CN109954752A - 一种提高6000系铝合金板材成形性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高6000系铝合金板材成形性的方法。该方法包括以下步骤：(1)对均热后的锭坯进行热轧变形，热轧开坯温度为500℃～550℃，终轧温度为240℃～300℃，热轧总变形量大于60％，获得厚度为3.0～5.0mm的热轧态板带；(2)对热轧态的板带进行中间退火处理，获得退火态板带，中间退火的温度为460～540℃，保温时间为4～15min；(3)对退火态板带进行冷却，然后进行冷轧变形，冷轧总变形量大于65％，获得厚度为0.8～1.1mm的成品态板带。本发明通过轧制变形和中间退火工艺的合理匹配，显著改善了6000系铝合金板材的各向异性，大幅提升了合金的成形性能。实验结果表明，通过本发明的轧制变形工艺和中间退火处理获得的6000系铝合金板材，沿厚度方向的晶粒尺寸分布均匀，晶粒取向随机分布，45°方向的r值不小于0.6，较传统方法制备合金的成形性能显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种6000系(Al-Mg-Si系)铝合金的制造方法。更具体地，本发明涉及一种提高6000系铝合金板材成形性的方法，属于铝合金材料制备加工技术领域。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，燃油消耗、CO2排放和节能减排的矛盾日益突出。在这种情况下，各国政府相继制定了汽车CO2排放的相关标准，美国要求2025年汽车CO2排放不超过101g/km，欧洲要求2020年汽车CO2排放不超过95g/km。为了达到节能减排的目的，汽车制造商通过采用新能源技术、改进空气动力学性能、减小发动机尺寸、采用新型动力传动技术、底盘动作元件的电气化以及采用轻量化措施等来减轻汽车的重量，从而减少CO2的排放。在以上途径中，轻量化被认为是进一步节能减排的有效措施，因为汽车减重10％，油耗减少6～8％，排放量减少10％，加速时间减少8％，制动距离减少5％，转向力减小6％，轮胎寿命提高7％。在汽车整体结构中，汽车车身约占汽车总重的1/3，采用轻质材料替代传统汽车车身钢板减重效果明显。在所有的轻质材料中，铝合金由于其优良的综合性能而成为应用于汽车行业的理想材料之一。在所有的铝合金材料中，6000系铝合金具有中等强度、优良的耐蚀性、可焊性、易表面着色和可回收利用等特点，最重要的是与现有汽车生产体系相匹配，可在涂装烤漆过程中实现硬化。因此，6000系铝合金成为汽车车身用最有前途的轻质材料之一。
汽车车身用铝合金板材在铝加工厂完成相应热处理和表面处理后，需运送至汽车厂进行冲压成型。冲压成型要求板材具有较好的成形性能，衡量板材成形性能的指标有应变强化指数n、塑性应变比r、极限拉深性能、扩孔性能、杯突值、翻边性能以及成形极限图和成形极限曲线等，其中评价汽车车身外覆盖件用6000系铝合金板材成形性能的常用指标有n值、r值和翻边性能。翻边性能主要取决于合金组织中的第二相，粗大的第二相，如富Fe相、Mg2Si相等，均会导致板材的翻边性能变坏，甚至不满足使用要求；而塑性变形比r作为衡量板材成形性能的重要指标，主要受合金组织中织构的影响，而织构受合金制备加工过程和热处理状态的影响，研究表明随机分布的织构有益于提高6000系铝合金板材的r值。当前，汽车用钢板的r值≥1.0，与钢板相比，铝合金板材的r值较低，尤其是45°方向的r值仅为0.40～0.55(45°方向指与板材的轧制方向成45°角度，0°方向指与板材的轧制方向平行，90°方向指与板材的轧制方向垂直)，有的甚至更低，导致铝合金板材的各向异性显著，相比于钢板的高成形性能，铝合金板材的成形性能较差。因此，改善铝合金板材的成形性能，尤其是提高45°方向的r值，降低板材的各向异性对提高其性价比和扩大铝合金板材的广泛应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对目前6000系铝合金板材成形性能不足的问题，尤其是板材45°方向r值偏低的问题，提供一种提高6000系铝合金板材成形性的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种提高6000系铝合金板材成形性的方法，该方法主要包括以下步骤：
(1)对均热后的锭坯进行热轧变形，热轧开轧温度为500℃～550℃，终轧温度为240℃～300℃，热轧总变形量大于60％，获得厚度为3.0～5.0mm的热轧态的板带；
(2)对热轧态的板材进行中间退火处理，获得退火态板带，中间退火的温度为460～540℃，保温时间为4～15min；
(3)对退火态板带进行冷却，然后进行冷轧变形，冷轧变形总变形量大于65％，获得厚度为0.8～1.1mm的成品态板带。
其中，热轧开轧温度优选为520～540℃，终轧温度优选为250～280℃，热轧板材的厚度优选为3.0～4.0mm，中间退火温度优选为480℃～530℃，中间退火的保温时间优选为5～8min，成品态板材厚度优选为0.9～1.0mm。
其中，中间退火温度采用加热升温的方式实现，中间退火热处理炉的加热方式为感应加热、电炉加热、红外加热、气体燃烧加热中的一种或两种以上的组合。
退火态板材的冷却方式为强风冷和雾化冷中的一种或两种的组合，在保证板材板形的前提下，需保证板材具有较快的冷却速度，要求冷却速度不小于5℃/s，抑制因缓慢冷却引起的Mg2Si相脱溶析出。
本发明的方法主要适用于商用的各种汽车车身用6000系铝合金板材，尤其适用于Zn含量高于0.25wt％的新型6000系铝合金板材。
本发明的有益效果是：
本发明通过对铝合金车身板制造过程的轧制变形和中间退火参数进行精细选择和合理匹配，使得6000系铝合金板材能够获得较现有商用6000系铝合金板材更优异的微观组织和成形性能。
采用本发明的方法所制备的6000系铝合金板材经固溶和预时效处理后，晶粒取向随机分布，沿板材厚度方向的晶粒尺寸均匀分布，其0°、45°和90°方向的r≥0.6，尤其是45°方向的r值较传统方法制备的显著提高，板材的各向异性显著降低，成形性能显著提高。
附图说明
图1为实施例1中铝合金板材T4P态的EBSD组织形貌；
图2为实施例2中铝合金板材T4P态的EBSD组织形貌；
图3为对比例1中铝合金板材T4P态的EBSD组织形貌；
图4为对比例2中铝合金板材T4P态的EBSD组织形貌。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，但本发明不仅限于此。
实施例1
本实施例应用于一种新型6000系铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Mg：0.7～1.3，Si：0.6～1.2，Cu：0.02～0.20，Mn：0.01～0.25，Fe≤0.40，Zn：0.25～0.80，Cr≤0.10，Ti≤0.15，Zr：0.01～0.20，余量Al及不可避免的其他杂质；在其中选择一种典型合金成分：Mg：0.78，Si：0.80，Zn：0.65，Cu：0.16，Mn：0.1，Fe：0.14，Cr：0.012，Zr：0.076，Ti：0.02，余量Al及其他不可避免的杂质。合金铸锭由高纯Al、高纯Mg、高纯Zn、高纯Cu、Al-10Mn、Mg-30Zr和Al-14Si中间合金等原料配比熔炼而成，采用金属模具，浇铸温度约为710℃，铸锭经410℃/10h+540℃/16h均匀化处理后进行热轧变形，热轧开轧温度为550℃，热轧总变形量为60％，终轧温度为300℃，获得3.0mm的热轧态板材，热轧态板材经480℃/8min的中间退火处理，获得退火态板带，采用强风冷对退火态板带进行冷却，随后对其进行冷轧变形，冷轧变形量为70％，获得厚度为0.90mm的合金带卷，随后进行了550℃/5min的固溶处理和90℃/5h预时效处理，获得预时效(T4P)态的样品，T4P态试样根据GBT33227-2016《汽车用铝及铝合金板、带材》标准进行检测，其中n10～20指应变为10％～20％时的n值，r10指应变为10％的r值，相关结果如表1所示，从表中可以看出，合金三个方向的力学性能数据比较接近，对应的三个方向的n值相同，r值45°方向的为0.60。对应的沿厚度方向LS面的微观组织EBSD形貌见图1，从图中可以看出，组织中的晶粒沿厚度方向分布比较均匀，晶粒取向随机分布。
表1
实施例2
采用与实施例1成分相同的新型6000系铝合金，合金的熔铸、均匀化处理过程同实施例1，热轧开轧温度为500℃，终轧温度为240℃，热轧总变形量为65％，获得厚度为4.0mm的热轧板材，热轧态板材经530℃/5min的中间退火处理，获得退火态板带，采用雾化冷对退火态板带进行冷却，随后对其进行冷轧变形，冷轧变形量为75％，获得厚度为1.0mm的合金带卷，随后进行了与实施例1相同的固溶和预时效处理，获得预时效(T4P)态的样品，并对其依据GB T33227-2016《汽车用铝及铝合金板、带材》进行检测，结果如表2所示，从表中可以看出，三个方向的力学性能比较均匀，n值相同，r值45°方向的为0.65。对应的沿厚度方向LS面的微观组织EBSD形貌见图2，从图中可以看出，组织中的晶粒沿厚度方向分布均匀，晶粒取向也随机分布。
表2
对比例1
本对比例应用于一种商用的6061铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Mg：0.8～1.2，Si：0.4～0.8，Cu：0.15～0.4，Mn：≤0.15，Fe≤0.70，Zn：≤0.25，Cr：0.04～0.35，Ti≤0.15，余量Al及不可避免的其他杂质；在其中选择一种典型合金成分：Mg：1.0，Si：0.60，Cu：0.20，Mn：0.1，Fe：0.15，Cr：0.05，Zn：0.10，Ti：0.05，余量Al及其他不可避免的杂质。熔铸过程与实施例1相同，均匀化处理、热轧变形和冷轧变形与实施例1相同，中间退火采用专利文献201510953036.6公开的保温温度为450℃，保温时间为3min。采用与实施例1和实施例2相同的固溶和预时效工艺对其进行热处理，获得T4P态的板材，根据GB T33227-2016《汽车用铝及铝合金板、带材》进行检测，结果如表3所示，0°方向的力学性能与其他两方向的存在差异，n值三个方向的接近，r值存在明显的差异，45°方向的较低。对应的沿厚度方向LS面的微观组织EBSD形貌见图3，从图中可以看出，与实施例1和实施例2相比，板材沿LS面的晶粒分布不均匀，在个别地方存在晶粒异常长大的情况，晶粒尺寸较大，晶粒具有明显的取向。
表3
对比例2
本对比例应用于一种商用的6061铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Mg：0.8～1.2，Si：0.4～0.8，Cu：0.15～0.4，Mn：≤0.15，Fe≤0.70，Zn：≤0.25，Cr：0.04～0.35，Ti≤0.15，余量Al及不可避免的其他杂质；在其中选择一种典型合金成分：Mg：1.0，Si：0.60，Cu：0.20，Mn：0.1，Fe：0.15，Cr：0.05，Zn：0.10，Ti：0.05，余量Al及其他不可避免的杂质。熔铸过程与实施例1相同，均匀化处理、热轧变形和冷轧变形与实施例2相同，中间退火采用专利文献201510953036.6公开的保温温度为550℃，保温时间为2min。采用与实施例1和实施例2相同的固溶和预时效工艺对其进行热处理，获得T4P态的板材，根据GB T33227-2016《汽车用铝及铝合金板、带材》进行检测，结果如表4所示，从表中可以看出，45°方向的力学性能和r值与其他两方向存在明显差异。对应的沿厚度方向LS面的微观组织EBSD形貌见图4，从图中可以看出，与实施例1和实施例2相比，板材沿LS面的晶粒分布不均匀，晶粒具有明显的取向。
表4
从实施例1和2可以看出，通过对6000系铝合金轧制变形和中间退火工艺参数的精细选择和合理匹配，可以使6000系铝合金获得较传统合金更为均为的晶粒尺寸，同时获得随机分布的晶粒取向；更重要的是，通过轧制变形和中间退火的匹配，显著提高了6000系铝合金45°方向的r值，减小了合金的各向异性，改善了合金的成形性能。
值得说明的是，以上给出的仅仅是本发明中的一些具体实例，对本发明的保护范围不构成任何限制。
Claims (7)
1.一种提高6000系铝合金板材成形性的方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：
(1)对均热后的锭坯进行热轧变形，热轧开轧温度为500℃～550℃，终轧温度为240℃～300℃，热轧总变形量大于60％，获得厚度为3.0～5.0mm的热轧态板带；
(2)对热轧态的板带进行中间退火处理，获得退火态板带，中间退火的温度为460～540℃，保温时间为4～15min；
(3)对退火态板带进行冷却，然后进行冷轧变形，冷轧总变形量大于65％，获得厚度为0.8～1.1mm的成品态板带。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热轧开轧温度为520℃～540℃，终轧温度为250℃～280℃，所述热轧态板材的厚度为3.0～4.0mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中间退火温度为480℃～530℃，中间退火的保温时间为5～8min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成品态板材厚度为0.9～1.0mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中间退火温度采用加热升温的方式实现，中间退火热处理炉的加热方式为感应加热、电炉加热、红外加热、气体燃烧加热中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中间退火后冷却方式为强风冷和雾化冷中的一种或两种的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述6000系铝合金板材为Zn含量高于0.25wt％的6000系铝合金板材。
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