CN104451477A - 提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法 - Google Patents

提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，属于铝合金加工技术领域。本发明的方法是在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为50～150℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～20℃/h，降温至40℃以下。本发明的方法工序简单，生产效率高，能有效改善6xxx系铝合金汽车板的自然时效稳定性及烘烤硬化性能，使其适用于作为汽车车身用铝合金板材。

Description

提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，具体是指汽车用铝合金车身板材料的热处理方法，尤其是提高6xxx系铝合金车身板烘烤硬化性能及自然时效稳定性能的热处理方法。
背景技术
汽车轻量化是汽车的发展方向之一，铝合金由于具有比强度高、可加工性能好、焊接性能和抗蚀性优良、冲击韧性高及可以高速挤压成结构复杂的各种型材等特点，在节能减排和碰撞安全性方面具有很多优点，因此在现代汽车工业中得到了广泛应用。
汽车车身板用铝合金以6xxx系合金为主。6xxx系铝合金的高强度需要人工时效才能获得。6xxx系铝合金汽车车身板从铝加工厂出厂时应进行固溶淬火处理，经过运输，相当于在室温放置较长时间才在汽车厂进行冲压成形及烤漆(相当于人工时效)。6xxx系铝合金固溶处理淬火后在室温下自然停放往往对其后的成形性有不利的影响，即有明显的室温停放效应。另一方面，T4状态的6xxx系铝合金冲压成车身构件后，经过170～205℃烤漆处理，由于烤漆时间较短(一般小于30mi n)，不仅不能发挥合金的时效硬化潜力，而且还可能发生回归现象，造成铝合金车身经烤漆加热后不能获得时效强化。
为推动6xxx系铝合金板材在轿车车身构件上的广泛应用，必须解决两个关键问题：其一是提高自然时效稳定性，即在冲压成型前具有良好的成形性；其二是合金板材冲压成型后在170℃～205℃之间时效30分钟，其屈服强度有显著提高(即提高烘烤硬化性)，达到产品要求。如果采用适当的预时效手段减轻铝合金板材的室温停放效应，不仅能使铝合金保持良好的成形性，还能提高合金的烘烤硬化性。
汽车板生产主要工艺路线为：熔炼→铸造→均匀化→预热→热轧→冷轧→(中间退火)→冷轧→固溶淬火→预时效。目前，对6xxx系铝合金汽车板的预时效处理制度有几种：
(1)6xxx系铝合金经固溶水淬至室温后，马上进行恒温预时效，通常采用高温短时或低温长时，即：预时效处理制度170～210℃/10～60s，或70～130℃/0.2～12h；
(2)6xxx系铝合金经固溶后水淬至60～120℃，然后缓慢冷却。
上述预时效处理制度虽然能一定程度提高合金的烘烤硬化性能，然而工艺上还具有一些缺点，采用高温短时预时效处理的方法，效率虽高，但时间太短实际生产中不容易控制；采用低温长时预时效处理效率低，不利于实际生产；而采用固溶水淬至所需的预时效温度，进而再保温或者降温，控制淬火后的温度在实际生产中不便于实施。除此，上述方法还存在自然时效稳定性较短的问题，不能长时间保持烘烤硬化性能。
中国专利(CN 101545083 B)也公开了一种提高6XXX系铝合金加工成形性和烘烤硬化特性的热处理方法，是将铝合金薄板固溶淬火处理后在1小时内进行120℃-180℃的热处理，处理时间5分钟-30分钟；然后在一天内接着进行50℃-80℃的热处理，处理时间1小时-10小时。能够较好地提高烘烤硬化性能，且时效稳定性交好，能保持烘烤硬化性能3、4个月，但其热处理的工序较耗费工时，生产效率不高。
本发明旨在结合实际生产情况，提供一种工序简单，生产效率高的热处理方法，改善6xxx系铝合金汽车板的自然时效稳定性及烘烤硬化性能，使其适用于作为汽车车身用铝合金板材。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对国内6系铝合金车身板生产需要解决的问题，通过改善预时效处理制度，获得具有优良自然时效稳定性及烘烤硬化性能的6系铝合金汽车板。
本发明采用的技术方案如下：
提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，是在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为50～150℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～20℃/h，降温至40℃以下。
进一步地，上述提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，是在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为80～120℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～10℃/h，降温至40℃以下。
进一步地，上述提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，是在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为80～100℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～10℃/h，降温至40℃以下。
所述6xxx系铝合金是指6016、6111和6022铝合金。
本发明能在所有汽车车身用铝合金板材上实施，以国外已经应用的抗腐蚀优良的6016合金薄板为研究对象，6016铝合金的成分按质量比为:Si1.0-1.5％,Mg0.25-0.6％,Cu<0.2％,Fe<0.5％,Mn<0.2％,Zn<0.2％,Ti<0.1％,Cr<0.1％，其余为Al。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的方法转移时间长，符合工厂实际情况便于自动化操作；采用温度较低且有较宽温度处理范围，易于实现，可以节省能源和设备投资；工序简单，能够提高生产效率，降低能耗。
2、6xxx系铝合金板材固溶后经本方法处理后，烘烤硬化性能得到改善，加工性能提高，使烘漆后的产品强度明显升高。更为关键的是经过本发明方法预热处理，以及控制预热后冷却的降温速度，其自然时效稳定性能得到提高，使铝合金板材的烘烤硬化性能保持时间大大延长，可到六个月以上。铝合金板材自然条件下放置很长时间后仍具有良好的加工性能和烤漆强化性能，这有利于产品出口创汇，提高产品竞争力。
采用本发明热处理方法生产的铝合金板材在冲压前具有较低屈服强度和较高的塑性，有利于冲压成型，而烘烤硬化后屈服强度大于200MPa，满足汽车板抗冲击的要求，可广泛适用于对汽车车身用铝合金板材的工艺处理，促进铝合金板材替代钢板减轻车体重量，从而在取得良好的经济效益的同时节约能源减少排放量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明方法进一步详细说明。本发明的实施例所用铝合金样品均为汽车车身板铝合金6016，其化学成分统一为(质量分数)为:Si1.20％，Mg0.42％,Cu0.015％,Fe0.2％，Mn0.051％,Zn0.15％，Ti0.05％，Cr0.05％，其余为铝。
本发明提供的提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，是在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内进行，进入温度为50～150℃的炉内，保温不超过20min后降温至40℃以下，降温速率3～20℃/h。经过处理，其烘烤硬化性能得到显著提高，且自然时效稳定性也得到明显改善，满足汽车车身板抗冲击的要求。
本发明通过预热处理工艺使得材料中的强化相的尺寸适中，使其既可为T4P状态提供适中的强度，又可在随后的烤漆过程中不发生溶解从而继续长大，使得材料的烘烤硬化性得到充分发挥。控制预热后的降温速率，从而控制析出相的形成速率、长大速率，以及基体中溶质原子的消耗，可以有效抑制合金在自然时效过程中形成尺寸较小的GP区，使得合金在自然时效过程中保持性能稳定。
实施例1
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃/5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为50℃的气垫炉内保温，保温1mi n后空冷降温至40℃以下，随后自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表1所示。
表1  50℃预时效、空冷试样烘烤硬化性能
注：Rp0.2为屈服强度，Rm为抗拉强度，A为延伸率，BHR为烘烤硬化值(烘烤前后屈服强度之差)，下同。
实施例2
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃/5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为70℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率20℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表2所示。
表2  70℃预时效，降温速度20℃/h试样烘烤硬化性能
实施例3
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为80℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率20℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表3所示。
表3  80℃预时效，降温速度20℃/h试样烘烤硬化性能
实施例4
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×1min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为80℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率10℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表4所示。
表4  80℃预时效，降温速度10℃/h试样烘烤硬化性能
实施例5
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为80℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率3℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表5所示。
表5  80℃预时效，降温速度3℃/h试样烘烤硬化性能
实施例6
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为100℃的气垫炉内保温，保温1min后空冷降温至40℃以下，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表6所示。
表6  100℃预时效，空冷试样烘烤硬化性能
实施例7
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为100℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率20℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表7所示。
表7  100℃预时效，降温速度20℃/h试样烘烤硬化性能
实施例8
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5h固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为100℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率10℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表8所示。
表8  100℃预时效，降温速度10℃/h试样烘烤硬化性能
实施例9
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为100℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率3℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表9所示。
表9  100℃预时效，降温速度3℃/h试样烘烤硬化性能
实施例10
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为110℃的气垫炉内保温，保温20min后降温至40℃以下，降温速率16℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表10所示。
表10  110℃预时效，降温速度16℃/h试样烘烤硬化性能
实施例11
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为110℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率12℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表11所示。
表11  110℃预时效，降温速度12℃/h试样烘烤硬化性能
实施例12
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为110℃的气垫炉内保温，保温1min后降温至40℃以下，降温速率6℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表12所示。
表12  110℃预时效，降温速度6℃/h试样烘烤硬化性能
实施例13
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为110℃的气垫炉内保温，保温15min后降温至40℃以下，降温速率3℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表13所示。
表13  80℃预时效，降温速度3℃/h试样烘烤硬化性能
实施例14
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为120℃的气垫炉内保温，保温18min后降温至40℃以下，降温速率18℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表14所示。
表14  120℃预时效，降温速度18℃/h试样烘烤硬化性能
实施例15
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温后20min内，进入温度为150℃的气垫炉内保温，保温20min后降温至40℃以下，降温速率20℃/h，随后自然时效一周、一个月、两个月后、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表15所示。
表15  80℃预时效，降温速度20℃/h试样烘烤硬化性能
对比例1
6016铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1.0mm的薄板；薄板经过535℃×5min固溶处理后快速水淬至室温合，自然时效一周、一个月、两个月、六个月后，进行175℃/30min烘烤实验，试样烘烤前后力学性能如表15所示。
表15  固溶未预时效试样烘烤硬化性能
上述实施例与对比例1比较可以看出，本发明6016合金薄板经过预时效处理后，屈服强度相比对比例有所下降，而烘烤后的屈服强度明显得到提高，烘烤硬化性能得到非常明显地提升，烘烤硬化后屈服强度均大于200MPa，满足汽车车身板基本性能指标要求。对比例的薄板在自然时效放置6个月后，其烘烤硬化性能较差，而本发明实施例中的铝合金车身薄板的烘烤硬化性能保持良好。另外，从实施例还可以看出，随着预时效的温度升高，预时效后冷却的速度越低，最终所得铝合金车身薄板的各项性能越好，在预时效温度为80～110℃，降温速度为3-10℃/h，预时效热处理的效果最好。

Claims (3)

1.提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，其特征在于：在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为50～150℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～20℃/h，降温至40℃以下。
2.根据权利要求1所述的提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，其特征在于：在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为80～120℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～10℃/h，降温至40℃以下。
3.根据权利要求2所述的提高6xxx系铝合金烘烤硬化性能及自然时效稳定性的热处理方法，其特征在于：在6xxx系铝合金板材固溶处理并淬火至室温后20min内，进入温度为80～100℃的炉内，保温不超过20min后降温，降温速率3～10℃/h，降温至40℃以下。
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