CN103781625A - 用于车身的覆层板 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是用于汽车车身部件的由铝合金制成的复合板材，其中覆层板应用于芯的至少一侧，所述芯和所述覆层板的重量百分比组成如下(见表)：其他元素各自＜0.05且总和＜0.15，余量为铝。本发明的另一主题是通过共轧制制造所述复合板材的方法。

Description

用于车身的覆层板
发明领域
本发明涉及Al-Si-Mg合金板领域，特别是由“铝业协会”所命名的AA6xxx系列合金组成的Al-Si-Mg合金板，所述合金板旨在用于制造——特别是通过冲压和／或卷边制造——汽车车身部件(如翼板、门、后车门、发动机罩、车顶或车身结构的其他部件)。
更具体而言，本发明涉及由铝合金板制成的用于汽车车身部件的复合材料，其中覆层板应用在芯板的至少一侧，覆层板和芯板均具有为使覆层材料用于汽车车身部件而优化的组成。
本发明还涉及通过共轧制制造所述复合材料板的方法。
背景技术
铝越来越多地用于汽车工业中以减少汽车重量并减少燃料消耗和污染物及温室气体的排放。
板主要用于制造车身蒙皮部件，特别是罩(closure)，包括门、发动机罩和后车门、以及车顶和又称为“白车身(BIW)”的车身结构部件。
该类型的应用需要一组有时矛盾的性能，如：
-对于所述冲压和／或卷边操作的高成型性能，
-烤漆之后的高强度，从而在使部件的重量最小化的同时获得良好的总体强度和抗凹痕性，
-在所述板材交付条件下良好控制的屈服强度，从而在成型时控制弹性复原(retourélastique)，
-在交付条件下，在成型之前的长时间等待过程中，材料的成型性能且特别是卷边能力的稳定性，
-对于施加在车身结构部件上的冲击的良好的吸收能量的能力，
-成型和涂漆之后的良好的表面质量，特别是没有路德线且没有或最小限度地出现本领域专家已知的在成型过程中产生的条痕或定向粗糙度(aligned roughness)，
-在汽车车身部件中所用的各种组装方法中的良好行为，所述组装方法如点焊接、激光焊接、FSW焊接、粘合、箝接或铆接，
-涂漆部分的良好的耐腐蚀性，特别是耐丝状腐蚀，
-与回收生产废物或回收车辆的要求之间的兼容性，
-用于大规模生产的可接受的成本。
除另作说明外，下述所有铝合金均根据“铝业协会”在定期出版的“注册记录系列”中定义的名称而命名。
上述要求致使应选择Al-Mg-Si合金，即AA6xxx系列合金。
在欧洲，厚度约为1mm至2.5mm的AA6016和AA6016A合金最常用于此类应用，这是因为与具有更高铜含量的合金(如在美国广泛使用的合金AA6111)相比其使得所需性能之间更好地平衡，特别是通过保证更好的卷边能力和更好的耐丝状腐蚀性。
AA6016型合金具体描述于“Alusuisse”的专利FR2,360,684和“Cegedur Pechiney”的专利EP0259232中，而所述AA6111型合金描述于“Alcan International Ltd”的美国专利4,614,552中。
然而，在烤漆之后，合金AA6016的机械强度仍显著低于AA6111的机械强度，并且，当烘烤温度趋于降低时，更是这样，从而使通过老化的硬化不太有效。
为此，且为了提供更实质性的轻量化，机动车辆制造商正寻求在涂漆之后更高的机械强度。
为此，“Pechiney”公司开发了AA6016合金的新变型，特别是“DR120”变型，其在淬火、2％预拉伸应变和烤漆(通常在185℃下进行20分钟)之后，表现出约240MPa的屈服强度。这些开发描述于出版物中，特别是在R.Shahani等人的文章“Optimised6xxx aluminumalloy sheet for autobody outer panels”Automotive Alloys1999，Proceedings of the TMS Annual Meeting Symposium，2000，pp.193-203和D.Daniel等人的文章“Development of6xxx AlloyAluminum Sheet for Autobody Outer Panels：Bake Hardening，Formability and Trimming Performance”IBEC′99-InternationalBody Engineering Conference，Detroit，1999，SAE Technical Paper N°1999-01-3195中。
同时，Alcan提出了合金AA6111的新变型，称作6111-T4P，在烤漆之后表现出增加的屈服强度(通常为270MPa至280MPa)，且在T4状态中的成型性能没有下降。该产品已具体描述于A.K Gupta等人的文章"The Properties and Characteristics of Two NewAluminum Automotive Closure Panel Materials"，SAE TechnicalPaper960164，1996中。
最后，“Pechiney”在其申请EP1633900中提出了用于车顶的特别硬的AA6056型合金，因此其成型应在T4状态中进行，但卷边能力显然仍然有限。
这些新开发的方案大多包括在淬火后进行的预老化型的最优化热处理，以改善漆层烘烤下的硬化。在不存在所述处理的情况下，烘烤的硬化动力学随淬火和烘烤之间的在室温下的等待时间而下降，而若干周的等待在工业生产中实际上是不可避免的。该现象已经已知很长时间并描述于例如M.Renouard和R.Meillat的文章：“Le pré-revenudes alliages aluminium-magnésium-silicium”，Mémoires Scientifiquesde la Revue de Métallurgie，December1960，pp.930-942中。预老化处理是“Alcan International Ltd”的专利EP0949344的主题。
考虑到对铝合金板用于汽车车身部件和大规模生产的越来越多的开发，总是需要不断改善的牌号以在不损害其他性能的情况下减少厚度，从而不断提高轻量化。
很明显，该开发过程包括了对屈服强度越来越高的合金的使用，并且上述方案，即使用抗性越来越好的AA6xxx系列合金，在T4状态中成型中，即在固溶热处理和淬火之后，在预老化和油漆及清漆的烘烤操作过程中显著硬化，正达到它的极限。其产生了像所述T4状态中一样的越来越硬的合金，因此造成了特别是在苛刻的操作过程中(如将外壁板卷边至内侧板上或深度冲压)的严重的成型问题。
为解决这些问题，首先使用了变通方案以适合这些不易成型的合金，所述变通方案包括改变部件的几何形状或使成型工艺和由此获得的所述部件的形状特性“降级”。
例如，对于具有较差卷边能力的合金，可用所谓的“围起卷边(ropehem)”A的卷边方法代替通常的“平面”B方法，但具有增加卷边边缘和车身的其他部件之间的表观缝隙1(对于相同的真实缝隙2，如图1所示)的负面效果。
在低冲压能力的合金的情况下，可以利用卡环(bead)和非常大的工具半径改变形状或减少保留作用力(retention effort)。以这种方式，可更容易地冲压部件，但随后特别难控制其几何形状，且可能的形状的范围也会减少。
在两种情况下，这些解决方案需要在待制造的部件的几何结构上做出显著让步，且改善具有高机械特性的板材的成型性的要求仍旧特别迫切。
更加关注材料本身的其他解决方案也已出现，从而改善材料性能的通常的平衡，如高强度和良好成形性之间的平衡。在单一材料不能改善该平衡的情况下，使用由共轧制板的夹合板组成的复合材料，通过结合组成所述复合材料的板的不同性能，可能得到通常认为是对抗的两种或多种性能的同时改善。
由共轧制板组成的复合材料在用于热交换器的钎焊板领域是众所周知的，其通常结合由AA3xxx系列铝合金制成的芯和由AA4xxx系列合金制成的覆层板或壳。
某些航空应用也使用AA2xxx系列铝合金制成的芯结合由1xxx系列合金制成的覆层板的板材。在这两种应用的情况下，需要达到与热交换、腐蚀或冲刷腐蚀和机械强度相关的钎焊性的特定要求，但与本发明所解决的问题无共同之处。
在汽车车身部件领域中的应用同样已知。
一些这样设计：使用具有机械性能的芯结合覆层板，所述覆层板具有良好外观或耐腐蚀性或在成型过程中良好耐划伤性或耐磨损性。“Sumitomo”的申请JP55113856和JP55113857将分别由AA7xxx和AA2xxx系列制成的芯和由AA5xxx系列合金制成的板材结合，从而制造结合高机械性能、良好耐腐蚀性和亮度的保险杠。
“Sky Aluminum”的申请JP5318147和JP5339669结合了由5xxx系列合金制成的芯和由4xxx或6xxx系列合金制成的覆层板，能够表面沉淀硬化，从而改善成型过程中的抗划伤性或耐磨损性。
本着同样的精神，为了赋予所述表面改善的耐腐蚀性，“CorusAluminium”的申请FR2877877描述了5xxx或6xxx系列的芯合金与具有低锌含量的1xxx、3xxx或7xxx系列的覆层合金的结合。
最后，“Kobe Steel”的申请JP62158032和JP62158033是针对具有良好弯曲性能的汽车车身电镀板材，所述板材由AA5xxx系列合金制成的芯板和含有99％或更多铝的合金覆层组成。但该解决方案具有抗性有限的缺点，总体而言这是由于使用5xxx系列合金，其越是在烤漆过程中不发生硬化，越是就抗凹陷性而言如此，这是由于使用特别“软”的覆层合金。
仍对于在汽车车身部件领域中的使用，由共轧制板组成的其他复合材料与6xxx合金彼此结合。
针对该用途，“Novelis Inc.”的申请WO2009／059826A1公开了由铝合金板制成的复合材料，其中覆层板或覆层应用在芯板的至少一侧，所述复合材料的重量百分比的组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 0.9-1.4 <0.3 0.75-1.4 <0.4 0.9-1.4 <0.2 <0.05 <0.05
覆层 0.3-0.8 <0.3 <0.3 <0.3 0.3-0.7 <0.05 <0.05 <0.05
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
所述芯合金中镁、硅和铜的高含量和构成覆层板的合金中镁和硅的高水平赋予所述带覆层的板在成型和烤漆之后非常高的机械强度。具有较高铜含量的所述芯合金的表面耐腐蚀性通过所述覆层得到改善。虽然所述复合材料的卷边能力优于由AA6111合金制成的板材的卷边能力，但仍旧是有限的，特别在预变形之后。卷边能力随时间的稳定性、成型之后的冲压表现和表面质量(特别在条痕存在下)未得以解决。
同样针对该用途，“Aleris Aluminum Duffel BVBA”的申请EP2052851A1描述了铝合金板的复合材料，其重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 1.0 0.23 0.15 0.07 0.6 0.03 <0.05 0.02
覆层 0.4-0.9 <0.3 <0.25 <0.5 0.4-0.8 <0.3 <0.3 ≤0.35
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
其权利要求强调所述覆层应具有小于0.25％或优选小于0.20％的铜含量且优选属于AA6005或AA6005A系列，而所述芯合金可含有最高达1.1％的铜。此外，该发明的主题为改善具有高铜含量的高强度芯合金的耐腐蚀性和卷边能力。卷边能力随时间的稳定性、成型之后的冲压表现和表面质量(特别是在条痕的存在下)未得以解决。
最后，同样针对该用途，“Novelis Inc.”的申请EP2156945A1描述了铝合金板的复合材料，其重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 0.45-0.7 ≤0.35 0.05-0.25 0.05-0.2 0.45-0.8 <0.05 <0.05 <0.05
覆层 0.3-0.7 ≤0.35 <0.05 ≤0.15 0.3-0.7 <0.05 <0.05 <0.05
其他元素各<0.05且总和<0.15，余量为铝。
该后一申请在图1-4中示出弯曲能力随自然老化时间的净变化，其会在所述时间经常变化的工业条件下产生问题。虽然该发明的材料看上去已经解决了该问题，但其成型和烤漆之后的强度是有限的。成型后的冲压表现和表面质量(特别是在条痕的存在下)未得以解决。
正如解释的那样，冲压表现和条痕现象——本领域专家所熟知的且在成型过程中造成定向粗糙度——未在任何上述文献中涉及。现有技术的材料不能提供本文寻求的为用于汽车白车身的下述性能之间的优化的平衡：交付条件下用于冲压和卷边的良好成型性、这些成型性能的稳定性(特别是随着自然老化时间的弯曲能力)、成型和烤漆之后的足够高的机械强度、表面和芯的耐腐蚀性、与所述部件经成型或经成型和涂漆之后的良好表面外观。
相反，本发明的材料，通过结合特别易冲压的且足够强的芯合金与更易卷边的且成型后具有优异表面外观的覆层合金(且两者都属于6xxx合金族，且因此能够在烤漆过程中硬化)，能够兼具成型能力(特别是在T4冶金状态或T4P预老化状态中的冲压和卷边)与完全有利的烤漆之后的最终机械性能水平、外观质量和耐腐蚀性。
技术问题
本发明目的在于获得通常认为是对抗的性能之间的最佳平衡，提出具有最优化组成的用于汽车车身部件的由铝合金制成的复合材料，其对于苛刻条件下的深度冲压和卷边，保证足够的、随时间的变化稳定且优于现有技术的成型性，通过烤漆过程中显著的硬化保证足够的抗凹陷性能，同时控制外观质量、弹性复原、根据在汽车车身中使用的各种方法的组装过程中的良好行为、无剥落切割和良好耐腐蚀性(特别是对于丝状和晶间腐蚀)且易于回收。本发明的目的还在于使成型过程中造成的条痕现象最小化。
发明主题
本发明涉及用于汽车车身部件的铝合金板的复合材料，其中覆层板或覆层应用在芯的至少一侧，其重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 0.75-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2
覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
有利地，所述芯的硅含量在1.1与1.3之间。
对于所述芯的镁含量，其有利地在0.4与0.7之间，正如所述芯的锰含量有利地在0.05与0.2之间，而对于在苛刻腐蚀条件下的应用，所述芯的铜含量可限于不超过0.2。
对于所述覆层板的硅含量，其优选在0.45与0.65之间，正如所述覆层板的镁含量有利地在0.23与0.29之间，而所述覆层板的锰含量有利地在0.10与0.30之间。
总体上，所述覆层板通过共轧制应用于所述芯。
根据一个具体实施方案，覆层板仅应用于所述芯的一侧。
根据另一实施方案，覆层板应用于所述芯的两侧。
根据本发明的变体，所述覆层板或各覆层板的厚度为所述复合材料的总厚度的5％，且在另一实施方案中，其为所述复合材料的总厚度的10％。
通常，本发明的复合板材具有根据NF EN ISO7438测量的在预拉伸10％之后至少为140°的“三点弯曲角”α10％，所述板材处于10％预拉伸(α10％)之后的T4P状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕(通常在50℃与85℃之间)而进行的预老化以及缓慢冷却盘卷至室温。
此外，在预拉伸10％之后立即得到的至少为140°的该“三点弯曲角”α10％随着盘卷冷却后的室温下的等待时间，在最高达6个月的等待时间内基本不变，或通常变化小于5°。
本发明的材料的另一典型特征为：在固溶热处理、淬火、通过缠绕(通常在50℃与85℃之间)而进行的预老化以及缓慢冷却盘卷至室温、以及2％预拉伸应变和在185℃下烤漆处理20分钟之后，所述材料具有至少200MPa或220MPa的屈服强度Rp0，2，其代表成型和烤漆时至少80MPa的硬化。
有利地，本发明的复合板材用于制造汽车车身板。
根据各种实施方案，本发明的车身板为冲压板或卷边板或冲压卷边板。
最后，本发明还包括制造根据上述实施方案之一的用于汽车车身部件的复合铝合金板材的方法，其中将覆层板通过共轧制应用于芯的至少一侧，所述芯和所述覆层板的重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 0.75-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2
覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
附图说明
图1示出，在“条痕卷边”A过程中和在传统的“平面”卷边B过程中，在卷边边缘和车身其他部件之间对于相同真实缝隙2的可见或表观的缝隙1。
图2示出用于“三点弯曲测试”的设备，其由两个辊R和半径为r的冲头B组成，用于弯曲厚度为t的板材T。
图3示出“三点弯曲”测试之后的板材T，其具有内角β和作为测试结果的外角α。
图4示出在1mm板上进行“三点弯曲”测试的结果，所述板处于预拉伸10％之后的T4P状态，经历固溶热处理、淬火、通过缠绕的预老化(通常在50℃与85℃之间)和缓慢冷却，且随后恰好在“三点弯曲测试”之前预拉伸10％，或Y轴为芯板Ai、覆层板Pi和复合材料Ci的以度计的外角α10％，参照材料为A3、P3和C3，而本发明的材料为A11、P1、C1和A2、P2、C2。
图5示出芯板A1、覆层板P1和由所述板获得的本发明的复合材料C1在10％预拉伸之后处于T4P状态时测量的角α10％(以度计)随着时间t(以天计)的变化，所述时间t为冷却盘卷之后在室温下等待(或自然老化)的时间。
图6示出，对于各种单层参照板A1、A3、P1、P2、P3、M1、M2、M3、M4以及本发明的两层复合板材C1和C2，Y轴为在10％预拉伸之后的T4P状态中测量的以度计的角，且x轴上为在固溶热处理、淬火、预老化、2％预拉伸和在185℃下烤漆处理20分钟之后测量的屈服强度Rp0，2-BH(以MPa计)。
图7示出，对于本发明的复合材料C1和C2和非本发明的复合材料C3及其组成A1、A3、P1、P2、P3，Y轴为在10％预拉伸之后的T4P状态中的角α10％(以度计)，且x轴为屈服强度Rp0，2-BH(以MPa计)。
图8说明用于测定本领域专家已知为LDH(极限拱顶高度)的参数值的工具的尺寸(以mm计)，其表征材料的冲压能力。
具体实施方式
本发明基于下述复合材料板的用途，其中覆层板应用在芯的至少一侧，覆层板和芯均由相同系列和特定组成的铝合金制成，以及基于申请人的意外发现，所述发现为：“硬”而难于成型的芯合金与可成型但强度不足的覆层板或“覆层”的壳合金结合，能提供虽然覆层厚度相对较小、但非常易成型的材料，特别是在T4状态中即淬火之后，且所述材料具有高机械性能，特别在如上所述的任选与预老化处理结合的烤漆处理之后。
上述特定重量的百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 0.75-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2
覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
针对各合金组分的浓度范围解释如下：
Si在烤漆过程中通过与Mg沉淀形成Mg2Si而提高机械性能。就Mg2Si的化学计量而言过量的硅有利于冲压时良好的成型性，且有利于烤漆过程中实质性的硬化。相反，过高的水平对卷边时的成型性能不利。
鉴于此，其范围对于芯合金比对于覆层合金的更高的值组成。
Mg当为0.15％时如上所示与Si结合，其依赖于任意预老化条件，使烤漆过程中的硬化成为可能。因此，对于寻求成型性能且尤其是通过弯曲的成型性能的覆层合金，Mg范围为0.15％至0.30％(最优为0.23至0.29)，相比之下，对于寻求高强度的芯合金，浓度范围逻辑上包括0.4％至0.8％的更高的值。覆层中0.15％的Mg的最小量结合相对高的Si含量足以获得合适的抗凹陷性。
将覆层层中的镁含量特意限制在不超过0.3％，从而获得优异的弯曲能力，而不考虑材料加工完成至通过弯曲或卷边进行成型之间的等待时间。
Mn由于与Si形成Al-Mn-Si型分散体而改善弯曲能力，这是由于在铸造和均化过程中其对α铁共晶相(比“β”相更利于成型)的形成起作用，并由于其对控制最终晶粒尺寸起作用。其还通过避免晶界处过高的沉淀物浓度限制淬火敏感性。
在高浓度下，形成原始初级金属间化合物的风险显著，延展性和成型性能显著下降。
Fe，其对于铝来说通常为杂质，仅在铝中微溶，并因此以第二相颗粒(如FeAl3或Al(Fe，Mn)Si)的形式存在，Fe通常优选存在于晶界处并对成型(特别对于弯曲)不利。鉴于此，其在覆层合金和芯合金中的含量限制在不超过0.3％，尽管根据本发明的原则，由于非常易于卷边的覆层板的存在，该效果更少限制。
Cu在烤漆过程中有助于合金的硬化。然而，由于其对耐腐蚀性(主要为丝状腐蚀)的负面效果，将其在芯合金和在形成复合材料壳且因此直接暴露于所述腐蚀中的覆层合金中的含量限制为不超过0.3％。对于一些重要应用，取决于涂覆方法和类型，特别是对于外侧板的应用，尤其是卷边外侧板，该限制可降至0.2％。
此外，芯合金可或多或少地直接与外界接触，特别是通过钻孔或切边或在为矫正表面缺陷而显著打磨壳之后或在修复过程中。组装操作(包括焊接)也可使芯的某些部分接近表面。为了适应这些情况，芯的Cu含量也限于不超过0.3％。
Zn某种程度上改善机械性能，但对于最高达0.3％的值，其对抗结构晶间腐蚀性尤其具有积极的效果。因此，将其以该比例加入到所述芯合金(特别是含有铜)中可以是非常有利的。如果超过这个限度，其对成型性能的负面效果和过度降低腐蚀电位的风险意味着其不再受到关注。
最后，Ti和Cr用于控制所述晶粒尺寸，对于覆层板的应用，用于防止在苛刻的变形(如卷边或深度冲压)过程中橘皮效应的现象。其各自含量限制在不超过0.2％，相反，在更高的浓度下其对成型性有不利影响。
复合材料可包括单层覆层板。此情况下，对于卷边板的应用，将所述板或覆层板这样放置：在卷边操作过程中，板或覆层板在外侧。所述芯合金板也可在每个侧面均包括覆层板。
覆层板或各覆层板的厚度为复合材料总厚度的5％至10％。即使在通常为3％的低覆层厚度下，也能观察到成型性能(包括弯曲和冲压)的非常显著的改善，而机械性能且特别是屈服强度Rp0，2仅受轻微影响。
在两层覆层板的总厚度超过20％、每层覆层板的厚度大于10％的情况下，与单板相比，机械性能的损失变得过大，使得本发明不能引起任何兴趣。
具体而言，覆层板或各覆层板的厚度选择为5％，从而有助于强度下降最小，或选择为10％，从而在发生冲击时保持令人满意的变形性或能量吸收能力。
还应注意，用于本发明的复合材料的覆层板能够实现优异的表面质量，特别是几乎没有或无条痕——本领域专家用于描述成型过程中造成的取向粗糙度的词，并且其还隐藏了芯的任何可能低效的行为。
最后，本发明还涉及所述复合板材的制造，其中，具有上述组成的金属合金的覆层板应用于由合金(其组成也已在上面给出)制成的芯板的至少一侧。
所述制造方法预先包括芯合金板和板的、或在芯的两侧覆盖的情况下和两块板的通过铸造和可能的轧制的制备，所述板的厚度与所述芯的厚度不同。
这些板对应于待制造的复合材料产品的两块或三块板。随后将其叠加，并热轧制所述组装物，以及如果待得到的最终厚度需要，则进行冷轧制。
轧制在多道轧道中进行，如有必要，在某些轧道之间有一次或多次中间退火操作。
当然，使用该最常见的方法不是唯一的；本发明的材料可通过包含至少两种铝合金(芯和覆层)的板的半连续立式铸造方法、通过通常借助至少一个分离器的同时铸造而获得，如特别是申请人在2011年7月12日的法国专利申请11／02197中描述的方法，但该方法不是唯一的。
借助下列实施例可更好地理解本发明的细节，然而，下列实施例不是限制性的。
实施例
前言-卷边能力测试
各种被测材料的卷边能力根据标准NF EN ISO7438的“三点弯曲测试”测量。
弯曲设备如图2所示。
首先，在板T上沿轧制方向实施10％的预拉伸应变，随后“三点弯曲”测试本身用半径r=0.2mm的冲头B进行，所述板由两个辊R支撑，弯曲轴与轧制和预拉伸的方向垂直。所述辊具有30mm的直径且所述辊的轴间距为30+2t mm，t为所测试的板T的厚度。
在测试开始时，冲头与板接触，应变为30牛顿。一旦接触，冲头的移动回零。测试随后包括移动冲头，从而实施板的“三点测试”。
当板的微裂纹导致冲头的力下降至少30牛顿时，停止测试，或者，如果没有微裂纹，则当冲头移动14.2mm(其对应于可允许的最大行程)时，停止测试。
测试结束时，如图3所示，样品板弯曲。随后通过测量弯曲角α(以度计)评价卷边能力。弯曲角α越大，板的卷边能力或弯曲能力越高。
实施例1
本实施例所使用的复合板材通过热共轧制备，其方法为本领域专家熟知并用于钎焊板的制备。
由芯板A和两块较薄的覆层板P，通过热共轧、热轧和冷轧轧制三次制造最终厚度为1mm的复合材料C；因此，所述复合材料每侧有各有一块覆层板，每块覆层板占1mm总厚度的5％，即50微米。
本发明的复合材料C1由组成A1的芯板和两块相同组成P1的覆层板组成。
本发明的复合材料C2由组成A1的芯板和两块相同组成P2的覆层板组成。
作为比较，第三种复合材料C3也由组成A3的芯板和两块相同组成P3的覆层板制成。
以重量百分比表达的构成复合材料的三种板的组成总结于下表1中：
表1
Si Fe Cu Mn Mg Cr
A1 1.24 0.19 0.22 0.07 0.40 0.01
P1 0.52 0.24 0.09 0.17 0.25 0.01
P2 0.56 0.24 0.09 0.30 0.25 0.01
A3 1.19 0.20 0.22 0.08 0.32 0.01
P3 0.60 0.13 0.09 0.18 0.66 0.03
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
冷轧制之后，所述三种复合材料板在530℃下进行固溶热处理、淬火和通过在约85℃下缠绕而进行预老化并缓慢冷却盘卷至室温。
平行地，以标准方式处理对应于表1中每种成分的五个板，从而在复合材料的各个组成的热轧之后得到厚度为1mm的板。所述三种复合板C1、C2、C3和所述五种单层板A1、P1、P2、A3、P3的其余变形过程相同。
在室温下等待两周之后，随后在T4P状态中，根据前言中所述过程评价不同材料的卷边能力。
应注意，10％预拉伸应变用于模拟已在通过冲压的实际成型过程中事先发生严重变形的区域的卷边行为。其也使得所述三点弯曲测试更为苛刻，从而用于汽车车身部件的以板材的形式使用的大部分标准材料(AA6111、AA6016、AA6014、AA6005A)在冲头达到其最大行程14.2mm之前便开始破裂。
这些测试的结果如图4所示。可以看出，构成复合材料的芯的材料A1和A3在10％预拉伸应变之后的弯曲角相似，即使A3的弯曲稍好于A1。
相反，构成复合物的覆层的三种材料P1、P2和P3具有显著不同的行为：根据本发明，P1和P2具有大于140°的弯曲角α10％，而非本发明的P3是三种材料中最不易弯曲的。总之，当比较所述三种材料时，P2是最易弯曲的材料而P3是最不易弯曲的材料。
应注意，复合材料的弯曲性能与其各自的覆盖层相似，虽然弯曲样品的外表面上的覆层的比例仅为复合材料总厚度的5％。所以C2为最易弯曲的材料而C3为最不易弯曲的材料。
与不在本发明的范围内的材料C3的弯曲角相比，本发明的复合材料C1和C2在10％预拉伸应变之后具有大于140°的弯曲角。
实施例2
使用得自实施例1的相同的三种材料A1、P1和C1。
在此，研究在室温下在盘卷的加工完成后(如实施例1中)至进行弯曲测试之间的等待时间或自然老化时间的影响。在工业过程中，在板交付与将其用于制造车身部件之间通常存在等待期间；该期间是可变化的，但可最高达6个月。
在室温下等待一段可变的时间之后，对板A1、P1和C1进行上述“三点弯曲测试”。
结果在图5中示出，Y轴为以度为单位的弯曲角，x轴为以天为单位的等待时间。
可见，构成复合材料C1的覆层的材料P1的弯曲能力优异，这是因为对于14.2mm的冲程(其为该测试的最大冲程)而言获得了150°的角α。还应注意，不论等待时间或自然老化时间长短，都能够获得该值并且其是稳定的。
构成复合材料的芯的材料A1具有稍差的弯曲能力，角α值显著小于140°。此外，现发现，等待对该材料明显有害，导致在6个月之后角α的值仅为100°。
由组成A1的芯和组成P1的50微米的两层覆层组成的本发明的复合材料C1具有非常好的弯曲能力，角α的值大于140°。应注意，当等待时间延长时，本发明的复合材料C1的弯曲能力不随时间下降。此处，覆层的弯曲能力似乎控制复合材料的第一级弯曲能力。
因此，首先通过将角α的值几乎增加至其覆层P1的值，第二通过使复合材料C1的弯曲能力对等待(在所述盘卷的加工结束与之后的最高达六个月期的弯曲之间)不敏感或变化通常小于5°，根据本发明制造复合材料C1，有效提高单层A1芯材料的弯曲性能。
实施例3
在该实施例中，使用本发明实施例1的两种复合材料C1和C2。
作为比较，使用相同方法(半连续立式铸造、均化、热轧、冷轧、固溶硬化、淬火和预老化)制造若干单层板6xxx合金。
由重量百分比表达的单层板的组成总结在下表2中。
表2
Si Fe Cu Mn Mg Cr
A1 1.24 0.19 0.22 0.07 0.40 0.01
P1 0.52 0.24 0.09 0.17 0.25 0.01
P2 0.56 0.24 0.09 0.30 0.25 0.01
A3 1.19 0.20 0.22 0.08 0.32 0.01
P3 0.60 0.13 0.09 0.18 0.66 0.03
M1 0.57 0.24 0.08 0.13 0，53 0.03
M2 1.09 0.26 0.09 0.18 0.38 0.04
M3 1.05 0.26 0.09 0.16 0.37 0.03
M4 1.05 0.25 0.08 0.15 0.42 0.03
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
首先，在2％预拉伸应变和在185℃下热处理20分钟——模拟汽车车身部件制造过程中的成型和烤漆之后，根据标准NF EN10002-1测量常规屈服强度Rp0,2(称为Rp0,2-BH)。
第二，在室温下等待45天之后，随后在T4P状态中，根据上述相同过程评价不同材料的卷边能力。
这两种特征，即45天等待和10％预拉伸应变下的T4P状态中的卷边能力和2％预拉伸应变和在185℃下热处理20分钟之后的Rp0,2-BH，恰当地代表为制造车身部件而设计的板的期望性能。
然而，所述板应首先在T4P状态的成型之后能够卷边且在成型和烤漆之后还应表现出使用中的高屈服强度(即安装在组装车辆上的汽车部件的屈服强度)。
结果在图6中示出，Y轴为以度计的弯曲角，x轴为以MPa计的Rp0,2-BH。
图6表明，对应于单层板的点沿直线排列。具有最佳卷边能力的合金具有低Rp0,2-BH值。相反，表现出最高Rp0,2-BH值的合金在T4P状态下不易卷边。
单层合金排列的线代表在单层板的这两种性能之间可达到的平衡。
然而，可以看出，对应于本发明复合材料板的点C1和C2具有明显更高的卷边能力，弯曲角为143°，对于Rp0,2-BH同样很高，约230MPa，是更受关注的平衡。
实施例4
在该实施例中，同样使用实施例1中的复合材料。
实施与实施例3中描述的相同的表征，即使用相同的方法测量Rp0，2-BH值和进行“三点弯曲”测试。
结果如图7中所示，如前所述，Y轴为弯曲角(以度计)，x轴为Rp0，2-BH(以MPa计)。
首先，对于点C1、C2、C3，现发现：对于相同的Rp0，2-BH值，本发明复合材料C1和C2使用弯曲测试的卷边能力明显高于本发明范围之外的复合材料C3的卷边能力。
因此，虽然复合材料C3的芯A3比复合材料C1和C2的芯A1更易弯曲，但覆盖层P1和P2比覆盖层P3更易弯曲的事实导致复合材料C3的卷边能力或弯曲能力下降。
因此，与现有技术已知的并且特别是“Aleris Aluminum DuffelBVBA”的申请EP1852250Al相反，更好的方法是用具有低Rp0，2-BH值但具有优异卷边能力或弯曲能力的覆层板而不是用AA6005A型合金覆层板来覆盖由AA6016合金制成的芯。更具体而言，本发明复合材料C1和C2的覆层板的镁含量小于0.3％的事实显著地提高了卷边能力或弯曲能力。
实施例5
在该实施例中，同样使用本发明实施例1的两种复合材料C1和C2，并将其与同样得自实施例1的具有1mm相同厚度的组成A1的单层板比较。
其目的在于表明，除了在T4P状态中成型之后具有改善的卷边能力同时在烤漆过程中保持显著的硬化能力之外，本发明的材料在相同的T4P状态中还具有用于冲压的更好的成型性。
通过测定本领域专家已知为LDH(极限拱顶高度)的参数评价后一种性质。其广泛用于评估厚度在0.5至2mm的板的冲压能力。其已成为大量出版物的主题，特别是R.Thompson的"The LDH test toevaluate sheet metal formability-Final Report of the LDH Committeeof the North American Deep Drawing Research Group"，SAEconference，Detroit，1993，SAE Paper n°930815。
这是坯料的冲压试验，坯料的边缘通过卡环夹住。控制压料面的压力以防止在卡环中滑动。尺寸为120x160mm的所述坯料以与平面变形相似的方式装载。所用的冲头为半球形。
图8表明该实施例中进行该LDH测试所用的工具的尺寸。
冲头与板之间的润滑由石墨脂(Shell HDM2脂)提供。冲头下降的速度为50mm／min。LDH值是破坏时冲头的移动距离，或最大冲压深度。取三个测试的平均值，对于±0.2mm的测量得到置信范围为95％。
下表3示出从上述板中切割的120x160mm的样品中获得的LDH参数的值，且其中将尺寸为160mm的边平行于轧制方向放置。
表3
LDH(mm)
A1 26.7
Cl 27.7
C2 27.3
应注意，本发明的复合材料C1和C2均具有比1mm相同厚度的组成A1的单层板更高的LDH值。
实施例6
该实施例意在表明本发明的材料在成型过程中条痕的外观方面的行为。
为此，使用下述条痕测试：
从测试材料中切出约270mm(横向)×50mm(轧制方向)的条带。随后沿轧制方向或沿所述条带的长度方向施加15％的预拉伸应变。接着所述条带经P800型砂纸的作用，从而暴露出所述条痕缺陷。随后对其进行目测评价并表达为在1(高度条痕)至5(完全不存在条痕)的标度上的等级评定。
该实施例所用的板复合材料由芯板A4和两个覆层板P4通过热共轧制备。两种复合材料C4和C5通过热共轧、热轧和随后的冷轧轧制两次，最终总厚度为1mm，且两侧的两块覆层板各自分别代表1mm最终总厚度的5％和10％。
本发明的复合材料C4由组成A4的芯板和两个相同的组成P4的覆层板组成。所述C4材料每一面各具有一块占所述总最终厚度5％的覆层板。
本发明的复合材料C5由组成A4的芯板和两个相同组成P4的覆层板组成。所述C5材料每一面各具有一块占总最终厚度10％的覆层板。
以重量百分比表达的这两种复合材料的组成部分的组成总结于下表4中：
表4
Si Fe Cu Mn Mg Cr
A4 1.12 0.24 0.17 0.16 0.66 0.03
P4 0.55 0.25 0.18 0.09 0.26 0.02
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
同时，变形对应于表4的A4组成的另一板，从而获得最终厚度为1mm的单层板。
在上述各情况中，实施两道冷轧制过程，一道没有中间退火(随后用指数a表示)而另一道有中间退火(指数b)，冷轧过程旨在改善成型和涂漆之后的表面外观。
在冷轧之后，各种复合材料经过在550℃下的固溶热处理、淬火和通过在约50℃下缠绕而进行的预老化并缓慢冷却盘卷至室温。
在室温下等待两周之后，随后在T4P状态中，根据在已描述的过程中所描述的过程评价不同材料的条痕。
所得结果在下表5中给出。
表5
标度
A4-a 1
C4-a 4
C5-a 5
A4-b 4
C4-b 5
C5-b 5
可见，在没有中间退火(指数a)的变形的情况下，A4-a芯具有显著的条痕缺陷，而由相同A4芯和两块各自具有5％厚度的覆层板组成的C4-a复合材料具有非常好的表面外观，在包含两块各自具有10％厚度的C5-a覆层板的复合材料的情况下，表面外观变得优异。
在芯A4-b自身已经历具有中间退火的变形且因此具有非常好的表面外观(等级4)的情况下，通过覆盖该芯而获得的复合材料C4-b和C5-b带来相似或更好的条痕结构(等级5)。
因此，本发明在不牺牲有关条痕缺陷行为的性能的前提下，使得消除中间退火成为可能。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于汽车车身部件的复合铝合金板材，其中厚度为所述复合材料总厚度的5％至10％的覆层板或覆层应用于芯的至少一侧，其特征在于，重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 1.1-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2
覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
2.权利要求1的复合板材，其特征在于，所述芯的镁含量在0.4与0.7之间。
3.权利要求1或2的复合板材，其特征在于，所述芯的锰含量在0.05与0.2之间。
4.权利要求1至3中任一项的复合板材，其特征在于，所述芯的铜含量限于不超出0.2。
5.权利要求1至4中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的硅含量在0.45与0.65之间。
6.权利要求1至5中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的镁含量在0.23与0.29之间。
7.权利要求1至6中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的锰含量在0.10与0.30之间。
8.权利要求1至7中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板通过共轧制应用于所述芯。
9.权利要求1至8中任一项的复合板材，其特征在于，覆层板仅应用于所述芯的一侧。
10.权利要求1至8中任一项的复合板材，其特征在于，覆层板应用于所述芯的两侧。
11.权利要求1至10中任一项的复合板材，其特征在于，所述复合板材具有根据NF EN ISO7438测量的在10％预拉伸应变之后至少为140°的“三点弯曲角”(α10％)，所述板材处于T4P状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕—一通常在50℃与85℃之间—一而进行的预老化、以及缓慢冷却盘卷至室温。
12.权利要求1至11中任一项的复合板材，其特征在于，在10％预拉伸应变之后立即获得的至少为140°的所述“三点弯曲角”(α10％)，随着盘卷冷却之后的室温下的等待时间，在最高达至少6个月的等待时间内基本不变化，或通常表现出小于5°的变化。
13.权利要求1至12中任一项的复合板材，其特征在于，在固溶热处理、淬火、通过缠绕—一通常在50℃与85℃之间—一而进行的预老化以及缓慢冷却所述盘卷至室温、2％预拉伸应变和在185℃下烤漆处理20分钟之后，所述复合板材的屈服强度Rp0，2为至少200MPa，优选220MPa。
14.权利要求1至13中任一项的复合板材，其特征在于，所述复合板材具有根据NF EN ISO7438测量的在10％预拉伸应变之后至少为140°的“三点弯曲角”(α10％)，所述板材处于T4P状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕—一通常在50℃与85℃之间—一而进行的预老化过程以及缓慢冷却盘卷至室温；并且特征在于，在固溶热处理、淬火、通过缠绕—一通常在50℃与85℃之间—一而进行的预老化以及缓慢冷却所述盘卷至室温、2％预拉伸应变和在185℃下烤漆处理20分钟之后，所述复合板材的屈服强度Rp0，2为至少200MPa，优选220MPa。
15.汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材由权利要求1至14中任一项的复合板材制成。
16.权利要求15的汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材为冲压板材。
17.权利要求15或16的汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材为卷边板材。
18.制造权利要求1至11中任一项的用于汽车车身部件的复合铝合金板材的方法，其中将覆层板通过共轧制应用在芯的至少一侧，其特征在于，所述芯和所述覆层板的重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
芯 1.1-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2
覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。

Claims (18)

1.用于汽车车身部件的复合铝合金板材，其中厚度为所述复合材料总厚度的5％至10％的覆层板或覆层应用于芯的至少一侧，其特征在于，重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 芯 1.1-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2 覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
2.权利要求1的复合板材，其特征在于，所述芯的镁含量在0.4与0.7之间。
3.权利要求1或2的复合板材，其特征在于，所述芯的锰含量在0.05与0.2之间。
4.权利要求1至3中任一项的复合板材，其特征在于，所述芯的铜含量限于不超出0.2。
5.权利要求1至4中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的硅含量在0.45与0.65之间。
6.权利要求1至5中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的镁含量在0.23与0.29之间。
7.权利要求1至6中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的锰含量在0.10与0.30之间。
8.权利要求1至7中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板通过共轧制应用于所述芯。
9.权利要求1至8中任一项的复合板材，其特征在于，覆层板仅应用于所述芯的一侧。
10.权利要求1至8中任一项的复合板材，其特征在于，覆层板应用于所述芯的两侧。
11.权利要求1至10中任一项的复合板材，其特征在于，所述复合板材具有根据NF EN IS07438测量的在10％预拉伸应变之后至少为140°的“三点弯曲角”(α10％)，所述板材处于T4P状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕——通常在50℃与85℃之间——而进行的预老化、以及缓慢冷却盘卷至室温。
12.权利要求1至11中任一项的复合板材，其特征在于，在10％预拉伸应变之后立即获得的至少为140°的所述“三点弯曲角”(α10％)，随着盘卷冷却之后的室温下的等待时间，在最高达至少6个月的等待时间内基本不变化，或通常表现出小于5°的变化。
13.权利要求1至12中任一项的复合板材，其特征在于，在固溶热处理、淬火、通过缠绕——通常在50℃与85℃之间——而进行的预老化以及缓慢冷却所述盘卷至室温、2％预拉伸应变和在185℃下烤漆处理20分钟之后，所述复合板材的屈服强度Rp0，2为至少200Mpa，优选220MPa。
14.权利要求1至13中任—项的复合板材，其特征在于，所述复合板材具有根据NF EN ISO7438测量的在10％预拉伸应变之后至少为140的“三点弯曲角”(α10％)，所述板材处于T4P状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕——通常在50℃与85℃之间——而进行的预老化过程以及缓慢冷却盘卷至室温；并且特征在于，在固溶热处理、淬火、通过缠绕——通常在50℃与85℃之间——而进行的预老化以及缓慢冷却所述盘卷至室温、2％预拉伸应变和在185℃下烤漆处理20分钟之后，所述复合板材的屈服强度Rp0，2为至少200MPa，优选220MPa。
15.汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材由权利要求1至14中任一项的复合板材制成。
16.权利要求15的汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材为冲压板材。
17.权利要求15或16的汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材为卷边板材。
18.制造权利要求1至11中任一项的用于汽车车身部件的复合铝合金板材的方法，其中将覆层板通过共轧制应用在芯的至少一侧，其特征在于，所述芯和所述覆层板的重量百分比组成如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 芯 0.75-1.3 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.4-0.8 <0.2 <0.3 <0.2 覆层 0.3-0.9 <0.3 <0.3 0.05-0.3 0.15-0.30 <0.2 <0.3 <0.2
其他元素各自<0.05且总和<0.15，余量为铝。
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