CN103189534B - 由铝合金产品制成的成型汽车部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于成型为汽车车身板件的铝合金轧制板产品，所述产品经烤漆过程后的屈服强度超过160MPa，规格为0.5mm至4mm、优选0.7mm至3.5mm，并以wt%计具有下列组成：Zn1.5至4.0、Mg0.3至1.5、Cu0至1.0、Ti0至0.15、Fe0至0.35、Si0至0.5、其他元素和不可避免的杂质；余量为铝。本发明进一步涉及由这种铝板形成的汽车车身部件、制造汽车车身部件的方法、以及铝合金板产品在该制造方法中的用途。

Description

由铝合金产品制成的成型汽车部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及适于成型为汽车车身部件(例如门板、发动机罩或后备箱盖板)的铝合金板产品。本发明进一步涉及汽车车身部件、制造汽车车身部件的方法、以及铝合金板产品在该制造方法中的用途。
背景技术
在下文中将会明了的是，除非另有说明，铝合金牌号和状态代号(temperdesignations)是指在2010年由美国铝业协会(AluminumAssociation)出版的AluminumStandardsandDataandtheRegistrationRecords中的AluminumAssociationdesignations。
对于合金组成或优选的合金组成的任何描述而言，除非另有说明，所有提及百分比之处都是指重量百分比。
可热处理的AA6000型系列AlMgSi合金正广泛用于汽车车身部件，其中除了铝板良好的可成型性，经烤漆过程后的强度也起着重要作用。对于用于汽车车身部件的铝板，其需求包括良好的可成型性、低且稳定的屈服点、高的表面质量(包括在将板成形或变形嵌入车体板件后不显出拉伸应变)。传统上来说，这种铝板通过下列步骤制造：铸锭、均化和/或预热、热轧、冷轧至最终厚度，继以固溶热处理、并以高冷却速率从固溶热处理温度淬火以冷却至低于150℃。在冷却之后，随后对所述铝板特别是通过自然时效进行时效处理，以获得所期望的性能水平。为了用于汽车工业，在通过例如压制或深拉成形之后，为铝板设置一个或多个涂层。通过将这种涂层在升温下保持一定时间而使其迅速固化。这一处理在本领域被称为术语“烤漆”，执行这一处理在本领域被称为术语“烤漆过程”(paint-bakecycle)。通常的烤漆过程包含一个或多个连续的短暂热处理，所述热处理在直至200℃的范围内进行10分钟至短于40分钟、通常短于30分钟的时间。根据OEM，这一烤漆过程可由2至5个连续步骤组成，并包括干燥步骤。
对AA6000系列铝板进行的人工时效和喷涂层的固化通常大部分同时发生。由于需要节约能源，在汽车制造中的倾向为降低烤漆的时间和温度，例如降至在约160℃至190℃下进行15至30分钟。已经提出数种初步时效处理、或称预时效处理，以改善板在烤漆后的性能。这一预时效处理在由固溶热处理淬火后、且在任何实质上的时效硬化发生之前进行，并且所述预时效处理在成型操作(例如模压(stamping)、深拉(deepdrawing))之前进行，以增强所谓的烤漆响应，后者在汽车烤漆过程期间显著强化所述合金板。预时效处理的应用增强了沉淀动力学，并降低了沉淀物尺寸。这种预时效处理的实例在下列专利文献中公开：WO95/14113、WO96/07768、WO97/022724，以及USA3,135,633。
然而，在汽车制造(OEM’s)中存在进一步降低烤漆过程中所用温度的持续趋势，这导致目前使用的6000系列合金在烤漆过程后不能达到所要求的强度水平，甚至在应用已知的预时效处理后也不行。因此，为了在烤漆过程后在铝合金产品中达到期望的强度水平，制造汽车车身部件的方法需要进一步改变。
发明内容
本发明的目的是提供适于汽车车身部件的可成型铝合金板产品，该产品经烤漆过程后能达到至少160MPa的屈服强度。
本发明的另一目的是提供适于汽车车身部件的可成型铝合金板产品，该产品在最高温度低于140℃的烤漆过程后能达到至少160MPa的屈服强度。
本发明的另一目的是提供制造成型汽车车身部件的方法，该部件经烤漆过程后的屈服强度为至少160MPa。
本发明满足或超出了这些目的和其他目的以及进一步的优点，本发明提供以下产品：铝合金轧制板产品，屈服强度高于160MPa，规格为0.5mm至4mm、优选0.7mm至3.5mm，并且以wt％计具有如下组成：
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05％，总量至多为0.2％，并可选地具有(至多约0.05％的Ca、至多约0.05％的Sr、至多约0.004％的Be)；余量为铝。
根据本发明，已经发现在这一组成范围内的板产品具有优异的压制成型性，且在进行烤漆过程、尤其是施加用于固化任何喷涂层的温度不超过140℃或甚至不超过约130℃的烤漆过程后，屈服强度为至少160MPa、优选至少200MPa。
所述铝板可成型(例如在环境温度或高温下通过模压、深拉、挤压、挤压成型、以及辊轧成型)为汽车车身部件、尤其是闭合板(closure)，如车门内板、车门外板、侧板、发动机内罩、发动机外罩以及后备箱盖板。
在成型为车身板件(bodypanel)时，铝板的屈服强度优选不超过约280MPa，更优选不超过250MPa。根据由铝板产品制成的成型汽车板件的复杂度，屈服强度可非常低、例如在约80MPa至120MPa的范围内，或其应处于更高水平、例如至少160MPa。
铝板合金可进一步包含一种或多种选自下列元素所组成的组中的元素：Zr0.04至0.25、Cr0.04至0.25、Mn0.10至0.50；有意加入上述合金元素用于对板产品的微观结构进行晶粒结构控制。
在实施方式中，铝合金板的Zr含量为0.04％至0.25％、优选约0.07％至0.2％，并可任选地包含选自于由0.10％至0.50％的锰与0.04％至0.25％的Cr所组成的组中的一种或两种元素。
在另一个实施方式中，有意加入Zr，且Mn和Cr各自处于至多0.05％的水平；优选各自处于杂质水平，即Mn含量和Cr含量处于＜0.05％的正常杂质水平、优选＜0.02％；更优选所述合金实质上不含有或基本不含有Cr和Mn。对于“基本不含有”或“实质上不含有”，是指组成中不特意添加这些元素，但由于杂质和/或接触制造设备造成的浸析(leaching)，仍有痕量的这些元素会进入最终合金产品。所述合金产品还优选实质上不含钪、钴和铪。
在一个实施方式中，铝合金板以wt％计包含：
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05％，总量至多为0.20％；余量为铝。
铝合金板中的Zn含量优选不超过约3.8％，优选不超过约3.5％，更优选不超过约3.2％，从而提供期望的强度和可成型性水平。在烤漆过程之后，由于自然时效效应，合金产品的强度可有一定提升。
铝合金板中的Mg含量优选至少约0.4％，更优选至少约0.45％，从而为板产品提供足够的强度和可成型性。
Mg含量为低于1.5％，且优选不超过1.0％，更优选不超过0.9％。过高的Mg含量对合金产品的延伸率(elongation)具有副作用，从而限制将所述板产品成型为汽车车身部件的能力。
铝板产品中的Cu含量可至多约1.0％，从而为产品提供额外的强度。在腐蚀性能为重要工程参数的合金产品应用中，优选保持低的Cu水平，优选低于约0.2％，更优选低于0.10％，最优选低于0.04％。
7xxx系列铝合金以其在航空航天应用中的用途而公知，所述航空航天应用中严格控制Fe和Si含量的上限，以保持高水平的损伤容限(damagetolerance)性能、如韧性。然而，已经发现根据本发明，Fe和Si水平的重要程度降低，其上限可分别提升至0.35％和0.5％。
为了细化晶粒的目的，可在铸造合金坯料(例如锭块或坯段(ingotsorbillets))期间向合金产品中添加Ti。Ti的添加不应超过约0.15％，优选不应超过约0.1％。Ti添加量的优选下限为约0.01％。为了控制晶粒尺寸，可将Ti作为单独元素进行添加，也可与起铸造助剂作用的硼或碳共同添加。
传统上来讲，添加铍起到了除氧剂和/或锭块裂纹抑制剂的作用，并可用于本发明的合金产品。然而由于环境、健康和安全的原因，本发明更优选的实施方式实质上不含Be。为了与Be相同的目的，可将最小量的Ca和Sr单独或共同添加至所述合金产品。优选的Ca添加是在约10ppm-100ppm的范围以内。
铝合金产品的余量物质由铝以及正常和/或不可避免的偶存元素(incidentalelements)和杂质构成。通常，这些元素或杂质至多以0.05％的水平存在，且其总量至多为0.2％。
在所述铝合金板产品的一个实施方式中，其具有下列以wt％计的组成：
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05，总量至多为0.20；余量为铝。
在一个实施方式中，已提供了在至少一侧施用有金属包层以形成复合板产品的铝合金板产品，其中所述金属包层材料具有内表面和外表面，且其中所述内表面朝向本发明的Al-Zn板产品。
包层材料可由AA3000系列铝合金、AA4000系列铝合金、AA5000系列铝合金、AA6000系列铝合金或与芯合金不同的AA7000系列铝合金制成。
尽管铝复合材料的尺寸可由于用作汽车车身板而在许多方面变化，所述复合材料仍是由根据本发明的铝合金板产品制成，所述铝合金板产品的规格为0.5mm至4mm、优选0.5mm至3.5mm、更优选约0.7mm至1.5mm。包层通常比芯板薄许多，且各包层构成复合板总厚度的约1％至25％。包层更通常构成复合板总厚度的约1％至14％左右。
在一个实施方式中，铝合金板产品在至少一侧包覆有AA5xxx系列铝合金，所述铝合金具有少于3.6％的Mg，与其他成分一起产生良好的晶间抗腐蚀性(intergranularcorrosionresistance)。特别合适的合金选自于AA5005、AA5754、AA5051A、AA5052、AA5252、AA5352、或AA5018系列铝合金。
在另一个实施方式中，铝合金板产品在至少一个所述面上包覆有低合金化的AA6000系列铝合金，所述铝合金具有少于0.25％的Cu、优选少于0.2％的Cu；并且优选包覆有具有基本平衡的Mg2Si组成的AA6000系列合金，以改善本发明的包层板产品的可弯曲性、卷边性能以及冲击性能。
优选的作为包层的铝合金以wt％计具有如下化学组成：
更优选的选择是AA6005合金，更特别是AA6005A系列合金；对于两种合金，条件是Cu含量为＜0.25％、优选＜0.2％。对于AA6005A合金，Mn+Cr的和优选低于0.50％、更优选为0.1％至0.50％，以获得最优的卷边性能。
在另一个实施方式中，AA6000系列合金具有AA6016或AA6016A系列铝合金的化学组成。
本发明的板产品可仅在一个面上仅包含一个包层板。在另一个实施方式中，板产品在两面上都具有包层板。因此，获得了显出优异的均衡性能(即：强度和可成型性；以及腐蚀性能、耐冲击性和卷边性能)的复合材料。
这样的复合材料可通过多种本领域已知的技术制造，所述技术包括轧制接合以及铸造技术，例如在欧洲专利文献EP-A-163875中公开的实例。
在本发明进一步的方面，提供了制造汽车车身板件的方法，所述方法包含下列步骤：
-提供具有本发明化学组成的轧制铝板，其规格为0.5mm至4mm，所述铝板的屈服强度优选为至少160MPa、优选低于280MPa；
-将铝合金板成型(例如在环境温度或升温下通过模压、深拉、压制、压制成型、以及轧制成型)，得到成型汽车板件、尤其是选自于下组中的闭合板：车门内板、车门外板、发动机罩以及后备箱盖板；
-将成型汽车车身板件与一个或多个其他金属部件组装，得到形成机动车组件的组装件；
-将所述机动车组件进行烤漆过程，提供屈服强度为至少160MPa、优选至少200MPa的汽车车身板件。所述烤漆过程的温度过程优选不超过140℃，更优选不超过130℃。
根据本发明的方法，提供了由具有所需水平的可成型性和相对低屈服强度的铝板制成的汽车车身板件，其强度水平在经烤漆过程后得以保持，所述烤漆过程的温度过程不超过140℃。优选地，汽车车身板件的强度水平甚至可由于烤漆过程而略有增强。
在本发明的一个实施方式中，在成型后、将车身板件进行烤漆过程之前，对所述汽车车身板件进行预时效处理，所述预时效处理具有至少一个加热步骤，所述加热步骤的温度为65℃至210℃、优选70℃至130℃。已经发现这种预时效处理使得产生稳定的高强度产品，使得强度在长时间内仅仅有限地增加。
在制造成型汽车车身板件的一个实施方式中，对铝合金板进行固溶处理，例如将其通过使用快速加热速率的连续退火炉冷却至环境温度，随后人工时效至至少160MPa、优选低于250MPa的目标屈服强度，在时效处理后将板产品根据本发明进行成型、组装并进行烤漆过程。可将成型前的板产品时效至欠时效(underaged)的T6态，例如T61、T64或T65(根据EN515)。在优选的实施方式中，将成型前的板产品时效处理至过时效(over-aged)的T7x态，例如T79态。使用过时效态的优点为在烤漆过程期间、尤其是当所述烤漆过程在低于140℃的温度下进行时，不再进一步过时效，使得板产品没有明显的由烤漆过程导致的强度损失。因此在烤漆过程后，板产品已基本达到有利的最终强度水平，至少为160MPa，优选至少为200MPa。
在制造成型汽车车身板件的替代实施方式中，铝板以冷轧板产品或固溶和/或人工时效的产品提供，随后将所述板产品升温以使其位于在冷却操作后、在固溶热处理(可在压制车间附近以OEM进行)后仍能实现实质强化的合金相区，产生优异的可压制成型特性；随后，将板产品根据本发明进行成型、组装并进行烤漆过程，所得的屈服强度至少为160MPa，优选至少为200MPa。
在本发明的另一方面，涉及铝合金板在成型汽车车身板件中的用途，所述铝合金板的规格为约0.5mm至4mm、优选约0.7mm至3.5mm，并具有如说明书和权利要求书中列出的以wt％计的化学组成；其中所述车身板件已经成型(例如在环境温度下或升温下通过模压、深拉、压制、压制成型、轧制成型)，并进行烤漆过程，优选在温度过程不超过140℃、更优选不超过130℃的情况下进行烤漆过程。
在本发明的另一方面，涉及包含有本发明所述成型铝合金车身板件的机动车。特别涉及选自于下列闭合板所组成的组中的闭合板：车门内板、车门外板、侧板、发动机内罩、发动机外罩以及后备箱盖板。

Claims (19)

1.一种制造机动车成型铝合金部件的方法，所述方法包括：
(a)提供规格为0.5mm至4mm的轧制铝合金板产品，所述产品以wt％计具有下列化学组成：
任选的一种或多种选自于下列元素所组成的组中的元素：Zr0.04至0.25、Cr0.04至0.25、Mn0.10至0.50；
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05％，总量至多为0.2％；余量为铝；所述铝合金板产品的屈服强度为至少160MPa；
(b)将所述铝合金板产品成型，获得成型汽车板件；
(c)将所述成型汽车板件与一个或多个其它金属部件组装，产生形成机动车组件的组装件；
(d)将所述机动车组件进行烤漆过程，其中，所述烤漆过程在不超过140℃的温度下进行，其中成型部件经所述烤漆过程后的屈服强度高于160MPa。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述铝合金板产品的屈服强度为至少160MPa并低于280MPa。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，成型部件经所述烤漆过程后的屈服强度为至少200MPa。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述烤漆过程在不超过130℃的温度下进行。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述成型汽车板件在所述烤漆过程之前已进行预时效处理。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述成型汽车板件在所述烤漆过程之前已进行温度范围为65℃至210℃的预时效处理。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述成型汽车板件在所述烤漆过程之前已进行温度范围为70℃至130℃的预时效处理。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品以wt％计包含：
0.04至0.25的Zr或0.04至0.25的Cr
Ti0至0.15
Fe0至0.35
Si0至0.5
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05％，总量至多为0.20％；余量为铝。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Zn含量低于3.8％。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Zn含量低于3.5％。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Mg含量为至少0.4％。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Mg含量为至少0.45％。
13.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Mg含量低于0.9％。
14.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述轧制铝合金板产品在至少一侧具有金属包层。
15.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品以wt％计由下列元素组成：
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05％，总量至多为0.20％；余量为铝。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Zn含量为1.5％至3.5％。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述铝合金板产品的Mg含量为0.3％至0.9％。
18.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述铝合金板产品以wt％计由下列元素组成：
其它元素和不可避免的杂质，各自至多为0.05％，总量至多为0.20％；余量为铝。
19.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述汽车板件是选自于下组中的闭合板：车门内板、车门外板、侧板、发动机内罩、发动机外罩以及后备箱盖板。
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