CN101885000A - 提高6111铝合金汽车板冲压成形性的加工处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高6111铝合金汽车板冲压成形性的加工处理方法，包括以下步骤：1、将半连续铸造生产的6111合金铸锭经220℃～480℃热处理1h～15h后，再随炉升温至550℃保温24h进行常规均匀化处理；2、铸锭切头铣面后重新加热至440℃～450℃进行热轧，热轧采用纵横交替的方式，总轧制变形量超过85％，终轧温度＞300℃，热轧板最终厚度为6mm；3、热轧后的板材经420℃～430℃保温1h～2h中间退火处理后，再冷轧至0.8mm～1.0mm，冷变形量超过75％；4、冷轧板材经550℃保温7min固溶水淬后，室温停放1min～48h；5、在烘干箱中进行预时效处理，温度为150℃～220℃，时间为4min～15min；6、室温停放2周以上，即为T4P态。经本发明方法处理后其冲压成形性及烤漆后的强度都能得到比较明显的改善，有利于提高冲压成品率，降低冲压成本。

Description

提高6111铝合金汽车板冲压成形性的加工处理方法
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，特别涉及一种提高6111铝合金汽车板成形性的加工处理方法。
背景技术
节能减排迫使汽车必须不断减轻自重。可热处理强化的6xxx系铝合金板材由于具有高的比强度、良好的成形性及烘烤硬化能力、抗蚀易回收等特点而成为理想的轻质汽车车身板材料。欧美、日本等发达国家先后在国际上注册了6016、6111、6181及6022等车身板铝合金牌号，其中，6111合金板材由于具有最高的强度而备受欧美国家的青睐，以取得更显著的减重效果，欧美等国针对该系合金申报了一些制备加工及冲压生产工艺方法的专利。我国及日本均倾向于关注强度较低成形性相对较好的6016和6022铝合金车身板的研究，并申报了一系列相关专利。然而，目前公开的有关汽车车身用6xxx系铝合金板材热处理方面的研究主要集中最终热处理方面，即固溶水淬后的预时效或预应变处理工艺方面的研究，其关键技术在于通过调控析出相(precipitate)粒子组态以改善合金板材的冲压成形性能或/和烤漆硬化性。然而，采用固溶水淬后预先时效或预应变处理以调控板材基体中析出相粒子组态的方法，对改善6xxx系铝合金车身板的烤漆硬化性效果非常明显，但对其板材冲压成形性的改善程度非常有限。因为，6xxx系铝合金板材基体中除了Mg2Si和Al1.9CuMg4.1Si3.3序列的析出相粒子外，还存在大量Mg2Si、Al8(FeMn)2Si、Al8Si6Mg3Fe、Al5(FeMn)Si和Si等结晶相(constituent)粒子，以及Al6Mn、Al3Ti、Al5Cr等弥散相(dispersoid)粒子，它们与板材再结晶行为及运动位错等交互作用将严重影响该系合金的塑性流变行为(图1所示为在T4态6111铝合金板材中观察到的弥散相粒子与晶界及位错交互作用的透射电镜组织照片)，进而影响其板材的冲压成形性。因而，必须采用合适的工艺制度综合调控6xxx系铝合金中结晶相、弥散相和析出相三类合金相粒子的组态才能达到显著改善其板材冲压成形性的目的。
发明内容
针对现有T4及T4P态6111铝合金汽车板冲压成形性尚不能满足冲压生产要求的问题，本发明提供一种能显著改善其成形性且适用于工业化生产的加工处理工艺。
本发明以国外已经应用于生产汽车覆盖件的6xxx系铝合金中强度最高的6111合金薄板为对象，6111合金的成分为：
0.6～1.1Si-0.5～1.0Mg-0.5～0.9Cu-0.1～0.45Mn-0.4Fe-0.1Cr-0.15Zn-0.1Ti，余量为Al。
在系统研究了半连续铸造生产的6111合金铸锭在常规均匀化处理前的预先形核温度及形核时间，对半连续铸造生产的6111合金铸锭中，主要含Al和Mn和/或Cr和/或Ti等合金元素的弥散相粒子及主要含Al、Mg、Si和Cu的析出相粒子的析出动力学、形核长大过程和分布规律，以及对非平衡结晶相回溶入基体等行为的影响，并进一步研究了后续常规均匀化处理过程中弥散相、析出相和结晶相粒子的析出、长大或回溶，以及弥散相粒子组态对冷轧合金板材固溶处理过程中的再结晶形核及晶界迁移等影响规律的基础上，优化出能有效改善6111合金板材冲压成形性的热处理制度为：半连续铸造生产的6111合金铸锭经220℃～480℃×1h～15h热处理后，再随炉升温至550℃保温24h进行常规均匀化处理。铸锭切头铣面后重新加热至440℃～450℃后进行热轧，热轧采用纵横交替的方式，总轧制变形量超过85％，终轧温度不低于300℃，热轧板最终厚度为6mm左右。热轧后的板材经420℃～430℃×1h～2h中间退火处理后再冷轧至0.8mm～1.0mm，冷变形量超过75％。冷轧板材经550℃×7min固溶水淬后，室温停放1min～48h，随后在烘干箱中进行150℃～220℃×4min～15min的预时效处理，并再在室温停放2周以上，即为T4P态。由于本发明方法只需将铸锭在常规均匀化处理之前的随炉升温过程中的一定温度下保温一定时间(220℃～480℃×1h～15h)，然后继续升温至常规均匀化温度进行长时间保温处理即可，发明工艺在现有的铝合金生产线上实施控制简单方便。
本发明方法所采用的温度较低，时间较短，不必大量增加设备及工艺投资。更重要的是6111合金板材经本发明方法处理后其冲压成形性及烤漆后的强度都能得到比较明显的改善，这有利于汽车生产厂提高冲压成品率，降低冲压成本，从根本上解决了6111铝合金板材在汽车车身上应用的瓶颈问题，由此而带来的社会经济效益是非常可观的。
附图说明
图1为6111合金板材的TEM像。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明工艺作进一步的补充与说明。各实施例采用的6111铝合金成分为：0.91Si-0.72Mg-0.55Cu-0.36Mn-0.09Fe-0.12Zn-0.1Cr-0.1Ti，余量为Al。
实施例1
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至370℃保温3h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行420℃×2h的退火处理，最后冷轧成0.8mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后1min内装入烘干箱中进行170℃×5min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例2
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至220℃保温10h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至445℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成1.0mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放48h，然后装入烘干箱中进行200℃×6min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例3
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至300℃保温15h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行420℃×1.5h的退火处理，最后冷轧成0.8mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放12h，然后装入烘干箱中进行165℃×15min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例4
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至480℃保温5h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至445℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.9mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后20min内装入烘干箱中进行160℃×6min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例5
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至425℃保温8h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.9mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放4h，随后装入烘干箱中进行220℃×5min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例6
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至250℃保温4h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至450℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×2h的退火处理，最后冷轧成0.8mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放8h，随后装入烘干箱中进行180℃×12min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例7
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至475℃保温1h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行425℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.9mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放24h，随后装入烘干箱中进行190℃×15min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例8
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至400℃保温6h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至450℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行420℃×1h的退火处理，最后冷轧成1.0mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后1min内装入烘干箱中进行150℃×8min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例9
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至350℃保温1h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至445℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成1.0mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放12h，随后装入烘干箱中进行190℃×12min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例10
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至280℃保温12h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行420℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.8mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放2h，随后装入烘干箱中进行165℃×10min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
实施例11
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至370℃保温7h，然后升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.9mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放8h，随后装入烘干箱中进行210℃×7min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
比较例1
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.9mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬后室温停放2周以上进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
比较例2
半连续铸造生产的6111合金扁铸锭于室温下装入循环风炉中，随炉升温至550℃保温24h，出炉空冷，切头铣面后重新加热至440℃开轧，先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制成厚约6mm的板材。将热轧板切定尺后直接进行430℃×1h的退火处理，最后冷轧成0.9mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行550℃×7min固溶处理水淬固溶处理水淬后30min内装入烘干箱中进行175℃×5min的预时效处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突实验，板材经2％预变形后再在烘干箱中进行170℃×30min模拟烤漆加热处理，随后测定其强度。
以实施例1～11所处理的6111薄板供货状态性能指标和烤漆处理后的性能指标同比较例1和比较例2的6111合金薄板性能作比较见表1：
表1 6111薄板供货状态性能指标和烤漆处理后的性能指标
Figure BSA00000142070900061
由表1可见，经发明工艺处理后的6111合金薄板供货状态下的成形性能明显改善，而且烤漆后的强度也有所提高，这很好地体现了本发明的价值。

Claims (1)

1.一种提高6111铝合金汽车板冲压成形性的加工处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将半连续铸造生产的6111合金铸锭经220℃～480℃热处理1h～15h后，再随炉升温至550℃保温24h进行常规均匀化处理；
(2)铸锭切头铣面后重新加热至440℃～450℃进行热轧，热轧采用纵横交替的方式，总轧制变形量超过85％，终轧温度＞300℃，热轧板最终厚度为6mm；
(3)热轧后的板材经420℃～430℃保温1h～2h中间退火处理后，再冷轧至0.8mm～1.0mm，冷变形量超过75％；
(4)冷轧板材经550℃保温7min固溶水淬后，室温停放1min～48h；
(5)在烘干箱中进行预时效处理，温度为150℃～220℃，时间为4min～15min；
(6)室温停放2周以上，即为T4P态。
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