CN108070803A - 一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，属于铝合金热处理领域。针对T4态合金板材，6000系铝合金车身薄板固溶淬火后，室温停放10个月以上；针对T4P态合金板材，6000系铝合金车身薄板固溶淬火后，立即进行预时效处理，随后室温停放10个月以上；其中，固溶淬火温度550℃‑570℃，时间15min‑30min；回归处理温度175℃‑300℃，时间1min‑15min；预时效温度50℃‑150℃，时间5min‑8h。本发明通过合理的回归处理工艺，能够显著降低长时间停放合金板材的硬度，在短期内保持性能稳定，有利于冲压成形，并同时获得优异的烘烤硬化性，实现快速时效相应。

Description

一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺
技术领域
本发明涉及一种改善汽车用6000系铝合金车身薄板冲压前强度及时效稳定性能的回归处理工艺，属于铝合金热处理领域。
背景技术
大气污染严重、能源紧缺，使得汽车轻量化势在必行。铝合金具有比重轻、仅为钢的1/3，可加工性能好、焊接及抗腐蚀性能优异、回收利用率高等诸多优点，因此在现代汽车工业中得到广泛应用。其中，汽车车身薄板欧洲以成形性较好的6016、6022为主，而北美则更加倾向于使用强度较高的6111合金。6000系铝合金车身薄板热处理工艺主要包括：固溶、预时效以及烤漆硬化。铝板带在铝加工厂进行固溶处理及预时效后(T4P态)，卷曲并运输到各个汽车制造厂，有些合金则不经过预时效，对汽车厂直接供货(T4态)。开卷后进行冲压成形及涂装烤漆，由于时效硬化同时获得较高抗凹性能。
固溶处理后的合金(T4态)在运输存储过程中，由于形成原子团簇，而发生自然时效，导致合金强度提高，使冲压成形性能恶化。并且有些合金在涂装烤漆过程中，这些原子团簇部分回溶基体，强度不升反降，发生“烤漆软化”现象。对于固溶后进行预时效处理的T4P态合金，虽然拥有一定的抗时效稳定性(6个月)，但由于某些因素，板材存储时间过长(10个月以上)，其强度仍会超过一般汽车车身薄板的性能要求。汽车制造厂普遍要求板材冲压前维氏硬度低于75HV，涂装烘烤后硬度应高于90HV。
目前，国内外学者对如何改善6000系汽车车身薄板铝合金加工成形性、抗时效稳定性以及提高烘烤硬化性进行大量研究。2009年公布的专利(公开号CN101476094A)，公开6016、6022等低Cu汽车变形铝合金板材处理技术，该技术中介绍板材固溶后于5％-10％的聚醚水溶性介质中进行冷却，室温停留2-3天，在140℃-170℃温度下预时效10min-15min，获得良好的抗时效稳定性(4-5个月性能变化不大)。2015年公布的专利(公开号CN103320728B)，公开不连续加热双级预时效处理且精确控制升温速率方法，可获得优越的烤漆硬化相应能力及成形性能。Lipeng Ding等对一种6022合金预时效工艺进行研究，结果表明，在考虑实际工业生产过程中较宽工艺窗口的要求，预时效100℃+3h工艺最优。Birol对自然时效7天的6016合金在225℃温度下，进行30s到5min的回归处理，发现这种方法可使自然时效团簇快速回溶，有效降低合金强度，使合金重新获得良好冲压成形能力和烤漆硬化性能。虽然已对6000系汽车薄板铝合金预处理工艺研究较多，然而针对已存储较长时间(10个月以上)的T4态或T4P态合金板这种情况，如何改善板材性能并在短期内保持稳定等问题几乎没有研究。
发明内容
针对6000系T4态或T4P态合金板材长时间存储，而导致强度上升、烤漆硬化性恶化等问题，本发明的目的在于提供一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，通过合理的回归处理工艺，能够显著降低长时间停放合金板材的硬度，在短期内保持性能稳定，有利于冲压成形，并同时获得优异的烘烤硬化性，实现快速时效相应。
本发明的技术方案是：
一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，针对T4态合金板材，6000系铝合金车身薄板固溶淬火后，室温停放10个月以上；固溶淬火温度550℃-570℃，保温时间15min-30min，使溶质原子充分溶于基体；之后，进行回归处理温度175℃-300℃，保温时间1min-15min。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，6000系铝合金经回归处理后硬度值降低至65-75HV。
一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，针对T4P态合金板材，6000系铝合金车身薄板固溶淬火后，立即进行预时效处理，随后室温停放10个月以上；固溶淬火温度550℃-570℃，保温时间15min-30min，使溶质原子充分溶于基体；预时效温度50℃-150℃，保温时间5min-8h；之后，进行回归处理温度175℃-300℃，保温时间1min-15min。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，6000系铝合金经回归处理后硬度值降低至65-85HV。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，固溶淬火保温后，风冷至室温。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，回归处理保温结束后快速冷却，冷却速率在150℃/s以上。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，快速冷却采用的方式为水淬。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，6000系铝合金为汽车车身外板用6016薄板材。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，6016铝合金车身薄板的合金成分质量配比为：1.0-1.5％Si，0.25-0.6％Mg，Cu＜0.2％，＜0.5％，Fe＜0.2％Mn，Zn＜0.2％，Ti＜0.1％，Cr＜0.1％，其余为Al。
所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，回归处理工艺是在6000系铝合金板材室温停放10个月以上后，冲压成形前进行。
本发明技术方案突出的实质特点和显著进步主要体现在：
1、本发明通过对长时间室温停放的汽车车身用6016铝合金薄板进行回归处理，使板材重新恢复至新淬火状态，改善成形性及烤漆硬化性，同时短期内性能保持稳定。本发明涉及的回归处理具有较宽泛的温度窗口，符合工业生产实际情况，易于实现。对于长时间室温停放的板材，这种回归处理工艺可完全取代重新固溶淬火处理工艺，从而节省能源，降低生产成本。
2、本发明回归处理工艺优先在室温停放10个月以上的合金板材上进行。板材经过固溶处理后，不论是否经过预时效处理(T4态或T4P态)，在室温停放超过10个月以上的特殊条件下，过饱和溶质原子析出，发生时效硬化作用。这时，若在超过烤漆温度环境中进行短时保温并迅速冷却，析出的溶质原子会重新回溶于基体，其硬度会下降至和刚淬火时相似。经过回归处理的合金，在烤漆时，其硬度仍能够显著提升，实现烤漆硬化。
附图说明
图1是实施例1回归处理后室温停放14天硬度变化曲线。
图2是实施例2回归处理后室温停放14天硬度变化曲线。
图3是实施例3回归处理后室温停放14天硬度变化曲线。
图4是实施例4回归处理后室温停放14天硬度变化曲线。
图5是实施例5回归处理后室温停放14天硬度变化曲线。
图6是实施例6回归处理后室温停放14天硬度变化曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明方法，进一步阐释并进行数据说明。
为便于对比，下述实施例中均使用汽车车身薄板6016铝合金。其化学成分(质量分数)为：1.10％Si，0.55％Mg，0.09％Cu，0.13％Fe，0.05％Mn，0.01％Zn，0.01％Ti，0.01％Cr，其余为Al。合金硬度测试在KB3000BVRZ宏观万能硬度测试机上进行，测试载荷为5kgf，持续时间为10s。每个试样取5个测试点，计算平均值。
下述实施例中，使用6016汽车薄板，固溶处理后的T4态或T4P态板材均室温停留10个月以上，过饱和溶质原子析出，强度升高。回归处理短时保温后应快速冷却，冷却速率在150℃/s以上。为检测回归处理后合金板材短期内性能稳定性，对下述部分实施例中试样进行延长至14天的硬度测试。模拟涂装烤漆前没有进行模拟冲压变形(2％拉伸变形)，若增加冲压变形，涂装烤漆后硬度约增加8HV-10HV。
对比实施例1
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温。室温停放10个月以上(T4态)，进行硬度测试。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烘烤后进行硬度测试。
实施例1
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，室温停放10个月以上(T4态)。在中温热风循环炉中进行回归处理，回归处理制度为225℃×5min，水淬至室温后，于1天内进行硬度测试。随后，分别于10天、12天和14天进行硬度测试。选用回归处理后室温停留10天试样进行模拟烤漆。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烤漆处理后进行硬度测试。
实施例2
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，室温停放10个月以上(T4态)。在中温热风循环炉中进行回归处理，回归处理制度为250℃×2min，水淬至室温后，于1天内进行硬度测试。随后，分别于10天、12天和14天进行硬度测试。选用回归处理后室温停留10天试样进行模拟烤漆。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烤漆处理后进行硬度测试。
实施例3
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，室温停放10个月以上(T4态)。在中温热风循环炉中进行回归处理，回归处理制度为300℃×15min，水淬至室温后，于1天内进行硬度测试。随后，分别于10天、12天和14天进行硬度测试。选用回归处理后室温停留10天试样进行模拟烤漆。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烤漆处理后进行硬度测试。
表1为对比实施例1和实施例1-3回归处理后一天内及模拟烤漆后测试硬度值，每个硬度值测试5个点，取平均值。
由表1和附图1-3可以明显看出，本发明提出的回归处理工艺能够有效降低T4态6016合金板材因长时间停放而增加的强度，且室温下短期内(14天)保持性能稳定，模拟烤漆后能够获得较好抗凹性能。若回归处理温度过高或时间过长，虽然板材硬度仍降低，但模拟烤漆硬化效果不明显，达不到抗凹性能要求。
对比实施例2
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，立即于100℃温度下进行8h预时效处理。室温停放10个月以上(T4P态)，进行硬度测试。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烘烤后进行硬度测试。
实施例4
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，立即于100℃温度下进行8h预时效处理。室温停放10个月以上(T4P态)，在中温热风循环炉中进行回归处理，回归处理制度为250℃×2min，水淬至室温后，于1天内进行硬度测试。随后，分别于10天、12天和14天进行硬度测试。选用回归处理后室温停留10天试样进行模拟烤漆。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烤漆处理后进行硬度测试。
实施例5
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，立即于100℃温度下进行8h预时效处理。室温停放10个月以上(T4P态)，在中温热风循环炉中进行回归处理，回归处理制度为275℃×1min，水淬至室温后，于1天内进行硬度测试。随后，分别于10天、12天和14天进行硬度测试。选用回归处理后室温停留10天试样进行模拟烤漆。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烤漆处理后进行硬度测试。
实施例6
冷轧1mm厚汽车车身用6016铝合金薄板，在高温热风循环炉中进行560℃×20min固溶保温后，风冷至室温，立即于100℃温度下进行8h预时效处理。室温停放10个月以上(T4P态)，在中温热风循环炉中进行回归处理，回归处理制度为300℃×15min，水淬至室温后，于1天内进行硬度测试。随后，分别于10天、12天和14天进行硬度测试。选用回归处理后室温停留10天试样进行模拟烤漆。模拟涂装烤漆在低温热风循环炉中进行，工艺制度为185℃×20min，烤漆处理后进行硬度测试。
表2为对比实施例2和实施例4-6回归处理后一天内及模拟烤漆后测试硬度值，每个硬度值测试5个点，取平均值。
由表2和附图4-6可以明显看出，本发明提出的回归处理工艺能够有效降低T4P态6016合金板材因长时间停放而增加的强度，且室温下短期内(14天)保持性能稳定，模拟烤漆后能够获得较好抗凹性能。若回归处理温度过低，板材硬度下降不明显，不利于冲压成形。若回归处理温度过高或时间过长，虽然板材硬度仍降低，但模拟烤漆硬化效果不明显，达不到抗凹性能要求。
需要说明的是，尽管本发明只选择欧洲普遍使用的6016汽车车身薄板为研究对象，但是不同6000系铝合金强化析出相演变规律基本相同。因此，本发明技术方案也适用于6022、6111等其他6000系铝合金。在应用本发明时，只要针对合金成分不同，对回归处理工艺温度、时间参数进行适当调整即可。

Claims (10)

1.一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，针对T4态合金板材，6000系铝合金车身薄板固溶淬火后，室温停放10个月以上；固溶淬火温度550℃-570℃，保温时间15min-30min，使溶质原子充分溶于基体；之后，进行回归处理温度175℃-300℃，保温时间1min-15min。
2.按照权利要求1所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，6000系铝合金经回归处理后硬度值降低至65-75HV。
3.一种汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，针对T4P态合金板材，6000系铝合金车身薄板固溶淬火后，立即进行预时效处理，随后室温停放10个月以上；固溶淬火温度550℃-570℃，保温时间15min-30min，使溶质原子充分溶于基体；预时效温度50℃-150℃，保温时间5min-8h；之后，进行回归处理温度175℃-300℃，保温时间1min-15min。
4.按照权利要求3所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，6000系铝合金经回归处理后硬度值降低至65-85HV。
5.按照权利要求1或3所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，固溶淬火保温后，风冷至室温。
6.按照权利要求1或3所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，回归处理保温结束后快速冷却，冷却速率在150℃/s以上。
7.按照权利要求6所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，快速冷却采用的方式为水淬。
8.按照权利要求1或3所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，6000系铝合金为汽车车身外板用6016薄板材。
9.按照权利要求8所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，6016铝合金车身薄板的合金成分质量配比为：1.0-1.5％Si，0.25-0.6％Mg，Cu＜0.2％，＜0.5％，Fe＜0.2％Mn，Zn＜0.2％，Ti＜0.1％，Cr＜0.1％，其余为Al。
10.按照权利要求1或3所述的汽车用6000系铝合金薄板回归处理工艺，其特征在于，回归处理工艺是在6000系铝合金板材室温停放10个月以上后，冲压成形前进行。
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