CN110551953A - 具有中间淬火的高强度铝热冲压 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了“具有中间淬火的高强度铝热冲压”。提供了一种用于形成铝合金零件的方法来增强可成形性。所述方法包括提供7xxx系列铝合金坯料，将所述坯料加热至至少所述坯料的固溶相线温度，以及以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度。将所述坯料转移到冲压模具，在所述冲压模具进行二次淬火并将所述坯料成形为零件，其中在一种形式中，在十秒或更短的时间内完成转移所述坯料和执行所述二次淬火并成形的步骤。然后可任选地对所述零件进行人工老化以增大强度。
Description
技术领域
本公开涉及金属成形，并且更具体地涉及由高强度铝合金(诸如7000系列铝合金)制成的成形零件。
背景技术
本部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
商业上成功的车身面板传统上由钢制成。近几十年来，由于在满足各种强度和安全性要求的同时减轻车辆结构重量的需求日益增加，所以铝车身面板已经引起了人们的兴趣。汽车和航空航天行业主要关注铝镁(5xxx系列)合金和铝镁硅(6xxx系列)合金。通常通过传统的低碳钢方法来加工5xxx系列和6xxx系列铝合金。
典型的6xxx系列铝合金提供与钢相比显著的重量减轻，并且在使用T6回火时的屈服应力为约350MPa或低于350MPa。然而，与钢相比，7xxx系列的铝锌合金可以提供额外20-40％的潜在重量减轻。该额外的潜在重量减轻是由于较高的T6屈服强度，该较高的T6屈服强度可超过500MPa。不幸的是，7xxx系列铝合金不具有稳定的T4回火，并且通常由于其改变的可成形性而不能在室温下冲压。
一种用于形成7xxx系列铝合金的经济方法是热冲压。在热冲压过程中，将铝片材加热，然后在水冷模具中同时冲压和淬火。该方法已经成功地得到证实并且描述于美国专利No.8,496,764中，该美国专利与本申请被共同拥有，并且其全部内容以引用方式并入本文。然而，7xxx系列铝合金在高温下的可成形性可能不是最佳的。
本公开解决了在较低温度下使7xxx系列铝合金成形的问题，以及与使7xxx系列铝合金热成形相关的其他问题。
发明内容
在本公开的一种形式中，提供了一种用于形成铝合金零件的方法。该方法包括以下步骤：提供7xxx系列铝合金坯料，将所述坯料加热至至少其固溶相线温度，以及以在约100℃/s至约500℃/s之间的冷却速率对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度，其中所述冷却速率是从400℃至290℃测定的。然后，将所述坯料转移到冲压模具，在所述冲压模具同时执行二次淬火和将所述坯料成形为零件。在十秒或更短的时间内完成将所述坯料转移到冲压模具并执行二次淬火和成形。
在该方法的变型中，将坯料定位在平压板之间以进行中间淬火，并且在冷却模具中将二次淬火执行至低于80℃的温度。
在另一个变型中，该方法还包括人工老化的步骤，其中人工老化可以是在约180℃与约205℃之间的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
在另一个变型中，在加热模具中将二次淬火执行至在约100℃与200℃之间的温度。在该形式的变型中，在二次淬火之后将零件转移到高温壳体中以进行人工老化，其中所述人工老化可以是在约205℃的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
除了具有至少一个此类零件的车辆之外，本公开还包括根据本文公开的各种方法形成的零件。
在本公开的另一种形式中，提供了一种用于形成零件的方法，该方法包括加热7xxx系列铝合金坯料，对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度，将所述坯料转移到冲压模具，以及执行二次淬火并将所述坯料成形为零件。在一种形式中，在十秒或更短的时间内完成转移坯料和执行二次淬火并成形的步骤。
在该方法的变型中，以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率执行中间淬火，在冷却模具中执行二次淬火至低于80℃的温度，在加热模具中执行二次淬火至在约100℃与约200℃之间的温度，以及在二次淬火后执行附加的人工老化步骤。
在本公开的又一种形式中，提供了一种用于形成铝合金零件的方法，该方法包括以下步骤：提供7xxx系列铝合金坯料，将所述坯料加热至至少其固溶相线温度，以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度，将所述坯料转移到冲压模具，同时执行对所述坯料的二次淬火并使所述坯料成形为零件，以及使所述零件人工老化。在本公开的一种形式中，在十秒或更短时间内完成将坯料转移到冲压模具并执行二次淬火和成形。
另外的应用领域将根据本文提供的说明变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅出于说明的目的，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图以举例的方式来描述本公开的各种形式，在附图中：
图1是应用了本公开的教导的铝锌合金体系的二元相图。
图2是各种铝合金的等温转变图；
图3是根据本公开的教导，在0.1/s应变率下许多等温破裂应变对比lode参数的图表；以及
图4是根据本公开的教导的用于热冲压7xxx系列铝合金的方法的流程图。
本文所述的附图仅出于说明的目的，而不意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且并非旨在对本公开、其应用或用途进行限制。应理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的部分和特征。
在研究7xxx系列铝合金原位材料特征和特性时，发明人发现7xxx系列铝合金可成形性在高于440℃时不是最佳的。因此，为了解决与使铝坯料热成形相关的问题，本公开提供了已经被证明在440℃或低于440℃成功使7xxx系列铝合金热成形，同时保持高强度、高断裂韧性和良好耐腐蚀性的创新方法。
参照图1，示出了铝-锌系统的二元相图。铝α相存在于一系列温度和组成中。在Al-Zn共晶下面并由铝固溶相线和锌固溶相线界定的固溶体区域，通常比铝的α相(α)更难加工。
现在参考图2，示出了各种铝合金的等温转变图。等温转变图仅对一种特定组成的材料有效，并且仅当在转变过程中温度保持恒定，并且严格地快速冷却到该温度时才有效。等温转变图通常被称为时间-温度-转变(TTT)曲线图，其中各种相的线被称为TTT曲线。在该图中，TTT曲线42是关于7075铝的，该7075铝用于说明整个7xxx系列铝合金。TTT曲线42具有期望的工艺窗口44，在所述工艺窗口44中7075铝更易于处理α相。(工艺窗口44由点A、B、E和F表示)。如果7xxx系列合金以避免与TTT曲线的鼻部相交的速率冷却，则材料对人工老化的响应得到改善，并且对腐蚀的敏感性降低。
此外，使已经以避免与TTT曲线的鼻部相交的速率冷却的合金老化使得能够实现合金的“峰值屈服强度”。老化温度越低，则老化过程的时间越长。
本发明的发明人在他们对使7xxx系列铝片材热成形的研究中，除了其他关系方面，还测试了等效塑性失效应变与和工艺窗口44界限内的lode参数之间的等温关系。在图3中绘制0.1/s(0.1s-1)应变率下的等温失效应变对照lode参数曲线，其中T200表示200℃，T280表示280℃等，所述温度列于下表1中：
| 等温应变对照lode参数所处的温度： | 图4的标记 |
| 200℃ | T200 |
| 280℃ | T280 |
| 360℃ | T360 |
| 400℃ | T400 |
| 440℃ | T440 |
| 480℃ | T480 |
表1
如图3所示，本公开的意外结果包括在为约0的lode参数和为约-0.25的lode参数处，在0.1/s的应变率下高于约1的等效塑性失效应变都具有改善的高温下成形性。
出乎意料的是，T480失效应变低于T440的失效应变但高于T200的失效应变。T480失效应变将工艺窗口44的界限缩减到工艺窗口44'的界限(工艺窗口44'由点C、D、H和G界定)。
基于这些发现，本发明人已经发现，进行中间淬火，之后在使坯料成形的同时进行二次淬火，提供了在较低温度下使7xxx系列铝成形的改善。中间淬火将坯料快速冷却至在约200℃与约440℃之间的改善成形温度，并且还能够通过在约100℃/s至约500℃/s之间的中间淬火速率来实现，其中将坯料转移到冲压模具，并在十(10)秒或更短的时间内完成二次淬火。
参考图4，示出了该一般形式的用于对7xxx系列铝合金进行热冲压的方法，并且该方法通常由附图标记50表示。在该方法50中，在步骤52中提供7xxx系列铝合金坯料。该坯料可以来自本公开的一种形式的冷轧带卷。在步骤54中，将坯料加热至至少其固溶相线温度，所述固溶相线温度在该形式中为约480℃。在下一步骤56中，在约200℃至约440℃之间的温度下执行中间淬火。在该中间淬火步骤56中，可将坯料定位在平压板之间。此外，在本公开的一种形式中，以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率来执行中间淬火。
在步骤58中，将温热的坯料转移到冲压模具，该冲压模具在一种形式中是小于或等于约80℃的冷却模具。或者，如下所述，将冲压模具加热至在约100℃与约200℃之间的温度。然后，在该步骤58中，将坯料成形为零件，同时对所述坯料执行二次淬火。因此，可以在如上所述的冷却模具或加热模具中执行二次淬火。在一种形式中，在十秒或更短的时间内完成将坯料转移到冲压模具并执行二次淬火和成形的步骤。
如进一步所示，方法50还可包括在步骤60中对成形的坯料进行人工老化的任选步骤。在中间淬火和二次淬火之后提供该任选的人工老化步骤，以实现改善的机械特性，诸如改善的拉伸强度。当在加热模具中进行二次淬火时，人工时间可以缩短，因为二次淬火使老化过程开始。因此，取决于所需的老化特征，在加热模具中二次淬火的温度范围为约100℃至约200℃。
在一种形式中，人工老化是在约180℃至约205℃之间的温度下进行30分钟的PFHT(成形后热处理)。在二次淬火之后，可以将成形的零件转移到高温壳体中以进行人工老化。
淬火温度、淬火速率和转移时间的组合提供了所需的材料特性，诸如举例而言耐腐蚀性、断裂韧性和屈服强度。总之，本公开提供了一种方法，在所述方法中7xxx系列铝合金的可成形性得到改善并且人工老化时间可得以缩短。
本公开的许多方法、成形零件和零件通常结合到车辆中。
除非本文另有明确指示，否则指示机械/热特性、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特征的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大致”修饰。出于包括工业实践、制造技术和测试能力的各种原因，需要这种修饰。
本公开的描述在本质上仅仅是示例性的，且因此，不脱离本公开的实质的变型旨在落入本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，一种用于形成铝合金零件的方法包括提供7xxx系列铝合金坯料，将所述坯料加热到至少其固溶相线温度，以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度，将所述坯料转移到冲压模具，以及同时对所述坯料执行二次淬火并将所述坯料成形为零件，其中在十秒或更短的时间内完成将所述坯料转移到所述冲压模具并执行所述二次淬火和成形的步骤。
根据一个实施例，将所述坯料定位在平压板之间以进行所述中间淬火。
根据一个实施例，在冷却模具中将所述二次淬火执行至低于80℃的温度。
根据一个实施例，本发明的特征还在于人工老化步骤。
根据一个实施例，所述人工老化是在约180℃与约205℃之间的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
根据一个实施例，在加热模具中将所述二次淬火执行至在约100℃与约200℃之间的温度。
根据一个实施例，在所述二次淬火之后将所述零件转移到高温壳体中以进行人工老化。
根据一个实施例，所述人工老化是在约205℃的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
根据本发明，本发明的特征还在于一种根据上述方法形成的零件。
根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有至少一个根据如上所述的用于形成铝合金零件的方法形成的零件。
根据本发明，一种用于形成零件的方法包括加热7xxx系列铝合金坯料，对所述坯料进行中间淬火至约200℃至约440℃之间的温度，将所述坯料转移到冲压模具，以及执行二次淬火并将所述坯料成形为零件。
根据一个实施例，以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率来执行所述中间淬火。
根据一个实施例，在冷却模具中将所述二次淬火执行至低于约80℃的温度。
根据一个实施例，将所述二次淬火执行至在约100℃与约200℃之间的温度。
根据一个实施例，本发明的特征还在于所述二次淬火后的人工老化步骤。
根据一个实施例，在十秒或更短的时间内完成转移所述坯料和执行所述二次淬火并成形的步骤。
根据本发明，一种用于形成铝合金零件的方法包括提供7xxx系列铝合金坯料；将所述坯料加热到至少其固溶相线温度；以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度；将所述坯料转移到冲压模具；同时对所述坯料执行二次淬火并将所述坯料成形为零件，其中在十秒或更短的时间内完成将所述坯料转移到所述冲压模具并执行所述二次淬火和成形的步骤；以及对所述零件进行人工老化。
根据一个实施例，所述人工老化是在约180℃与约205℃之间的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
根据一个实施例，在冷却模具中将所述二次淬火执行至低于约80℃的温度。
根据一个实施例，在加热模具中将所述二次淬火执行至在约100℃与约200℃之间的温度。
Claims (14)
1.一种用于形成零件的方法，所述方法包括：
加热7xxx系列铝合金坯料；
对所述坯料执行中间淬火至在约200℃至约440℃之间的温度；
将所述坯料转移到冲压模具；以及
执行二次淬火并将所述坯料成形为零件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中以在约100℃/s至约500℃/s之间的速率来执行所述中间淬火。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述坯料定位在平压板之间以进行所述中间淬火。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在冷却模具中将所述二次淬火执行至低于约80℃的温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述二次淬火执行至在约100℃与约200℃之间的温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述二次淬火之后将所述零件转移到高温壳体中以进行人工老化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述二次淬火和将所述坯料成形为零件是同时的。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述二次淬火后进行人工老化的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述人工老化是在约180℃与约205℃之间的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述人工老化是在约205℃的温度下进行约30分钟的PFHT(成形后热处理)。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在十秒或更短的时间内完成转移所述坯料和执行所述二次淬火并成形的步骤。
12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述坯料加热至至少所述坯料的固溶相线温度。
13.一种根据权利要求1至12中任一项所述形成的零件。
14.一种车辆，所述车辆具有至少一个根据权利要求13所述形成的零件。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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