CN108950316B - 一种稀土改性铝合金汽车车身板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种稀土改性铝合金汽车车身板材及其制备方法，制备方法：一、配料；二、熔炼；三、铸造；四、均匀化退火；五、热轧；六、冷轧；七、锯切成品；八、固溶处理；九、预时效，即得到含铈、镱的稀土改性汽车车身用铝合金板材。本发明制备的汽车车身用铝合金板材在保证一般铝镁硅合金具有的各项性能的同时，提高成形性及力学性能，具有很好的抗时效稳定性和烘烤硬化性，使得该合金能够满足汽车车身用板材材料需求，应用于汽车轻量化铝合金制备领域。

Description

一种稀土改性铝合金汽车车身板材及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车轻量化的技术领域，尤其涉及一种稀土改性铝合金汽车车身板材及其制备方法。
背景技术
在世界汽车工业日益重视节能、环保的迫切形势下，减轻汽车自重以降低能耗、减少废气排放、提高效率，改成为各大汽车企业提高竞争力的重要方向；而使用铝合金代替钢铁材料则是各国汽车制造商采用的主要减重手段之一。2000系(Al-Cu合金)，5000系(Al-Mg合金)和6000系(Al-Mg-Si)的铝合金板材都曾被用于制造汽车车身板。由于2000系合金的抗蚀性和强度相对差一些以及6000系合金的研发，近年来2000系合金在车身覆盖件方面的用量在减少；5000系铝合金因勒德斯线和桔皮效应以及无法进行热处理强化，在一定程度上限制了其应用。欧美以及日本都相继使用热处理性能好的6000系铝合金板做车身外板，以满足车身外板的性能需要，例如，欧洲常用含Cu量较低的AA6016合金和AA6014合金，北美常用Cu量高的AA6111合金。目前，采用现有汽车用车身板成形技术，上述合金仍存在成形性能较差的问题，其静态拉伸延伸率等力学性能指标仍不能满足实际应用要求。为此，有必要进一步提高其成形性及力学性能，使合金具有较好的抗拉强度、延伸率等力学性能指标。目前尚没有利用铈、镱复合合金化技术促进提高铝镁硅系合金成形性能及力学性能的文献报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种稀土改性铝合金汽车车身板材及其制备方法，改性后的铝合金板材不仅在低温下具有良好的成形性，而且在低温条件下具有更为优异的力学性能和抗时效稳定性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种稀土改性铝合金汽车车身板材，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成：Si：1.0～1.5％、Mg：0.25～0.6％、Fe：0.30～0.50％、Cu：0.10～0.20％、Mn：0.10～0.20％、Cr：0.05～0.10％、Ti：0.05～0.15％、V：0.2～0.8％、Bi：0.01～0.05％、Zr：0.25～0.35％、Be：0.50～1.8％、Co：0.2～0.8％、Ca：0.30～1.5％、Ce：0.3～0.5％、Yb：0.20～0.4％、Zn≤0.20％，其它杂质元素单个含量≤0.05％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
一种稀土改性铝合金汽车车身板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：。
S1)配料：按照汽车车身用铝合金成品板材中各元素质量百分比和余量为Al的比例称取纯铝锭、纯镁锭及各成分涉及的其他元素所对应的铝基中间合金；
S2)熔炼：(1)将称取的纯铝锭及铝基中间合金加入到熔炼炉中，熔炼温度760～790℃，当熔体温度达到≥760℃时加入铝铈中间合金和铝镱中间合金，加入铝铈中间合金和铝镱中间合金后，每保温15min后搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至775～785℃，重复4次后，得到所需要的铝合金溶体；(2)将得到的铝合金熔体进行降温，当熔体温度降至720℃时，加入纯镁锭和铝铍中间合金，然后每保温5min后进行搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至700～710℃，重复3次后，得到铝合金熔体；(3)按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.20％～0.30％加入覆盖剂；(4)制备精炼剂，向处理后的铝合金熔体加入精炼剂，并用Ar-N2混合气精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.20ml，静置25min，得到铝合金熔液；
S3)铸造：将铝合金熔液在温度为725℃～735℃、水压为0.05MPa～0.10MPa、速度为55mm/min～60mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为510mm、宽度为1610mm、长度为2000mm～4000mm的合金铸锭；
S4)均匀化退火：将得到的合金铸锭在温度为290℃～300℃的条件下，保温12h～15h；然后在460℃～470℃的条件下，保温24h～28h进行均匀化处理；
S5)热轧：将经过处理的合金铸锭铣面至470mm～490mm，测合金铸锭温度为420℃～430℃后保温，保温时间≥3小时，然后轧制成厚度为8mm～10mm的热轧板；
S6)冷轧：将经过处理的热轧板冷却至室温，然后轧制成厚度为5mm～7mm的冷轧板；
S7)锯切成品：将得到汽车车身用冷轧板材进行锯切，得到含铈、镱的汽车车身用铝合金成品板材；
S8)固溶处理：将锯切后的铝合金成品板材在520～560℃进行固溶处理，保温时间为1h～2h，取出板材，并丢入水中做淬火处理，得到固溶板材；
S9)预时效：将处理后的固溶板材在140～160℃时效处理15～18小时，随炉冷却后得到预时效后的稀土铝合金板材。
按上述方案，所述步骤S2)中制备精炼剂包括如下步骤：(1)称取以下重量份的原料：氯化钠12.0～14.0g、氯化钾6.0～8.0g、木炭粉2.5～4.0g、废玻璃粉3.5～5.0g、氟硅酸钠5.0～7.0g、氟化钙3.5～5.0g、氟铝酸钠2.5～4.0g、硅灰石8.0～10.0g、铝矾土10.0～12.0g、电石渣4.5～6.0g；(2)将上述硅灰石、铝矾土、电石渣混合均匀，粉碎过300～400目筛，然后加入适量的水湿法球磨15～20h，100～110℃干燥1.5～2.0h，再在760～770℃煅烧20～30min，升温至1200～1210℃继续煅烧1.5～2.0h，水淬，湿法球磨，烘干，过200～300目筛，待用；(3)将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至820～830℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤B制得的粉末，搅拌均匀，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200～300目筛，得到精炼剂。
按上述方案，所述步骤S2)中Ar-N2混合气为96％的氩气与4.0％的氯气混合，所述氩气和氯气的纯度为99.999％。
本发明的有益效果是：提供一种稀土改性铝合金汽车车身板材及其制备方法，由于合理添加了Ce、Yb元素，Yb促进了共格弥散相的析出，析出相起到了钉扎位错和亚晶界的作用，限制动态再结晶晶粒的形核与长大，形起到了析出强化和亚结强化的作用，复合添加微量Ce，对该合金起到了良好的限制动态结晶并稳定回复组织的效果。使得所发明的含铈、镱汽车车身用铝合金板材在具有一般的铝镁硅合金的所具有的常温和低温力学性能的基础上，具有更优异的成形性、抗时效稳定性等。在保证汽车车身用铝合金成品板材成形性及力学性能的基础上，采用本发明的含铈、镱汽车车身用铝合金板材制作汽车车身构件，可减轻重量30％以上，同时可以提高汽车车身用铝合金板材成形质量，如良好的烘烤硬化性、良好的翻边延性及较好的表面光鲜性等。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明制备的汽车车身用铝合金板材在保证一般铝镁硅合金具有的各项性能的同时，提高成形性及力学性能，具有很好的抗时效稳定性和烘烤硬化性，使得该合金能够满足汽车车身用板材材料需求，本发明应用于汽车轻量化铝合金制备领域。
实施例一
一种稀土改性铝合金汽车车身板材的制备方法，包括以下步骤：
一、配料：按照汽车车身用铝合金成品板材中各元素质量百分比为Si：1.40％、Mg：0.5％、Fe：0.40％、Cu：0.15％、Mn：0.12％、Cr：0.08％；Ti：0.12％、V：0.70％、Bi：0.03％、Zr：0.30％、Be：1.0％、Co：0.40％、Ca：0.30％、Ce+Yb≤0.80％(具体实施方案见表1)、Zn：0.10％和余量为Al的比例称取纯铝锭、纯镁锭及与上述成分涉及其他元素所对应的铝基中间合金；
二、熔炼：(1)将步骤一称取的纯铝锭及铝基中间合金(除铝铈中间合金、铝镱中间合金及铝铍中间合金)加入到熔炼炉中，熔炼温度780℃，当熔体温度达到760℃时加入铝铈中间合金和铝镱中间合金，加入铝铈中间合金和铝镱中间合金后，每保温15min后搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至780℃，重复4次后，得到所需要的铝合金溶体；(2)将步骤(1)得到的熔体进行降温，当熔体温度降至720℃时，加入纯镁锭和铝铍中间合金，然后每保温5min后搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至710℃，重复3次后，得到铝合金熔体；(3)按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.20％～0.30％加入覆盖剂；(4)制备精炼剂，按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.30％左右向步骤(3)处理后的铝合金熔体加入精炼剂，并用Ar-N2混合气精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.20ml，静置25min，得到铝合金熔液；
三、铸造：将铝合金熔液在温度为730℃、水压为0.06MPa、速度为60mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为510mm、宽度为1610mm、长度为3000mm的合金铸锭；
四、均匀化退火：将步骤三得到的合金铸锭在温度为295℃的条件下，保温14h；然后在465℃的条件下，保温25h，进行均匀化处理；
五、热轧：将经过步骤四处理的合金铸锭铣面至475mm～485mm，测合金铸锭温度为425℃后保温，保温时间3.5小时，然后轧制成厚度为10mm的热轧板；
六、冷轧：将经过步骤五处理的热轧板冷却至室温，然后轧制成厚度为6mm的冷轧板；
七、锯切成品：将步骤六得到磁处理汽车车身用铝合金冷轧板材进行锯切，得到含铈、镱汽车车身用铝合金成品板材；
八、固溶处理：将锯切后的铝合金成品板材在550℃进行固溶处理，保温时间为2h，取出板材，并丢入水中做淬火处理，得到固溶板材；
九、预时效：将固溶处理后的铝合金板材在150℃时效处理16小时，随炉冷却后得到预时效后的稀土铝合金板材(得到的合金板材常温力学性能如表2)。
制备精炼剂包括如下步骤：(1)称取以下重量份的原料：氯化钠12.0～14.0g、氯化钾6.0～8.0g、木炭粉2.5～4.0g、废玻璃粉3.5～5.0g、氟硅酸钠5.0～7.0g、氟化钙3.5～5.0g、氟铝酸钠2.5～4.0g、硅灰石8.0～10.0g、铝矾土10.0～12.0g、电石渣4.5～6.0g；(2)将上述硅灰石、铝矾土、电石渣混合均匀，粉碎过300～400目筛，然后加入适量的水湿法球磨15～20h，100～110℃干燥1.5～2.0h，再在760～770℃煅烧20～30min，升温至1200～1210℃继续煅烧1.5～2.0h，水淬，湿法球磨，烘干，过200～300目筛，待用；(3)将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至820～830℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤B制得的粉末，搅拌均匀，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200～300目筛，得到精炼剂。
步骤S2)中Ar-N2混合气为96％的高纯氩气与4.0％的高纯氯气混合，高纯氩气和高纯氯气的纯度为99.999％。
表1本案例板材合金微合金化元素成分(重量百分比)
Figure BDA0001739531590000041
Figure BDA0001739531590000051
表2本案例合金板材常温力学性能
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，实验采用的铝合金板材成分不同(添加的微合金化稀土元素成分为：Ce，0.40％、Yb，0.25％)，发明合金板材的主要成分如表3，得到的合金板材常温力学性能如表4：
表3本案例板材合金主要化学成分(重量百分比)
合金 Si Mg Fe Cu V Al
成分1 1.50％ 0.45％ 0.45％ 0.10％ 0.80％ 余量
成分2 1.40％ 0.50％ 0.40％ 0.15％ 0.70％ 余量
成分3 1.30％ 0.35％ 0.30％ 0.18％ 0.50％ 余量
成分4 1.20％ 0.55％ 0.50％ 0.19％ 0.60％ 余量
成分5 1.10％ 0.60％ 0.35％ 0.13％ 0.40％ 余量
表4本案例合金板材常温力学性能
Figure BDA0001739531590000053
Figure BDA0001739531590000061

Claims (3)

1.一种稀土改性铝合金汽车车身板材的制备方法，板材由以下重量百分比的元素组成：Si：1.0～1.5％、Mg：0.25～0.6％、Fe：0.30～0.50％、Cu：0.10～0.20％、Mn：0.10～0.20％、Cr：0.05～0.10％、Ti：0.05～0.15％、V：0.2～0.8％、Bi：0.01～0.05％、Zr：0.25～0.35％、Be：0.50～1.8％、Co：0.2～0.8％、Ca：0.30～1.5％、Ce：0.3～0.5％、Yb：0.20～0.4％、Zn≤0.20％，其它杂质元素单个含量≤0.05％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al，其特征在于，包括如下步骤：
S1)配料：按照汽车车身用铝合金成品板材中各元素质量百分比称取纯铝锭、纯镁锭及其他元素所对应的铝基中间合金；
S2)熔炼：(1)将称取的纯铝锭及除铝铍中间合金之外的铝基中间合金加入到熔炼炉中，熔炼温度760～790℃，当熔体温度达到≥760℃时加入铝铈中间合金和铝镱中间合金，加入铝铈中间合金和铝镱中间合金后，每保温15min后搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至775～785℃，重复4次后，得到所需要的铝合金溶体；(2)将得到的铝合金熔体进行降温，当熔体温度降至720℃时，加入纯镁锭和铝铍中间合金，然后每保温5min后进行搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至700～710℃，重复3次后，得到铝合金熔体；(3)按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.20％～0.30％加入覆盖剂；(4)制备精炼剂，向处理后的铝合金熔体加入精炼剂，并用Ar-N2混合气精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.20ml，静置25min，得到铝合金熔液；
S3)铸造：将铝合金熔液在温度为725℃～735℃、水压为0.05MPa～0.10MPa、速度为55mm/min～60mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为510mm、宽度为1610mm、长度为2000mm～4000mm的合金铸锭；
S4)均匀化退火：将得到的合金铸锭在温度为290℃～300℃的条件下，保温12h～15h；然后在460℃～470℃的条件下，保温24h～28h进行均匀化处理；
S5)热轧：将经过处理的合金铸锭铣面至470mm～490mm，测合金铸锭温度为420℃～430℃后保温，保温时间≥3小时，然后轧制成厚度为8mm～10mm的热轧板；
S6)冷轧：将经过处理的热轧板冷却至室温，然后轧制成厚度为5mm～7mm的冷轧板；
S7)锯切成品：将得到汽车车身用冷轧板材进行锯切，得到含铈、镱的汽车车身用铝合金成品板材；
S8)固溶处理：将锯切后的铝合金成品板材在520～560℃进行固溶处理，保温时间为1h～2h，取出板材，并丢入水中做淬火处理，得到固溶板材；
S9)预时效：将处理后的固溶板材在140～160℃时效处理15～18小时，随炉冷却后得到预时效后的稀土铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种稀土改性铝合金汽车车身板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2)中制备精炼剂包括如下步骤：(1)称取以下重量份的原料：氯化钠12.0～14.0g、氯化钾6.0～8.0g、木炭粉2.5～4.0g、废玻璃粉3.5～5.0g、氟硅酸钠5.0～7.0g、氟化钙3.5～5.0g、氟铝酸钠2.5～4.0g、硅灰石8.0～10.0g、铝矾土10.0～12.0g、电石渣4.5～6.0g；(2)将上述硅灰石、铝矾土、电石渣混合均匀，粉碎过300～400目筛，然后加入适量的水湿法球磨15～20h，100～110℃干燥1.5～2.0h，再在760～770℃煅烧20～30min，升温至1200～1210℃继续煅烧1.5～2.0h，水淬，湿法球磨，烘干，过200～300目筛，待用；(3)将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至820～830℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤(2)制得的粉末，搅拌均匀，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200～300目筛，得到精炼剂。
3.根据权利要求1所述的一种稀土改性铝合金汽车车身板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2)中Ar-N2混合气为96％的氩气与4.0％的氯气混合，所述氩气和氯气的纯度为99.999％。
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