CN103510029A - 一种适用于6000系铝合金车身板的固溶热处理方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于6000系铝合金车身板的固溶热处理方法，主要步骤包括：以加热速率V_加热1将6000系铝合金轧制态板材加热到400℃至520℃温度范围内的温度T₁并保温，其中，150℃/min≥V_加热1≥5℃/min，保温时间t₁为1min-360min，随后以加热速率V_加热2将铝合金加热到T₁至560℃温度范围内的温度T₂进行保温处理，其中，100℃/min≥V_加热2≥10℃/min，保温时间t₂为1min-120min，随后淬火处理获得淬火态铝合金。与传统技术方案相比，本发明可使得6000系铝合金保持优越烤漆硬化响应能力的同时，耐腐蚀性能明显提高，对提高铝合金车身板的使用性能并扩大其应用范围具有重要意义。

Description

一种适用于6000系铝合金车身板的固溶热处理方法

技术领域

本发明所涉及的技术领域属于铝合金材料制备加工技术领域，特别是由国际铝业协会和中国有色金属标准化技术委员会所注册的6000系(Al—Mg-Si系)铝合金的制造方法；更具体地，本发明涉及一种改善6000系铝合金车身板材组织性能的工艺方法。

背景技术

降低燃油消耗、减少向大气排出CO₂和有害气体及颗粒是汽车工业永恒发展主题。作为汽车节能减排的有效途径之一，汽车轻量化已经成为世界汽车工业发展的主要潮流。铝合金的比重仅为钢的1／3，同时具有质轻、耐磨、耐腐蚀、比强度高，抗冲击性能好，易表面着色等特点，并且80％以上的铝材可以回收再利用，使得铝合金成为理想的汽车轻量化材料；而且承力相同时，铝合金比钢轻50％左右，承受同样的冲击，铝板比钢板多吸收50％的冲击能，更具安全性。汽车车身质量约占汽车总质量的30％以上，对车身进行铝化举足轻重。在所有车用铝合金材料中，6000系铝合金因具有优良综合特性特别是具有可热处理强化的特点，己成为汽车车身用铝合金的主要发展趋势。

从上世纪70年代起，欧美、日本等汽车工业发达国家在6XXX系铝合金车身板材料研制方面投入了大量的人力和物力，相继开发注册了6009、6010、6016、6111、6022等国际铝合金牌号，并申请和获得了一大批相关的合金成分设计与关键工艺技术方面的专利。上世纪70年代中期，美国率先研发了6009和6010铝合金，6009-T4铝合金和6010-T4铝合金的烤漆硬化性较2036-T4铝合金好，合金的耐蚀性和焊接性都有很大提高，但边缘成形性不如2036铝合金好；80年代初期北美和欧洲分别研发了高Cu的6111铝合金和低Cu的6016铝合金，6111铝合金在6010铝合金的基础上烤漆硬化性和成形性得到明显提高，且6111铝合金烤漆处理后具有较高的强度；6016铝合金则表现出更佳的成形性和耐蚀性；90年代中期北美研发了6022铝合金，该合金的成形性、抗蚀性和烤漆硬化性均优于6111铝合金，其6022-T4E29(为Aloca内部热处理)己专利化，并投入工业化生产，在Ford Crow，Crand Marquis和Taurus／sable等车型的外板和内板上获得了应用。目前获得应用的汽车车身板用6XXX系铝合金主要有6016、6111、6022铝合金，欧洲汽车制造商多选用具有较好成形性能的低Cu的6016铝合金，美国则更多采用具有较高强度性能的6111铝合金和6022铝合金。截止目前，欧美等发达国家在铝合金车身板方面己形成了较为完善的研发和生产体系，并在汽车车身应用方面取得了骄人的业绩，但现有铝合金车身板在协调其高成形性和高烤漆时效硬化性上仍存在着困难，还难以充分体现出用铝合金板取代钢板的优越性，加上其制造成本偏高，很大程度上制约了其在汽车车身制造中的全面应用。

近年来，为更好地满足汽车工业发展对铝合金车身板的要求，近年来国内外一些研究机构和企业大力投入，在现有汽车用6XXX系铝合金的基础上，通过合金成分和制备加工工艺优化设计，开展创新性工作，对开发全新的高性能6XXX铝合金车身板进行大量的探索研究，相继获得了一些性能良好的汽车车身板用铝合金材料。例如，发明专利CNlOl880805A公开了一种汽车车身板用A1-Mg-Si系铝合金及其制造方法，其基本成分范围为：Si：0．75-1．5wt％，Fe：0．2-0．5wt％，Cu：0．2-1．0wt％，Mn：0．25-1．0wt％，Mg：0．75～1．85wt％，Zn：0．15-0．3wt％，Cr：0．05％-0．15wt％，Ti：0．05-0．15wt％，Zr：0．05-0．35wt％，余量为Al。该材料中添加了少量的Zn、Cu含量接近甚至高于611l铝合金的水平；但从实施例给出的性能结果看，该材料供货状态屈服强度偏高，烤漆硬化响应能力有限(约50MPa)。发明专利CNlOl935785B公开了一种高成形性汽车车身板用铝合金，其基本成分范围为：Si：0．50-1．20wt％，Mg：0．35-0．70wt％，Cu：0．01-0．20wt％，Mn：0．05-0．20wt％，Cr≤O．10wt％，Zn：0．01-0．25wt％，Ti≤0．15wt％，Fe：0．05-0．15wt％，余量为Al；该铝合金材料Cu含量控制较低，还加入了少量的Zn元素、以微量元素含量进行控制。本专利申请人所在单位于2013年申请了一种适合于汽车车身板制造的铝合金材料及制备方法的国家发明专利(申请号：201310138522．3)，其基本成分范围为：Si0．6～1．2wt％，Mg0．7～1．3wt％，Zn0．25～0．8wt％，Cu0．02～0．20wt％，Mn0．01～0．25wt％，Zr0．01～0．20wt％。从上述专利实施例给出的性能结果看，材料表现出较好的成形性和烤漆硬化响应能力，具有较好的应用前景。

纵观国内外近年来铝合金车身板的研发历程可以看出，通过控制合金中合金化元素Mg、Si、Cu、Zn的含量及其配比、采用多种微合金化(Mn、Fe、Cr、Ti、Zr等)等手段是材料科技工作者所采取的主流技术手段，不断开发的各种6000系铝合金车身板呈现出合金多层次组织复杂化的发展趋势，对相应的成套制备加工方法提出了新的挑战，传统的6000系铝合金的制备加工方法已难以完全满足要求。因此，为充分发挥不断开发的新型6000系铝合金的潜力，不断优化并开发出与之相匹配的制备加工技术是材料科技工作者面临的又一紧迫任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有6000系铝合金制备方法的不足，针对目前6000系铝合金车身板呈现出的合金体系更加复杂的技术特点，发明一种适用于复杂合金体系的固溶热处理工艺，改善合金化元素回溶效果，减少复杂第二相对合金综合性能的不利作用，在改善6000系铝合金时效硬化能力的同时，提高材料的耐蚀性能。

根据本技术发明，上述发明目的可通过以下技术方案来实现：

一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：以某一加热速率V_加热1将铝合金加热到400℃至520℃温度范围内的某一温度T₁并保温，其中，150℃／min≥V_加热1≥5℃／min，保温时t₁为1min-360min，随后以某一加热速率V_加热2将铝合金加热到T₁至560℃温度范围内的温度T₂进行保温处理，其中，100℃／min≥V_加热2≥10℃/min，保温时间t₂为1min-120min，随后淬火处理获得淬火态铝合金。

本发明人通过大量研究和工业实践发现，通过对6000系铝合金固溶热处理工艺参数进行精细选择与合理搭配，可显著改善合金化元素回溶效果，减少复杂第二相对合金综合性能的不利作用，在改善6000系铝合金时效硬化能力的同时，提高材料的耐蚀性能。

本发明的第一个优选技术方案：以某一加热速率V_加热1将铝合金板材加热到430℃至470℃温度范围内的温度T₁并保温，其中，100℃／min≥V_加热1≥150℃／min，保温时间t₁为5min-240min，随后以某一加热速率V_加热2将铝合金加热到T₁至555℃温度范围内的温度T₂进行保温处理，其中，60℃／min≥V_加热2≥30℃／min，保温时间t₂为2min-60min，随后淬火处理获得淬火态铝合金。

本发明的第二个优选技术方案：所述6000系铝合金含有Al、Si、Mg、Cu元素以及选自Zn、zr、Mn、Ti、Sc、Er等微量元素中的至少一种元素。

本发明的第三个优选技术方案：所述的6000系铝合金Zn0．25～2．0wt％。

本发明的第四个优选技术方案：所述的6000系铝合金，Zn0．30～0．8wt％，Cu0．05～1．20wt％。

本发明的第五个优选技术方案：所述的6000系铝合金，Zn0．30～0．8wt％，Cu0．20～1．20wt％，0．05wt％≤(Mn+Zr)wt％≤0．40wt％。

本发明的第六个优选技术方案：所述6000系铝合金是板材或带材产品。

本发明的第七个优选技术方案：所述6000系铝合金板材或带材产品主要应用于汽车车身覆盖件的制造，尤其适用于载人轿车车身覆盖件的制造。

具体实施方式

本发明所公开的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，主要包括以下步骤：以某一加热速率V_加热1将6000系铝合金轧制态板材加热到400℃至520℃温度范围内的某一温度T₁并保温，其中，150℃／min≥V_加热1≥5℃／min，保温时间t₁为1min-360min，随后以某一加热速率V_加热2将铝合金加热到T₁至560℃温度范围内的温度T₂进行保温处理，其中，100℃／min≥V_加热2≥10℃／min，保温时间t₂为lmin-120min，随后淬火处理获得淬火态铝合金。

实施例1

将本技术发明应用于商业化AA6022铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Si0．8-1．5，Fe0．05-0．2，Cu0．01-O．1，Mn0．02-0．10，Mg0．45—0．7，Cr不高于0．1，Zn不高于0．25，Ti不高于O．15，余量Al以及不可避免的其他杂质；在其中选择一种典型合金成分：1．10％Si，O．6％Mg，0．06％Cu，0．06％Mn，0．05％Zn，O．13％Fe，余量Al以及不可避免的其他杂质。合金经熔铸、均匀化处理、热轧、冷轧、中间退火以及冷轧等环节获得厚度为1．0mm的板材，对板材进行不同方案的固溶热处理，固溶热处理方案如表1所示；固溶淬火后1小时内进行140℃×10min预时效处理后获得T4(P)态样品，随后对部分T4P态样品进行变形量为2％的预变形以及170℃×30min模拟烤漆处理获得PB(Paint-baked)态样品。

将采用上述实施例与对比例所制备的合金性能进行比较，其中，剥落腐蚀(EXCO)实验参照美国ASTM G34-01标准进行，剥落腐蚀等级由“N→P→EA→EB→EC→ED”表示板材剥落腐蚀程度不断加深，“+”号表示处于该等级的腐蚀程度较重，“-”号表示处于该等级的腐蚀程度较轻。主要性能测试结果如表2所示。

对比表2中T4P态和模拟烤漆后的屈服强度可以发现，采用本发明技术方案的板材烤漆前后的屈服强度增量较为稳定，且与传统技术方案相比，屈服强度的增量有一定提高；更为重要的是，采用本发明技术方案的板材的剥落腐蚀性能等价明显高于传统技术方案，有利于提供最终使用状态的耐腐蚀性能。

表1

表2

实施例2

将本技术发明应用于一种新型6000系铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Si0．6-1．2，Cu0．01-0．2，Mn0．01-0．25，Mg0．7-1．3，Zr0．01-0．20，Zn0．25-0．82，Fe不高于0．4，余量Al以及不可避免的其他杂质；在其中选择种典型合金成分：0．92％Si，0．98％Mg，O．18％Cu，0．10％Mn，0．6％Zn，O．15％Zr，余量Al以及不可避免的其他杂质。合金经熔铸、均匀化处理、热轧、冷轧、中间退火以及冷轧等环节获得厚度为1．Omm的板材，对板材进行不同方案的固溶热处理，固溶热处理方案如表3所示；固溶淬火后1小时内进行140℃×10min预时效处理后获得T4（P)态样品，随后对部分T4P态样品进行变形量为2％的预变形以及l70℃x30min模拟烤漆处理获得PB(Paint-baked)态样品。

将采用上述实施例与对比例所制备的合金性能进行比较，其中，剥落腐蚀(EXCO)实验参照美国ASTM G34-01标准进行，剥落腐蚀等级由“N→P→EA→EB→EC→ED”表示板材剥落腐蚀程度不断加深，“+”号表示处于该等级的腐蚀程度较重，“-”号表示处于该等级的腐蚀程度较轻。主要性能测试结果如表4所示。

从表4中的性能数据可以看出，与传统技术方案相比，采用本发明技术方案可有效改善新型6000系铝合金板材的烤漆硬化响应能力和剥落腐蚀性能，且对提高剥落腐蚀性能尤为有利。

表3

表4

从实施例1、2可以看出，通过对6000系铝合金车身板材固溶热处理参数的精细选择和合理调配，可以使6000系铝合金车身板材获得且与传统技术方案相比更为优越的烤漆硬化影响特性；更为重要的是，采用本发明技术方案的板材的剥落腐蚀性能等价明显高于传统技术方案，有利于提供最终使用状态的耐腐蚀性能，对进一步改善铝合金车身板的使用性能并扩大其应用范围具有重要意义。

值得说明的是，以上给出的仅仅是本发明中的一些具体实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。

Claims (8)

1.一种适用于6000系铝合金车身板的固溶热处理方法，其特征在于：以加热速率V_加热1将6000系铝合金加热到400℃至520℃温度范围内的温度T₁并保温，其中，150℃/min≥V_加热1≥5℃/min，保温时间t₁为1min-360min，随后以加热速率V_加热2将铝合金加热到T₁至560℃温度范围内的温度T₂进行保温处理，其中，100℃/min≥V_加热2≥10℃/min，保温时间t₂为1min-120min，随后淬火处理获得淬火态铝合金。

2.根据权利要求1所述的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：以加热速率V_加热1将铝合金板材加热到430℃至470℃温度范围内的温度T₁并保温，其中，100℃/min≥V_加热1≥50℃/min，保温时间t₁为5min-240min，随后以加热速率V_加热2将铝合金加热到T₁至555℃温度范围内的温度T₂进行保温处理，其中，60℃/min≥V_加热2≥30℃/min，保温时间t₂为2min-60min，随后淬火处理获得淬火态铝合金。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：所述6000系铝合金含有Al、Si、Mg、Cu元素以及选自Zn、Zr、Mn、Ti、Sc、Er等微量元素中的至少一种元素。

4.根据权利要求3所述的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：在所述的6000系铝合金中，Zn 0.25～2.0wt％。

5.根据权利要求4所述的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：在所述的6000系铝合金中，Zn 0.30～0.8wt％，Cu 0.05～1.20wt％。

6.根据权利要求5所述的一种适用于6000系铝合金板材的固溶热处理方法，其特征在于：在所述的6000系铝合金中，Zn 0.30～0.8wt％，Cu 0.20～1.20wt％，0.05wt％≤(Mn+Zr)wt％≤0.40wt％。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：所述6000系铝合金是板材或带材产品。

8.根据权利要求7所述的一种适用于6000系铝合金的固溶热处理方法，其特征在于：所述6000系铝合金板材或带材产品应用于汽车车身覆盖件的制造，尤其适用于载人轿车车身覆盖件的制造。