CN107254646B - 提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法及铝合金板材 - Google Patents
提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法及铝合金板材 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法及铝合金板材，涉及铝合金热处理技术领域。该热处理方法包括以下步骤：对6000系铝合金板材固溶处理并淬火至40～60℃，保温5～20min后快速升温至100～120℃，保温2～5min后冷却至室温。本发明缓解了传统的固溶预时效处理方法自然时效稳定性差、烘烤硬化性能保持时间短的问题。通过采用本发明的热处理方法能够更好地对室温停滞过程的稳定性进行调控，从而抑制自然时效的不良影响，不仅能使铝合金长期保持良好的成形性，还能显著提高其烤漆硬化性，得到的铝合金板材经烤漆后产品强度和硬度明显升高，屈服强度>200MPa、硬度>95HB。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金热处理技术领域，具体而言，涉及一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法及铝合金板材。
背景技术
基于全球节能环保需求，汽车工业相关部门推进轻量化的步伐逐步加剧，汽车轻量化主要可以从原材料的选择和结构设计等方面进行推进。6000系铝合金由于具有密度低、成型性和耐腐蚀性较高等优点，成为传统钢铁材料最佳的替代材料，可以用作汽车车身板。
6000系铝合金属Al-Mg-Si系列，常用的包括6016、6111和6022铝合金。6000系铝合金的高强度需要人工时效才能获得。原材料厂一般以固溶软化状态交货，用以保证汽车厂冲压车间的成型能力及烤漆过程的硬化能力。但固溶态的6000系铝合金在存放和运输过程中，会发生自然时效硬化行为，即在室温放置较长时间才进行冲压成形及烤漆(相当于人工时效)，这就在微观上消耗了6000系铝合金部分空位和过饱和固溶原子，提高了其冲压成型难度，降低了其烤漆后的硬化能力，弱化了其抗凹陷性能，即有明显的室温停滞效应。此外T4状态的6000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30min)，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。
针对自然时效行为所带来的不利影响，研究学者及工程技术人员一直在寻求行之有效的解决方法，包括固溶后预时效处理、预应变处理等。这些处理虽然对室温停滞效应有一定的弱化，但同时降低了烤漆过程的硬化速率和硬化程度，并且工艺控制的波动会对板材性能产生一定的影响。
目前，对6000系铝合金汽车板的预时效处理制度包括：
(1)6000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，如预时效处理制度170～210℃/10～60s，120℃/10min或60～130℃/0.2～12h；
(2)6000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烤漆硬化性能，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，在冲压成型前不能保持良好的成形性的问题，不能长时间保持烤漆硬化性能。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，该热处理方法通过固溶后淬火温度、时间及再升温温度、时间三级阶段，能够更好地对室温停滞过程的稳定性进行调控，从而抑制自然时效的不良影响，提高烤漆过程硬化动力学，不仅能使铝合金保持良好的成形性，还能提高其烤漆硬化性，实现烤漆过程更高的硬化能力。
本发明的目的之二在于提供一种所述的热处理方法得到的铝合金板材，通过此方法处理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，而烤漆硬化后的屈服强度高、抗凹陷，能够满足汽车板抗冲击的要求。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
对6000系铝合金板材固溶处理并淬火至40～60℃，保温5～20min后快速升温至100～120℃，保温2～5min后冷却至室温。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，以25～35℃/s的淬火速率淬火至40～60℃。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，以20～35℃/s的升温速率快速升温至100～120℃。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，固溶处理包括以5～10℃/s的加热速率加热至520～580℃，保温10～20min。
进一步，在本发明提供的技术方案的基础上，所述热处理方法还包括冷却至室温后停滞1～32周后进行烤漆，烤漆温度为160～200℃，烤漆时间为10～30min。
进一步，在本发明提供的技术方案的基础上，所述6000系铝合金板材通过将6000系铝合金熔炼并经均匀化处理后，热轧并冷轧成薄板得到。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(a)将6000系铝合金进行熔炼，得到熔炼坯料；
(b)将步骤(a)得到的熔炼坯料加热至520～560℃，保温12～24h，对坯料进行均匀化处理；
(c)将步骤(b)均匀化处理后的坯料热轧并冷轧成薄板，得到6000系铝合金板材；
(d)对步骤(c)6000系铝合金板材固溶处理并以25～35℃/s的淬火速率淬火至40～60℃，保温5～20min后以20～35℃/s的升温速率快速升温至100～120℃，保温2～5min后空冷至室温；
其中固溶处理包括以5～10℃/s的加热速率加热至520～580℃，保温10～20min；
(e)将步骤(d)空冷至室温后的6000系铝合金板材停滞1～32周后进行烤漆，烤漆温度为160～200℃，烤漆时间为10～30min。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，步骤(a)的6000系铝合金包括质量百分比的如下成分：Mg 0.50～1.20％，Si 0.40～1.00％，Cu 0.10～1.00％，Fe≤0.50％，Cr0.05～0.15％，Ti 0.02～0.15％，Zn 0.02～0.10％，余量为Al。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述6000系铝合金板材为6016铝合金板材、6111铝合金板材或6022铝合金板材。
一种上述提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法得到的铝合金板材。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法采用三级阶段热处理过程，通过固溶处理、淬火温度/时间控制以及再升温温度/时间控制得到稳定的室温空位浓度与原子团簇聚集区，有效消减室温停滞过程中的硬化效应，提高冲压过程的成型能力及烤漆过程的硬化能力。该方法能够有效减轻铝合金板材的室温停滞效应，可更好地对室温停滞过程的稳定性进行调控，稳定性更高，同时实现烤漆过程更高的硬化能力。
(2)本发明热处理方法处理时间短，采用温度较低，便于自动化操作，可以通过连续退火炉实现在线处理，提高生产效率，降低能耗。
(3)铝合金板材经本发明方法处理后，烤漆硬化性能得到改善，加工性能提高，冲压前具有较低屈服强度和较高的塑性，有利于冲压成型，烤漆后的产品强度和硬度明显升高，屈服强度>200MPa，硬度>95HB。此外，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。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法示意图；
图2为常规固溶-预时效处理方法示意图；
图3为实施例1经热处理空冷至室温后得到的铝合金板材的金相组织图；
图4为实施例1经热处理空冷至室温后得到的铝合金板材停滞两周后的透射电镜图；
图5为实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的硬度变化曲线图；
图6为实施例2、对比例4、对比例5和对比例6的硬度变化曲线图。
图标：a-固溶；b-预时效；c-自然时效；d-烤漆硬化；e-淬火；f-升温再分配。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，提供了一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
对6000系铝合金板材固溶处理并淬火至40～60℃，保温5～20min后快速升温至100～120℃，保温2～5min后冷却至室温。
6000系铝合金板材具有密度低、成型性和耐腐蚀性较高等优点，成为传统钢铁材料最佳的替代材料，可以用作汽车车身板。典型但非限制性的6000系铝合金板材为6016、6111或6022铝合金板材。
固溶处理是指将合金加热至第二相能全部或最大限度地溶入固溶体的温度，保持一段时间后，以快于第二相自固溶体中析出的速度冷却，获得过饱和固溶体的过程。固溶处理温度和固溶处理时间可以采用6000系铝合金板材固溶的常规方式进行，典型但非限制性的固溶温度为510℃、530℃或550℃。
通过固溶处理保证合金元素的固溶与基体晶粒再结晶之间的协调。
淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却的过程。典型但非限制性的快速冷却(淬火)速率大于20℃/s。
在淬火时，典型但非限制性的淬火至40℃、50℃或60℃，淬火后典型但非限制性的保温时间为5min、10min、15min或20min。
优选的是，淬火至60℃保温10min。
通过淬火温度与时间实现相应温度下空位浓度及固溶原子的量控。
淬火保温后进行快速升温，快速升温一般指以大于15℃/s的升温速率进行升温，典型但非限制性的升温至100℃、110℃或120℃，升温后典型但非限制性的保温时间为2min、3min、4min或5min。
优选的是，快速升温至120℃保温3min。
通过在淬火后进行快速升温，实现空位与过饱和固溶原子的再分配。
快速升温后冷却至室温。
冷却是指自然冷却，自然冷却是利用密度随温度变化而产生的流体循环过程来带走热量的冷却方式。
优选地冷却方式为空冷，即自然空气冷却。
室温指室内温度，即铝合金板材的周围大气温度，典型但非限制性的室温为25℃。
空冷至室温，实现室温停滞期间空位及过饱和固溶原子的稳定。
优选地，固溶、淬火、快速升温以及冷却整个热处理过程可以在连续退火炉上进行，实现在线处理，提高生产效率。
由于固溶态的6000系铝合金在存放和运输过程中，会发生自然时效硬化行为，有明显的室温停滞效应。为了缓解自然时效的不利影响，目前通常在固溶后采取预时效处理制度，通过高温短时或低温长时，如120℃/10min，170～210℃/10～60s或60～130℃/0.2～12h，在一定程度上能够提高合金的烤漆硬化性能，但仍存在自然时效稳定性差、烘烤硬化性能保持时间短的问题。
本发明的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法通过三级阶段式热处理过程，利用固溶保证合金元素的固溶与基体晶粒再结晶之间的协调；淬火温度与时间保证一定的空位浓度及固溶原子的热力学状态；升温至再分配温度实现空位与固溶原子的再分配，生成室温下稳定、烤漆过程利于亚稳强化相析出的原子团簇区，有效消减室温停滞过程中的硬化效应，提高冲压过程的成型能力及烤漆过程的硬化能力。室温停滞稳定性更高，烘烤硬化性能保持时间长。经本发明热处理后的铝合金板材冲压前具有较低屈服强度和较高的塑性，烤漆后的产品强度高、抗凹陷，在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，满足汽车板抗冲击要求。
在一种优选的实施方式中，以25～35℃/s的淬火速率淬火至40～60℃。
典型但非限制性的淬火速率为25℃/s、30℃/s或35℃/s。
特定的淬火速率能够使铝合金板材中的固溶原子保持更好的热力学状态，热处理效果更好，最终得到的铝合金板材性能更好。
在一种优选的实施方式中，以20～35℃/s的升温速率快速升温至100～120℃。
典型但非限制性的升温速率为20℃/s、25℃/s、30℃/s或35℃/s。
保持20～35℃/s的升温速率能够在快速升温中实现空位与固溶原子的再分配，实现对过饱和固溶原子团簇结构的控制，使其在室温下稳定，成型后的烤漆过程更有利于亚稳强化相的形核析出，热处理效果更好，最终得到的铝合金板材性能佳。
在一种优选的实施方式中，固溶处理包括以5～10℃/s的加热速率加热至520～580℃，保温10～20min。
固溶处理典型但非限制性的加热至520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃或580℃，升温后典型但非限制性的保温时间为10min、15min或20min。固溶处理典型但非限制性的加热速率为5℃/s、6℃/s、7℃/s、8℃/s、9℃/s或10℃/s。
优选的是，以10℃/s的加热速率加热至550℃保温15min，或以10℃/s的加热速率加热至560℃保温10min。
通过对固溶温度、时间和加热速率的优化控制，调控合金元素的固溶与基体晶粒的再结晶过程，使之更加协调，使整个热处理过程效果更好。
在一种优选的实施方式中，热处理方法还包括冷却至室温后停滞1～32周后进行烤漆，烤漆温度为160～200℃，烤漆时间为10～30min。
典型但非限制性的自然时效停滞时间为1周、2周、1个月、2个月或6个月。
典型但非限制性的烤漆温度为160℃、170℃、180℃、190℃或200℃，典型但非限制性的烤漆时间为10min、15min、20min、25min或30min。
通过进行人工时效模拟烤漆硬化处理，实现烤漆硬化，热处理后的铝合金板材经过长时间的放置，甚至放置六个月以上，仍具有良好的加工性能和烤漆强化性能，使铝合金板材的烘烤硬化性能保持时间大大延长。
在一种优选的实施方式中，6000系铝合金板材通过将6000系铝合金熔炼并经均匀化处理后，热轧并冷轧成薄板得到。
典型的6000系铝合金例如为6016铝合金、6111铝合金或6022铝合金。
在铝合金板生产过程中，经过熔炼铸造、均匀化、热轧和冷轧等过程，得到铝合金板材。
优选地，熔炼时对合金元素及铝液纯净度进行调控。其中主合金元素百分含量范围为：0.5≤Mg≤1.2，0.4≤Si≤1.0，0.1≤Cu≤1.0，Fe≤0.5，微合金元素百分含量范围为：0.05≤Cr≤0.15，0.02≤Ti≤0.15，0.02≤Zn≤0.10。
通过对铝合金的化学成分进行优化，可以充分发挥铝合金的性能，避免合金在淬火或快速升温时由于温差较大而产生裂纹，热处理后可以进一步提高铝合金板材的性能。
优选地，均匀化处理在电阻炉中进行，加热温度520～560℃保温12～24h。
典型但非限制性的均匀化加热温度为520℃、530℃、540℃、550℃或560℃，典型但非限制性的均匀化时间为12h、18h或24h。
通过均匀化处理能够实现凝固结晶相的充分溶解及合金元素的均匀化。
热轧和冷轧可以采用铝合金的常规热轧和冷轧方式进行。
经热轧、冷轧后变形为所需厚度，例如制成1mm或1.2mm的板材。
在一种优选的实施方式中，一种典型的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(a)将6000系铝合金进行熔炼，得到熔炼坯料；
(b)将步骤(a)得到的熔炼坯料加热至520～560℃，保温12～24h，对坯料进行均匀化处理；
(c)将步骤(b)均匀化处理后的坯料热轧并冷轧成薄板，得到6000系铝合金板材；
(d)对步骤(c)6000系铝合金板材固溶处理并以25～35℃/s的淬火速率淬火至40～60℃，保温5～20min后以20～35℃/s的升温速率快速升温至100～120℃，保温2～5min后空冷至室温；
其中固溶处理包括以5～10℃/s的加热速率加热至520～580℃，保温10～20min；
(e)将步骤(d)空冷至室温后的6000系铝合金板材停滞1～32周后进行烤漆，烤漆温度为160～200℃，烤漆时间为10～30min。
在一种优选的实施方式中，其中步骤(a)的6000系铝合金包括质量百分比的如下成分：Mg 0.50～1.20％，Si 0.40～1.00％，Cu 0.10～1.00％，Fe≤0.50％，Cr 0.05～0.15％，Ti 0.02～0.15％，Zn 0.02～0.10％，余量为Al。
前期通过优化6000系铝合金的化学成分，得到优化成分的铝合金板材，优化后的铝合金板材质量更好，使合金的性能得到最大限度的发挥，热处理后的铝合金板材性能更优，不会出现裂纹等情况。
优选地，6000系铝合金板材也可以直接选用市售的6016铝合金板材、6111铝合金板材或6022铝合金板材。
采用本发明热处理方法能够使6000系铝合金板材获得更低的室温强化效应，表现出更好的室温稳定性，板材烤漆硬化性能好。
根据本发明的另外一个方面，提供了一种上述提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法得到的铝合金板材。
通过采用本发明的热处理方法得到的铝合金板材的烤漆硬化性能好，加工性能提高，冲压前具有较低屈服强度和较高的塑性，有利于冲压成型，烤漆后的产品强度和硬度明显升高，屈服强度>200MPa、硬度>95HB。
强度是材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。常用的是抗拉强度和屈服强度，这两个强度可以通过拉伸试验测出的应力应变曲线得出。
硬度是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，是衡量材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。
为了进一步了解本发明，下面结合具体附图和实施例对本发明方法和效果做进一步详细的说明。
图1为本发明一种实施方式的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法示意图；图2为常规固溶-预时效处理方法示意图。
如图2所示，为了缓解自然时效的不利影响，目前通常在固溶后采取预时效处理制度，先固溶处理并淬火至室温后，马上升温至预时效温度，保温一定时间后降温至室温。虽然这种方式在一定程度上能够提高合金的烤漆硬化性能，但存在自然时效稳定性差、烘烤硬化性能保持时间短的问题。对比本发明的方法，如图1所示，通过三级阶段热处理过程，进行固溶处理后淬火至40～60℃，保温一定时间(空位量控)，再快速升温至100～120℃，保温一定时间，实现空位与固溶原子的再分配，最后空冷至室温，生成室温下稳定、烤漆过程利于亚稳强化相析出的原子团簇区，有效消减室温停滞过程中的硬化效应，提高冲压过程的成型能力及烤漆过程的硬化能力。
实施例1
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将6016铝合金熔炼，经560℃-12h的均匀化退火工艺处理后，经热轧和冷轧至1.2mm板材；
其中，6016铝合金由质量百分比的如下成分组成：Mg 0.95％，Si 0.75％，Cu0.12％，Fe 0.3％，Cr 0.05％，Ti 0.04％，Zn 0.03％，余量为Al。
(2)在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至550℃，保温15min，再以30℃/s的淬火速率淬火至60℃，保温10min，随后以30℃/s的升温速率快速升温至120℃，保温3min，最后空冷至室温；
(3)将步骤(2)空冷至室温后的铝合金板材停滞一周、二周、一个月、两个月、六个月后，进行160℃-30min烤漆试验。
图3为经热处理空冷至室温后得到的铝合金板材的金相组织图，由图3可以看出，经过本发明热处理后的组织为再结晶后的铝基体晶粒，绝大部分相均已固溶到基体内。室温停滞14天后的透射电镜图如图4所示，并未见有明显的相析出。
试样烤漆前后力学性能如表1所示。
表1实施例1烤漆前后力学性能
注：Rp0.2为屈服强度，Rm为抗拉强度，BHR为烤漆硬化值(烤漆前后屈服强度之差)，下同。测试方法采用常规铝合金板的测试方法进行。
实施例2
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将6016铝合金熔炼，经520℃-24h的均匀化退火工艺处理后，经热轧和冷轧至1.2mm板材；
其中，6016铝合金由质量百分比的如下成分组成：Mg 0.50％，Si 1.00％，Cu0.10％，Fe 0.50％，Cr 0.05％，Ti 0.15％，Zn 0.02％，余量为Al。
(2)在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至560℃，保温10min，再以35℃/s的淬火速率淬火至40℃，保温15min，随后以30℃/s的升温速率快速升温至100℃，保温5min，最后空冷至室温；
(3)将步骤(2)空冷至室温后的铝合金板材停滞一周、二周、一个月、两个月、六个月后，进行160℃-30min烤漆试验。
试样烤漆前后力学性能如表2所示。
表2实施例2烤漆前后力学性能
实施例3
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将6016铝合金熔炼，经540℃-18h的均匀化退火工艺处理后，经热轧和冷轧至1.2mm板材；
其中，6016铝合金由质量百分比的如下成分组成：Mg 1.20％，Si 0.40％，Cu1.00％，Cr 0.15％，Ti 0.02％，Zn 0.10％，余量为Al。
(2)在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以8℃/s的加热速率加热至580℃，保温10min，再以30℃/s的淬火速率淬火至60℃，保温5min，随后以20℃/s的升温速率快速升温至110℃，保温4min，最后空冷至室温；
(3)将步骤(2)空冷至室温后的铝合金板材停滞一周、二周、一个月、两个月、六个月后，进行200℃-10min烤漆试验。
试样烤漆前后力学性能如表3所示。
表3实施例3烤漆前后力学性能
实施例4
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将6011铝合金熔炼，经560℃-12h的均匀化退火工艺处理后，经热轧和冷轧至1.0mm板材；
其中，6011铝合金由质量百分比的如下成分组成：Mg 0.80％，Si 0.50％，Cu0.20％，Fe 0.30％，Cr 0.08％，Ti 0.12％，Zn 0.05％，余量为Al。
(2)在连续退火炉对步骤(1)得到的6011铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至550℃，保温15min，再以35℃/s的淬火速率淬火至60℃，保温10min，随后以35℃/s的升温速率快速升温至100℃，保温5min，最后空冷至室温；
(3)将步骤(2)空冷至室温后的铝合金板材停滞一周、二周、一个月、两个月、六个月后，进行200℃-10min烤漆试验。
试样烤漆前后力学性能如表4所示。
表4实施例4烤漆前后力学性能
实施例5
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将6022铝合金熔炼，经530℃-20h的均匀化退火工艺处理后，经热轧和冷轧至1.0mm板材；
其中，6022铝合金由质量百分比的如下成分组成：Mg 1.00％，Si 0.80％，Cu0.60％，Fe 0.20％，Cr 0.12％，Ti 0.08％，Zn 0.08％，余量为Al。
(2)在连续退火炉对步骤(1)得到的6022铝合金板材进行热处理，先以6℃/s的加热速率加热至520℃，保温20min，再以25℃/s的淬火速率淬火至50℃，保温15min，随后以35℃/s的升温速率快速升温至120℃，保温2min，最后空冷至室温；
(3)将步骤(2)空冷至室温后的铝合金板材停滞一周、二周、一个月、两个月、六个月后，进行180℃-20min烤漆试验。
试样烤漆前后力学性能如表5所示。
表5实施例5烤漆前后力学性能
实施例6
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)中的淬火速率为20℃/s，其余步骤与实施例1相同。
试样烤漆前后力学性能如表6所示。
表6实施例6烤漆前后力学性能
实施例7
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)中淬火后的升温速率为15℃/s，其余步骤与实施例2相同。
试样烤漆前后力学性能如表7所示。
表7实施例7烤漆前后力学性能
实施例8
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)中先以8℃/s的加热速率加热至500℃，保温30min，其余步骤与实施例3相同。
试样烤漆前后力学性能如表8所示。
表8实施例8烤漆前后力学性能
实施例9
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)中先以10℃/s的加热速率加热至600℃，保温8min，其余步骤与实施例4相同。
试样烤漆前后力学性能如表9所示。
表9实施例9烤漆前后力学性能
实施例10
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(1)中的6016铝合金由质量百分比的如下成分组成：Mg 0.3％，Si 0.2％，Cu 1.5％，Fe 0.6％，Cr 0.02％，Ti0.2％，Zn 0.2％，余量为Al，其余步骤与实施例1相同。
试样烤漆前后力学性能如表10所示。
表10实施例10烤漆前后力学性能
对比例1
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，以10℃/s的加热速率加热至550℃，保温15min后快速淬火至室温。其余步骤与实施例1相同。
试样烤漆前后力学性能如表11所示。
表11对比例1烤漆前后力学性能
对比例2
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至550℃，保温15min并淬火至室温后，马上升温至60℃，保温4h后降温至室温。其余步骤与实施例1相同。
试样烤漆前后力学性能如表12所示。
表12对比例2烤漆前后力学性能
对比例3
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至550℃，保温15min并淬火至室温后，马上升温至120℃，保温10min后降温至室温。其余步骤与实施例1相同。
试样烤漆前后力学性能如表13所示。
表13对比例3烤漆前后力学性能
对比例4
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，以10℃/s的加热速率加热至560℃，保温10min后快速淬火至室温。其余步骤与实施例2相同。
试样烤漆前后力学性能如表14所示。
表14对比例4烤漆前后力学性能
对比例5
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至560℃，保温10min并淬火至室温后，马上升温至40℃，保温4h后降温至室温。其余步骤与实施例2相同。
试样烤漆前后力学性能如表15所示。
表15对比例5烤漆前后力学性能
对比例6
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至560℃，保温10min并淬火至室温后，马上升温至100℃，保温15min后降温至室温。其余步骤与实施例2相同。
试样烤漆前后力学性能如表16所示。
表16对比例6烤漆前后力学性能
对比例7
一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，步骤(2)为在连续退火炉对步骤(1)得到的6016铝合金板材进行热处理，先以10℃/s的加热速率加热至550℃，保温15min，再以30℃/s的淬火速率淬火至30℃，保温30min，随后以30℃/s的升温速率快速升温至150℃，保温2min，最后空冷至室温。其余步骤与实施例1相同。
试样烤漆前后力学性能如表17所示。
表17对比例7烤漆前后力学性能
由表1～表17可以看出，经本发明热处理方法处理后的6000系铝合金板材在烤漆前具有较低的屈服强度和硬度，具有较高的塑性，有利于冲压成型，烤漆后产品的强度和硬度明显升高，屈服强度>200MPa，硬度>95HB，烤漆前后屈服强度之差BHR大于80MPa。此外，在一周至六个月的长时间自然时效下，铝合金板材的强度和硬度稳定性好，能够长时间保持良好的加工性能和烤漆强化性能。对比例1与实施例1相比，固溶处理后淬火至室温，得到固溶态铝合金，对比例2与实施例1相比，固溶处理并淬火至室温后进行60℃-4h的预时效处理，对比例3与实施例1相比，固溶处理并淬火至室温后进行120℃-10min的预时效处理，采用对比例1、对比例2和对比例3的热处理方法处理后的铝合金在烤漆前具有较高的强度和硬度，烤漆后产品的强度和硬度没有明显提升，从图5的硬度变化曲线也可以看出，实施例1较对比例1、对比例2和对比例3具有更低的室温强化效应，且比对比例1、对比例2和对比例3的室温停滞过程的稳定性更高。对比例4与实施例2相比，固溶处理后淬火至室温，得到固溶态铝合金，对比例5与实施例2相比，固溶处理并淬火至室温后进行40℃-4h的预时效处理，对比例6与实施例2相比，固溶处理并淬火至室温后进行100℃-15min的预时效处理，采用对比例4、对比例5和对比例6的热处理方法处理后的铝合金在烤漆前具有较高的强度和硬度，烤漆后产品的强度和硬度没有明显提升，从图6的硬度变化曲线也可以看出，实施例2较对比例4、对比例5和对比例6具有更低的室温强化效应，且室温停滞过程的稳定性更高。
对比例7与实施例1相比，淬火温度-时间和随后的升温温度-时间不在本发明对应过程的温度范围内，也不能有效消减铝合金室温停滞过程中的硬化效应，提高冲压过程的成型能力及烤漆过程的硬化能力。
实施例6与实施例1相比，步骤(2)中的淬火速率较低，实施例7和实施例2相比，步骤(2)中的升温速率较低，铝合金在烤漆前和烤漆后的力学性能分别较实施例1和实施例2有所下降，由此可见，淬火速率和升温速率较低，固溶原子的热力学状态以及对过饱和固溶原子团簇结构的控制未达到最佳水平，在室温下的稳定性有所下降，热处理后的铝合金力学性能较实施例略有降低。
实施例8与实施例3相比，固溶温度过低，实施例9与实施例4相比，固溶温度过高，取得的效果不如实施例3和实施例4好。
实施例10与实施例1相比，铝合金的成分未进行优化，不能充分发挥铝合金的性能，影响热处理后的铝合金板材在烤漆前后的力学性能。由此可以看出，通过对铝合金的化学成分进行优化，可以充分发挥铝合金的性能，同时可以避免合金在淬火或快速升温时由于温差较大而产生裂纹，热处理铝合金板材的性能可以进一步提升。
本发明的热处理方法能够实现对过饱和固溶原子团簇结构的控制，使其在室温下稳定，成型后的烤漆过程有利于亚稳强化相的形核析出，从而起到抑制自然时效的不良影响以及提高烤漆过程硬化动力学的双重作用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (4)
1.一种提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将6000系铝合金进行熔炼，得到熔炼坯料；
(b)将步骤(a)得到的熔炼坯料加热至520～560℃，保温12～24h，对坯料进行均匀化处理；
(c)将步骤(b)均匀化处理后的坯料热轧并冷轧成薄板，得到6000系铝合金板材；
(d)对步骤(c)6000系铝合金板材固溶处理并以25～35℃/s的淬火速率淬火至40～50℃，保温5～20min后以20～35℃/s的升温速率快速升温至100～110℃，保温2～5min后空冷至室温；
其中固溶处理包括以5～10℃/s的加热速率加热至520～580℃，保温10～20min；
(e)将步骤(d)空冷至室温后的6000系铝合金板材停滞1～32周后进行烤漆，烤漆温度为160～200℃，烤漆时间为10～30min。
2.按照权利要求1所述的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，其特征在于，步骤(a)的6000系铝合金包括质量百分比的如下成分：Mg 0.50～1.20％，Si 0.40～1.00％，Cu 0.10～1.00％，Fe≤0.50％，Cr 0.05～0.15％，Ti 0.02～0.15％，Zn 0.02～0.10％，余量为Al。
3.按照权利要求1-2任一项所述的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法，其特征在于，所述6000系铝合金板材为6016铝合金板材、6111铝合金板材或6022铝合金板材。
4.一种权利要求1-3任一项所述的提高6000系铝合金自然时效稳定性的热处理方法得到的铝合金板材。
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