CN103740988B - 一种汽车部件用高性能铝合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车部件用高性能铝合金的制备方法。首先按照所述铝合金的组成配制原料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；将铝合金板坯在520-550℃的条件下实施均质化处理，处理时间3-4h；随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520-550℃，终轧温度为450-480℃，压下率为90%以上；随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400-430℃，压下率为70-80%，应变速率15-20/s；随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；随后将铝合金加热到480-530℃实施固溶处理30-60s，以20-30℃/s的冷却速度降温至280-320℃后，以150-200℃/s的速度急冷至室温，自然时效24-30h；随后再次将铝合金加热至50-70℃保温30-36h，得到本发明既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的新型汽车部件用高性能铝合金。

Description

一种汽车部件用高性能铝合金的制备方法

技术领域

本发明涉及汽车部件的技术领域，特别是提供一种汽车部件用高性能铝合金的制备方法。

背景技术

在汽车部件领域中，冷轧钢板因其优异的机械性能的成形性能而被广泛使用，例如汽车的车身等。然而随着近年来人们环境保护意识的逐渐增强以及节能减排呼声的不断升高，对于汽车行驶油耗的要求也越发苛刻，这就要求从总体上降低汽车的重量以获得更为经济、环保的油耗性能。

铝合金具有能够与冷轧钢板相媲美的强度，而其比重却仅有冷轧钢板的1/3，因此被作为冷轧钢板的替代产品而在汽车工业领域得到日益广泛的应用，如车身、底盘、座椅骨架及框架等等，很多都逐步开始采用铝合金来制备。

目前，在汽车部件制造中使用较为广泛的是非热处理型的5000系（Al-Mg）铝合金和热处理型的6000系（Al-Mg-Si）镁合金。其中，5000系（Al-Mg）铝合金具有非常优异的成形性能，但在压制成形的过程中容易产生拉伸应变痕而影响部件表面的美观性，同时还会在烤漆过程中出现明显的烤漆软化现象，从而导致强度难以满足使用的要求。而6000系（Al-Mg-Si）镁合金虽然在压制的过程中几乎不会出现拉伸应变纹，并且能够通过灵活的烤漆热处理工艺以提高屈服强度，然而相比于5000系（Al-Mg）铝合金，其成形性能则逊色很多。

如何能够经济地获得一种既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的新型汽车部件用高性能铝合金，对于提高汽车整体性能而言意义非凡。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化以及表面美观需要的新型汽车部件用高性能铝合金及其制备方法。

本发明的铝合金具有如下的组成：以重量百份比计（wt.%），Mg4.0-4.5，Si0.6-0.8，Cu0.6-1.0，Mn0.05-0.1，Cr0.05-0.1，Zr0.05-0.1，Zn0.05-0.1，Sn0.1-0.2，Sr0.01-0.05。

本发明的铝合金是通过以下的方法制备得到的：

首先按照铝合金的理论配比配制原料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；

将铝合金板坯在520-550℃的条件下实施均质化处理，处理时间3-4h；

随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520-550℃，终轧温度为450-480℃，压下率为90%以上；

随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400-430℃，压下率为70-80%，应变速率15-20/s；

随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；

随后将铝合金加热到480-530℃实施固溶处理30-60s，以20-30℃/s的冷却速度降温至280-320℃后，以150-200℃/s的速度急冷至室温，自然时效24-30h；

随后再次将铝合金加热至50-70℃保温30-36h，得到本发明既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化以及表面美观需要的新型汽车部件用高性能铝合金。

本发明的优点即在于，重新设计以硅、镁、铜为主要合金元素的铝合金原料配比，通过各原料成分的相互配合，以及相应的轧制、热处理工艺，获得了既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的新型汽车部件用高性能铝合金。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细说明本发明的内容。

按照表1所述的铝合金成分配比，配制原材料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；将铝合金板坯在520℃的条件下实施均质化处理，处理时间3h；随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520℃，终轧温度为450℃，压下率为90%；随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400℃，压下率为70%，应变速率15/s；随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；随后将铝合金加热到480℃实施固溶处理30s，以20℃/s的冷却速度降温至280℃后，以150℃/s的速度急冷至室温，自然时效24；随后再次将铝合金加热至50℃保温30h，得到本发明铝合金。

表1

	1	2	3	1#	2#	3#	4#	5#	6#
										Mg	4.0	4.2	4.5	3.0	5.5	4.5	4.2	4.1	4.2
Si	0.8	0.7	0.6	0.4	0.6	0.8	0.7	0.8	0.7
										Cu	1.0	0.8	0.6	0.5	0.8	1.0	0.8	0.9	0.7
Mn	0.05	0.07	0.08	0.06	0.05	0.1	0.04	0.2	0.07
										Cr	0.1	0.06	0.07	0.08	0.09	0.1	0.02	0.1	0.08
Zr	0.05	0.07	0.09	0.07	0.08	0.08	-	0.1	0.07
										Zn	0.05	0.08	0.1	0.07	0.08	0.06	0.02	0.15	0.05
Sn	0.1	0.15	0.2	0.15	0.1	0.15	0.2	0.2	-
										Sr	0.01	0.03	0.05	0.04	0.02	0.05	0.03	0.04	-
TS	282	294	275	211	298	312	256	308	284
										YS-1	115	120	110	102	154	165	104	157	117
YS-2	183	192	178	143	185	201	155	190	152
										LDR	2.21	2.28	2.28	1.95	1.86	1.88	2.07	1.94	2.13
SS	○	○	○	○	×	○	○	○	×

表1中，TS为拉伸强度，单位MPa；YS-1为未经烤漆处理的屈服强度，单位MPa；YS-2为经170℃、30min烤漆处理后的屈服强度，单位MPa；LDR为极限拉伸比；SS为成形后的表面品质评价，○为无明显拉伸应变纹，×为有明显拉伸应变纹。

由表1的结果可以看出，Mg作为主要的合金元素，对于铝合金体系的强度和成形性具有重要影响，Mg合金元素的含量过低，则难以实现晶粒细化，以及强化相强化的效果，从而无法满足体系对于强度和成形性的要求，但如果Mg的含量过高，则容易在成形时发生晶界破坏而导致脆性断裂，发明明显的成形性恶化。同时Mg含量过高对于成形后铝合金的表面品质也有不利的影响。本发明中优选Mg的含量为4.0-4.5，进一步优选为4.2。

Si合金元素对于形成金属间化合物强化相具有重要意义，为了形成足够的强化相以满足强度的需要，Si的含量不能过低，至少应达到0.6。但过多的Si添加量可能导致强化相过量的析出，从而使得成形过程容易发生脆性断裂而影响成型性能，因此应控制其含量小于0.8。优选的，本发明中的Si为0.7。

Cu合金元素与Mg和Si一样对于析出强化相具有决定因素，为了获得优异的强度和成型性能，Cu的含量应保证在0.6以上，但过多的Cu含量不但会导致析出相的过量从而使得成形性变差，还会严重恶化体系的耐晶间腐蚀性能，因此应控制其含量小于1.0。优选的，本发明中的Cu为0.8。

同时，考虑到抗拉强度提高饱和性以及避免屈服强度过高的考虑，优选Mg+Cu+Si≤6.0。

Mn、Cr、Zr、Zn作为微量的合金元素，其主要起到了晶粒细化，适量的添加对于体系的强度和成形性能具有有益效果，为保证发挥其效用，各成分的添加量至少达到Mn0.05、Cr0.05、Zr0.05、Zn0.05，但其添加也不应过量，否则反而会生成粗大晶粒而严重恶化成形性，并降低体系的耐腐蚀性能，具体应控制其含量不超过Mn0.1、Cr0.1、Zr0.1、Zn0.1。并且Mn、Cr、Zr的复合强化较为有效，优选其含量为Mn0.07、Cr0.06、Zr0.06。

Sn合金元素在体系中能够起到改善表面品质的作用，为发挥其功效，Sn的添加量至少应达到0.1。但过多的Sn添加量可能导致体系的其他性能下降，特别是铝合金的耐腐蚀性能，因此优选在0.2以下，进一步优选为0.15。

Sr合金元素的主要作用在于能够起到抑制晶粒长大，特别是在固溶处理过程中的晶粒粗大的发生，为发挥上述功效，Sr的添加量至少应为0.01，但过多的添加会使得体系的机械性能恶化，因此应控制其添加量小于0.05，进一步优选为0.03。

为进一步考察后续热处理工艺对于铝合金性能的影响，采用了实施例2（比较例与实施例2的化学成分相同）的化学成分和处理参数作为比照对象，改变了热处理参数并测试了性能结果，具体参见表2。

表2

为了获得充分的均质化效果，均热处理的温度应当至少为520℃，但也不应过高，以免发生合金的局部熔化。同时，为了避免Mn、Cr等合金元素析出物的粗大化，应当避免过程时间的加热处理或者反复加热，本发明中控制均热温度为520-550℃，处理时间为3-4h。

热粗轧的开始温度优选与均质化处理温度一致，如果热粗轧的温度低于520℃，在轧制的过程中不能充分的再结晶，有组织粗大化的倾向，而粗轧的开始温度过高，则容易引起局部熔化、表面氧化等一系列问题，从而影响表面品质和成形性。

热粗轧的终了温度优选450-480℃，终轧温度过低，会使得热精轧后再结晶不充分，而终轧温度过高则会使得随后热精轧的晶粒有粗大化倾向。

热精轧的加工温度优选为400-430℃，热精轧的温度过低，会使得精轧后再结晶不能充分进行，合金的延展性和加工性能不足，而热精轧的温度过高，则难以有效控制晶粒度的均匀以保证体系的性能。同时，过低的应变速率，也会导致晶粒度的不均匀，应当控制应变速率在15-20/s。

固溶处理温度应当保证在480℃，因为过低的温度不能使得Mg、Cu、Si等析出强化元素获得充分的固溶，从而难以获得足够的成形性和烤漆硬化性，但也不应超过530℃，否则有局部熔化、表面氧化等风险。而为了获得足够的固溶效果，固溶时间应当至少在30s以上，但也不宜过长以影响生产的效率。

一段冷却的缓冷主要在于此时强化相的析出并不显著，因此缓冷并不会导致屈服强度的明显升高，从而不会恶化体系的成形性能，优选控制其冷速在20-30℃/s，进一步降低冷却速度则有可能在晶界发生析出硬化，从而影响随后的成形性和烤漆硬化性。

二段冷却的急冷能够有效地抑制析出硬化的发生，从而能够有效抑制屈服强度的增大，达到提高成形性能的目的。为了实现上述目的，冷却速度至少应达到150℃/s，但应不要过高，否则有发生淬火应变的风险。

再次将铝合金加热至50-70℃保温，能够促使溶质原子的充分扩散，以形成低温强化相，从而达到改善成形性、提高强度的目的。但过高的时效温度则可能导致高温相的析出，从而恶化体系的成形性。

Claims (1)

1.一种汽车部件用高性能铝合金的制备方法，其特征在于所述铝合金具有如下的组成：以重量百份比计(wt.％)，Mg4.0-4.5，Si0.6-0.8，Cu0.6-1.0，Mn0.05-0.1，Cr0.05-0.1，Zr0.05-0.1，Zn0.05-0.1，Sn0.1-0.2，Sr0.01-0.05；

具体制备步骤是为：

首先按照所述铝合金的组成配制原料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；将铝合金板坯在520-550℃的条件下实施均质化处理，处理时间3-4h；

随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520-550℃，终轧温度为450-480℃，压下率为90％以上；

随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400-430℃，压下率为70-80％，应变速率15-20/s；随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；

随后将铝合金加热到480-530℃实施固溶处理30-60s，以20-30℃/s的冷却速度降温至280-320℃后，以150-200℃/s的速度急冷至室温，自然时效24-30h；

随后再次将铝合金加热至50-70℃保温30-36h，得到既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的汽车部件用高性能铝合金。