Original assignee: Zhejiang Gko Aluminum Co ltd
Current assignee: Zhejiang Mingdao Industrial Co ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: CN101880803A

Abstract

本发明提供了一种汽车车身板用Al-Mg系铝合金及其制造方法，属于合金材料技术领域。它解决了现有的5754系铝合金强度以及抗冲击性差的问题。本汽车车身板用Al-Mg系铝合金，该铝合金的成分及其质量百分比为：Cu：0.001-0.25wt％；Mn：0.05-0.35wt％；Mg：2.5-3.5wt％；Cr：0.005％-0.25wt％；Zn：0.008-0.8wt％；Ti：0.01-0.15wt％；Zr：0.001-0.2wt％；Si≤0.2wt％；Fe≤0.3wt％；余量为Al。本汽车车身板用Al-Mg系铝合金及其制造方法具有抗冲击性能好、塑性好、可行性强以及加工过程中能实现节能减排目的的优点。

Description

汽车车身板用Al-Mg系铝合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制造方法，尤其涉及一种汽车车身板用Al-Mg系铝合金及其制造方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

世界汽车工业正面临越来越严峻的三大课题：能源、环保、安全。减轻汽车自重以降低能耗，减少环境污染，提高汽车的燃料经济性，节约有限资源已成为各大汽车厂关注的焦点。铝合金作为汽车轻量化的首选材料，具有其它合金材料无法比拟的优良性能。主要体现在比强度高、耐蚀性好、抗冲击性良好，易表面着色，良好的加工成形性，以及较高的再回收、再生性等一系列优良特性。

由于轿车车身约占总车重量30％，近年来铝合金车身板倍受关注。非可热处理的5xxx系铝合金被认为是用作汽车车身板非常理想的合金，其在汽车制造过程中有良好的深拉延性能和冲型性能，易于制造内板等形状复杂的部位。

5xxx系铝合金中的5754铝合金具有中等强度、良好的耐蚀性、焊接性及易于加工成形等特点，是Al-Mg系合金中的典型合金，不同热处理状态的5754铝合金板材是汽车制造业(轿车车门、模具、密封件)、制罐工业所用的主要材料。

现有技术中5754系铝合金属于不可热处理强化合金，如果将其应用于汽车车身板其强度略显不够，抗冲击性较差，现有生产5754铝合金强度和抗凹陷性不能满足汽车车身板的要求。同时5754铝合金在深冲过程中通常产生产品表面出现一系列新台阶或锯齿状变形带，严重影响表面质量，而且烤漆后出现软化现象，使其不利于作为铝合金汽车车身板的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的5754铝合金所存在的缺陷，提供一种以5754铝合金为研究对象，强度高、拉伸性能好，烤漆后强度不会降低，满足成形性和对抗冲击性的汽车车身板用Al-Mg系铝合金。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车车身板用Al-Mg系铝合金，该铝合金的成分及其质量百分比为：

Cu：0.001-0.25wt％；Mn：0.05-0.35wt％；Mg：2.5-3.5wt％；

Cr：0.005％-0.25wt％；Zn：0.008-0.8wt％；Ti：0.01-0.15wt％；

Zr：0.001-0.2wt％；Si≤0.2wt％；Fe≤0.3wt％；

余量为Al。

现有技术中的5754铝板的化学成份及其质量百分比为：硅Si：0.40；铜Cu：0.10；镁Mg：2.6～3.6；锌Zn：0.2；锰Mn：0.50；铬Cr：0.30；铁Fe：0.40；铝Al：余量。

本发明以5754铝合金为研究对象，在基体合金基础上添加0.001-0.2wt％的Zr。在铝镁合金中，析出了弥散、细小的共格第二相质点Al₃Zr，其强化机理是在合金中产生了极其强烈的细晶强化、亚结构强化、弥散强化及共格强化等强化作用，避免形成粗大的第二相化合物，细化材料的组织，改善材料的性能。

在合金中加入一定的Zn和Cu，可以通过形成η-MgZn₂、CuMgAl₂与Al₂Cu化合物的弥散分布提高合金强度，还可以产生一定的时效强化，在5754铝合金中添加锌较好的防止了拉伸滑移带的产生，有利于冲压成形，烤漆后屈服强度不会下降，较好的满足汽车车身板抗冲击的性能。

在合金中加入其质量百分比为0.01-0.15wt％的Ti，可以提高汽车车身板用Al-Mg系铝合金的抗腐蚀性能和在铸造过程中热裂纹倾向，同事又避免降低铝合金的加工性能。

本发明还有效的控制了有害杂质Si和Fe的含量，提高了铝合金的抗腐蚀性能和塑性。

在上述的汽车车身板用Al-Mg系铝合金中，该铝合金的成分及其质量百分比为：

Cu：0.1-0.2wt％；Mn：0.1-0.2wt％；Mg：2.8-3.4wt％；

Cr：0.01％-0.2wt％；Zn：0.2-0.5wt％；Ti：0.05-0.1wt％；

Zr：0.005-0.15wt％；Si≤0.1wt％；Fe≤0.2wt％；

余量为Al。

本发明的另一个目的在于提供上述汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法，该方法包括以下步骤：

A、浇注成型：先将铝锭加入坩埚电阻炉中，待铝锭熔化且熔体温度为750-800℃时，加入AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4中间合金并搅拌；待熔体温度至700-750℃，加入Mg和Zn，打渣、精炼；待温度在700-730℃，加入Al-5Ti-B中间合金，搅拌并静置10-30分钟，在铸铁模中浇注成型；

B、均匀化处理：将上述浇注成型的铝合金铸锭均匀化处理，轧制成薄板；

C、退火：将上述制得的薄板进行退火处理，退火处理的温度为320-420℃，处理的时间为0.5-3h，退火处理后制得成品。

在上述汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法中，作为优选，步骤A中在铸铁模中浇注成型的温度为700-730℃。本发明以5754铝合金为研究对象，5754铝合金中Mg含量较高，质量分数为2.8-3.4％，熔体表面的MgO膜不致密(MgO/Mg为0.78，＜1)，氧化膜容易破裂或呈疏松多孔状，气体可通过氧化膜的裂缝或空缝进入熔体，吸气率随时间增长呈直线增加。吸气率还与熔体温度有关，熔体温度越高，吸气性越强，铝中吸收的气体主要是氢。氢是熔融铝和水反应生成的，在一定的大气压下，温度越高，氢在铝中的溶解度就越大。在固态时，氢几乎不溶于铝。而从固态到液态时，氢在铝中的溶解度出现一个突变，这种溶解度急剧变化的特点，决定了铝在凝固时，使氢原子从金属中析出成为分子氢，最后以疏松、气孔的形式存在于铸锭中，造成疏松、气孔等缺陷，同时，浇铸温度过高，5系铝合金中Mg烧损严重，最终影响成品的强度与延伸率。浇铸温度过低，高熔点的第二相凝固沉淀，造成铸锭成分组织部均匀。待温度在700-730℃浇铸时，吸气少，Mg烧损不大，中间合金元素均匀扩散。

在上述汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法中，作为优选，步骤A中加入Mg和Zn时熔体温度为710-740℃。Zn和Mg熔点都很低，并且均容易被氧化，熔炼时烧损严重，710-740℃加入Zn和Mg可以减少Zn和Mg的烧损量，从而保证成品的力学性能和成形性能。

在上述汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法中，步骤B中均匀化处理的温度为450-480℃，处理时间为10-24小时。均匀化退火的目的是为后续加工做组织准备。均匀化退火中的主要组织变化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化。在均匀化退火过程中，不溶的过剩相也会发生聚集、球化。均匀化退火保温后慢冷时，高温下溶入固溶体的溶质，将按溶解度随温度降低而减小的规律，在晶粒内部较均匀地沉淀析出。温度升高将使扩散过程大大加速，为加速均匀化过程，应尽可能提高均匀化退火温度。通常采用的均匀化退火温度为0.9-0.95Tm。Tm表示铸锭实际开始熔化温度，它低于平衡相图上的固相线。但5系合金均匀化温度过高Mg烧损氧化严重，粗晶，造成成品强度不够。所以，铝-镁合金均匀化温度一般选为440-495℃，Mg含量较高时，温度控制在下限。同时，应确保均匀化退火炉炉膛温度均匀，最好是偏差不要超过±10℃。铝-镁合金铸锭均匀化保温时间一般控制在13-36h，Mg含量高时控制在上限，否则偏析难以消除，导致成品延伸率较低。本发明以5754铝合金为研究对象，Mg含量中高，450-480℃，处理时间为10-24小时较为合理。

在汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法中，作为优选，步骤C中退火处理的温度为350-400℃，处理的时间为1-2h，退火处理后空冷。进一步的优选，步骤C中退火处理的温度为350℃，处理的时间为2h。本发明以5754铝合金为研究对象，5754充分再结晶温度范围为320-400℃，加热温度过高、保温时间过长会导致晶粒长大，造成粗晶，从而影响成品的力学性能和成形性能，所以退火处理的温度为350-400℃，处理的时间为1-2h较为合理。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的汽车车身板用Al-Mg系铝合金在5754铝合金基础上通过对成分的适当配比，添加少量的Zr、Ti、Zn和Cu后的合金薄板冲压前的屈服强度较低，有利于冲压成形，而烤漆后强度没有降低，而且有所升高，该铝合金用作车身板具有良好的抗冲击性能。

2、本发明的Al-Mg系铝合金用作汽车车身板能有效防止烤漆后的强度降低，同时具有良好的塑性，更好的促进汽车行业广泛采用铝合金板材来替代钢板生产汽车车身冲压件，满足实现节能减排的目的，带来了极为良好的经济效益，应用前景十分看好。

3、本发明汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法工艺流程简单，可行性强，能实现大规模工业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。

本发明以5754铝合金为研究对象，材料的成分及其质量百分比为：Cu：0.001-0.25wt％；Mn：0.05-0.35wt％；Mg：2.5-3.5wt％；Cr：0.005％-0.25wt％；Zn：0.008-0.8wt％；Ti：0.01-0.15wt％；Zr：0.001-0.2wt％；Si≤0.2wt％；Fe≤0.3wt％；余量为Al。

优选为：Cu：0.1-0.2wt％；Mn：0.1-0.2wt％；Mg：2.8-3.4wt％；Cr：0.01％-0.2wt％；Zn：0.2-0.5wt％；Ti：0.05-0.1wt％；Zr：0.005-0.15wt％；Si≤0.1wt％；Fe≤0.2wt％；余量为Al。

具体制造时，合金原料采用电解纯铝，99.99％Mg、99.99％Zn和AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4、Al-5Ti-B中间合金。

表1：实施例1-4铝合金成分的质量百分数(wt％)

实施例1

按照表1中实施例1质量百分比进行配料，制成铝锭，中间合金AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4、Al-5Ti-B。

先将铝锭加入坩埚电阻炉中，待铝锭熔化且熔体温度为750℃时，加入AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4中间合金并搅拌；待熔体温度至650℃，加入Mg和Zn，打渣、精炼；待温度在700℃，加入Al-5Ti-B中间合金，搅拌并静置30分钟，在温度为700℃的铸铁模中浇注成型。

将上述浇注成型的铝合金铸锭均匀化处理，均匀化处理的温度为450℃，处理时间为24小时，在温度为450℃条件下热轧，中间退火，中间退火的温度为400℃，中间退火的时间为40min，中间退火后采用水淬快速冷却。冷轧2次轧成薄板。

将上述制得的薄板进行退火处理，退火处理的温度为320℃，处理的时间为3h，退火处理后出炉空冷制得汽车车身板用Al-Mg系铝合金成品。

实施例2

按照表1中实施例2质量百分比进行配料，制成铝锭，中间合金AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4、Al-5Ti-B。

先将铝锭加入坩埚电阻炉中，待铝锭熔化且熔体温度为780℃时，加入AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlBe3、AlZr4中间合金并搅拌；待熔体温度至700℃，加入Mg和Zn，打渣、精炼；待温度在710℃，加入Al-5Ti-B中间合金，搅拌并静置20分钟，在温度为710℃的铸铁模中浇注成型。

将上述浇注成型的铝合金铸锭均匀化处理，均匀化处理的温度为460℃，处理时间为20小时，在温度为460℃条件下热轧，中间退火，中间退火的温度为420℃，中间退火的时间为30min，中间退火后采用强风快速冷却。冷轧2次轧成薄板。

将上述制得的薄板进行退火处理，退火处理的温度为350℃，处理的时间为2h，退火处理后出炉空冷制得汽车车身板用Al-Mg系铝合金成品。

实施例3

按照表1中实施例3质量百分比进行配料，制成铝锭，中间合金AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4、Al-5Ti-B。

先将铝锭加入坩埚电阻炉中，待铝锭熔化且熔体温度为780℃时，加入AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4中间合金并搅拌；待熔体温度至720℃，加入Mg和Zn，打渣、精炼；待温度在720℃，加入Al-5Ti-B中间合金，搅拌并静置20分钟，在温度为720℃的铸铁模中浇注成型。

将上述浇注成型的铝合金铸锭均匀化处理，均匀化处理的温度为470℃，处理时间为15小时，在温度为470℃条件下热轧，中间退火，中间退火的温度为400℃，中间退火的时间为30min，中间退火后采用水淬快速冷却。冷轧2次轧成薄板。

将上述制得的薄板进行退火处理，退火处理的温度为380℃，处理的时间为1h，退火处理后出炉空冷制得汽车车身板用Al-Mg系铝合金成品。

实施例4

按照表1中实施例4质量百分比配料，制成铝锭，中间合金AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4、Al-5Ti-B。

先将铝锭加入坩埚电阻炉中，待铝锭熔化且熔体温度为800℃时，加入AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4中间合金并搅拌；待熔体温度至730℃，加入Mg和Zn，打渣、精炼；待温度在720℃，加入Al-5Ti-B中间合金，搅拌并静置20分钟，在温度为730℃的铸铁模中浇注成型。

将上述浇注成型的铝合金铸锭均匀化处理，均匀化处理的温度为480，处理时间为10小时，在温度为480条件下热轧，中间退火，中间退火的温度为420℃，中间退火的时间为20min，中间退火后采用水淬快速冷却。冷轧2次轧成薄板。

将上述制得的薄板进行退火处理，退火处理的温度为420℃，处理的时间为0.5h，退火处理后出炉空冷制得汽车车身板用Al-Mg系铝合金成品。

随机抽取上述实施例1-4制得铝合金成品在室温下停放3天后进行拉伸试验。模拟170℃×30min烤漆处理是在电阻炉中进行。

随机抽取实施例1-4制得含一定量的Ti和Zr的铝合金薄板固溶后室温放置3天以及烤漆后的性能指标同未添加上述成分的5754铝合金薄板烤漆前后性能进行比较，详细见表2。

表2

由表2可见，本发明的汽车车身板用Al-Mg系铝合金在5754铝合金基础上通过对成分的适当配比，添加少量的Zr、Ti、Zn和Cu后的合金薄板冲压前的屈服强度较低，有利于冲压成形，而烤漆后强度没有降低，而且有所升高，该铝合金用作车身板具有良好的抗冲击性能。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法，所述的铝合金的成分及其质量百分比为：

Cu：0.1-0.2wt％；Mn：0.1-0.2wt％；Mg：2.8-3.4wt％；

Cr：0.01％-0.2wt％；Zn：0.2-0.5wt％；Ti：0.05-0.1wt％；

Zr：0.005-0.15wt％；Si≤0.1wt％；Fe≤0.2wt％；

余量为Al：

其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、浇注成型：先将铝锭加入坩埚电阻炉中，待铝锭熔化且熔体温度为750-800℃时，加入AlCu50、AlMn10、AlCr4、AlZr4中间合金并搅拌；待熔体温度至600-750℃，加入Mg和Zn，打渣、精炼；待温度在700-730℃，加入Al-5Ti-B中间合金，搅拌并静置10-30分钟，在铸铁模中浇注成型；所述的浇注成型的温度为700-730℃；

B、均匀化处理：将上述浇注成型的铝合金铸锭在温度为450-480℃的条件下均匀化处理10-24小时，轧制成薄板；

C、退火：将上述制得的薄板进行退火处理，退火处理的温度为350-400℃，处理的时间为1-2h，退火处理后制得成品。

2.根据权利要求1所述的汽车车身板用Al-Mg系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤A中加入Mg和Zn时熔体温度为710-740℃。