CN110952000A

CN110952000A - 一种汽车蒙皮板用铝合金及其制造方法

Info

Publication number: CN110952000A
Application number: CN201911319727.5A
Authority: CN
Inventors: 杜凤彪; 张立鑫; 葛浩龙; 赵俊才; 祖立成
Original assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Current assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明属于有色金属技术领域，涉及一种汽车蒙皮板用铝合金及其制造方法，包括铸造、锯铣、均匀化、热轧、冷轧、固溶淬火、在线预时效以及室温停放，其中在线预时效和室温停放是将固溶淬火后铝合金卷材进行在线预时效处理，预时效温度280～320℃，预时效加热时间7s，预时效后的铝合金卷材离线打卷后置于恒温库冷却至室温后，室温停放2周，其中打卷温度为80～100℃，该汽车蒙皮板解决了国内汽车蒙皮板用铝合金强度、塑性和成形性能不同时满足汽车生产要求的问题。

Description

一种汽车蒙皮板用铝合金及其制造方法

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，涉及一种汽车蒙皮板用铝合金及其制造方法。

背景技术

节能、环保是汽车发展的新动向，与此同时，能源和环境是当今世界面临的两大问题，两者均与汽车产业发展息息相关，制造出“低能耗”、“低排放”甚至“零排放”的汽车是汽车行业及政府等部门都需要思考的问题。在采用相同动力系统和传动系统的前提下，乘用车的整车质量每减少10％，燃油消耗就可降低6％～8％。与汽车的动力系统和传动系统的技术改革相比，轻量化是降低能耗、减少排放的最为有效的措施之一。

实现汽车轻量化主要有三种途径：1)结构优化，使零部件薄壁化、中空化、小型化或复合化；2)新材料的使用，如铝合金、镁合金、高强钢及一些非金属材料的使用；3)工艺的改进，主要包括成形技术和连接技术。结构优化轻量化减重有限，工艺的改进轻量化开发成本相对较高，因此新材料的使用轻量化显得尤为重要。铝及铝合金是目前应用较为成熟的轻量化金属材料，其优势为低密度(仅为钢材的1/3)、中高强度、高弹性、高抗冲击性能、易着色等。每用100kg铝合金替代钢材就能减重200kg，每百公里油耗可降低0.6～1.2L、二氧化碳排放可减少1kg。在当前汽车制造中，已大量的使用在汽车轮毂、动力系统及悬架系统等零部件中，近年来奥迪、捷豹路虎、福特、奇瑞等都使用了全铝式的车身结构，铝合金已经成为了一种比较理想的轻量化材料。

6014、6016、6022、6111、7020等铝合金牌号应用于汽车蒙皮板，其中，6111、7020合金板材由于具有高的强度而备受欧美国家的青睐，以取得更显著的减重效果。日本、中国等亚洲国家均倾向于关注强度相对较低成形性相对较好的6014、6016和6022铝合金汽车蒙皮板的研究。

汽车蒙皮板用6系铝合金在冲压成形前的屈服强度不应超过130MPa，不含Cu或者含低量Cu，最好不超过120MPa，延伸率应大于24％，n值(加工硬化指数)应大于0.28，f(包边因子)应小于0.5。屈服强度越低，延伸率越大，n值越大，f值越小，越有利于冲压成形；而烤漆后，屈服强度应不小于210MPa。同时，6系汽车板在固溶淬火后通常要在室温放置2周甚至1个月以上才能进行冲压成形及后续的烤漆处理(这里包括运输、异形板加工时间等)。在室温放置会发生自然时效，一方面受自然时效强化影响，冲压前强度升高不利于成形；另一方面，自然时效后再烘烤硬化，强度低，将降低烘烤硬化效果。为解决这个问题，本发明对固溶水淬后的薄板立即进行预时效处理，抑制自然时效，使薄板达到稳定状态。

汽车蒙皮板用6xxx系铝合金在固溶淬火后放置时间对屈服强度有很大影响，这可以从固溶淬火后自然时效时间和电导率变化曲线中间接反映出来，如图1所示。经预时效处理达到的稳定状态(一般预时效后2周)即为T4P状态，T4P状态板材性能稳定，不受运输、加工等时间限制，可在之后的任何时间做冲压处理。试验中，模拟烤漆处理，预先拉伸2％，模拟烤漆处理在油浴炉中进行，获得薄板的最终使用强度，即T64或者说PB态。

目前，国内的铝合金汽车蒙皮板铝化率程度低，主要存在两个问题：1)成形性能差，在冲压过程中，容易开裂，成品率低，不稳定；2)烤漆后性能低，不能满足使用要求。因此开发一种低Cu含量的6系铝合金，且该合金兼顾较高的成形性能和烘烤硬化性能，已成为汽车材料开发的关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决上述汽车蒙皮板存在的成形性能差以及烤漆后性能差，不能满足使用要求的问题，提供一种汽车蒙皮板用铝合金及其制造方法。

为达到上述目的，本发明提供一种汽车蒙皮板用铝合金，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.3～0.65％，Fe≤0.35％，Cu≤0.25％，Mn：0.05～0.20％，Mg：0.40～0.80％，Cr≤0.20％，Zn≤0.10％，Ti≤0.10％，V≤0.20％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。

一种汽车蒙皮板的制造方法，包括以下步骤：

A、计算各铝合金原料用量并将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；

B、将熔铸后的铝合金铸锭锯切头尾并铣除表面壳层；

C、将锯切铣面后的铝合金铸锭在560±3℃均质化处理24h；

D、将均质化处理的铝合金铸锭热粗轧到中间坯，将中间坯热精轧然后冷轧至厚度为0.9～1.0mm的铝合金卷材；

E、将冷轧后铝合金卷材在560±3℃的连续气垫淬火炉中固溶淬火30～50s；

F、将固溶淬火后铝合金卷材进行在线预时效处理，预时效温度280～320℃，预时效加热时间7～10s，预时效后的铝合金卷材在线卷取，离线后立即用毛毡对铝合金卷材进行保温，置于恒温库自然冷却至室温后室温停放2周，其中用毛毡保温时测量卷材温度为80～100℃；

G、将铝合金卷材进行2％预拉伸后进行模拟烤漆，即：铝合金卷材在油浴炉中加热并保温，保温温度为185℃，时间为20min。

进一步，步骤A中铝合金原料熔炼过程为静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤、铸造的半连续铸造方法，熔炼温度为730～760℃，精炼温度720～745℃，铸造温度670～690℃。

进一步，步骤C中均质化处理时间从铝合金铸锭温度达到557℃时开始计时。

进一步，步骤D中铝合金铸锭热粗轧为40～45mm厚的中间坯，再通过4道次热精轧为6～8mm厚的热轧带材后冷轧为铝合金卷材。

进一步，步骤E中铝合金卷材固溶淬火冷却速度为50±10℃/s。

进一步，步骤F中铝合金卷材恒温停放前采用毛毡包裹。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的汽车蒙皮板的制造方法，采用连续气垫淬火炉进行固溶淬火，固溶温度高，保温时间短，从而获得良好的组织结构，为获得优异性能打下基础；预时效加热温度高，加热时间短，关键利用毛毡对卷材包裹实现长时保温，消除自然时效的不利影响，室温停放2周达到稳定状态，节能，经济，高效，环保。

2、本发明所公开的汽车蒙皮板的制造方法，汽车蒙皮板烤漆前屈服强度低于100Mpa，有利于铝合金卷材的冲压成形；汽车蒙皮板模拟烤漆后屈服强度高于220Mpa，屈服强度相对较高，超标准满足使用；解决了国内汽车蒙皮板用铝合金强度、塑性和成形性能不同时满足汽车生产要求的问题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为固溶淬火后板材自然时效时间与电导率变化曲线；

图2为本发明汽车蒙皮板制造方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图2所示的汽车蒙皮板的制造方法，包括以下步骤：

A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	V	余量
											含量	0.65	0.14	0.16	0.08	0.72	0.1	0.1	0.01	0.2	Al

将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金原料熔炼过程为静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤、铸造的半连续铸造方法，熔炼温度为730～760℃，精炼温度720～745℃，铸造温度670～690℃；

B、将熔铸后的铝合金铸锭锯切头尾并铣除表面壳层；

C、将锯切铣面后的铝合金铸锭在560±3℃均质化处理24h，消除铸锭结构中的晶内偏析，均质化处理时间从铝合金铸锭温度达到557℃时开始计时；

D、将均质化处理的铝合金铸锭热粗轧为40～45mm厚的中间坯，再通过4道次热精轧为6.0～8.0mm厚的热轧带材后冷轧至厚度为1.0mm的铝合金卷材；

E、将冷轧后铝合金卷材在560℃的连续气垫淬火炉中固溶淬火50s，铝合金卷材固溶淬火冷却速度为50±10℃/s；

F、将固溶淬火后铝合金卷材进行在线预时效处理，预时效温度280℃，预时效时间7s，预时效后的铝合金卷材在线打卷后立即用毛毡保温，置于恒温库冷却至室温后，室温停放2周，其中用毛毡保温时测量卷材温度为80℃，然后对铝合金卷材进行力学性能测试。拉伸试验，测试Rm、Rp0.2、A、n值(加工硬化指数)、r值(塑性应变比)。折弯试验，测试折弯半径r，通过公式f＝r/t，计算包边因子f，其中t为卷材厚度，获得铝合金卷材T4P状态的力学性能；

G、将铝合金卷材模拟烤漆，模拟烤漆温度为185℃，模拟烤漆时间为20min，铝合金卷材模拟烤漆前预拉伸2％，模拟烤漆工艺在油浴炉中进行，通过拉伸试验测试模拟烤漆后(即T64或者说PB态)的力学性能，测试Rm、Rp0.2、A。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，步骤D冷轧后铝合金卷材的厚度为0.9mm。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，步骤F将固溶淬火后铝合金卷材进行在线预时效处理，预时效温度320℃，预时效时间7s；预时效后的铝合金卷材在线打卷后立即用毛毡保温，置于恒温库冷却至室温后，室温停放2周，然后对铝合金卷材进行力学性能测试，其中用毛毡保温时测量卷材温度为100℃。

实施例4

实施例4与实施例2的区别在于，步骤F将固溶淬火后铝合金卷材进行在线预时效处理，预时效温度320℃，预时效时间7s；预时效后的铝合金卷材在线打卷后立即用毛毡保温，置于恒温库冷却至室温后，室温停放2周，然后对铝合金卷材进行力学性能测试，其中用毛毡保温时测量卷材温度为100℃。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，步骤F将固溶淬火后铝合金卷材在线打卷，室温停放2周，然后对铝合金卷材进行力学性能测试。拉伸试验，测试Rm、Rp0.2、A、n值(加工硬化指数)、r值(塑性应变比)。折弯试验，测试折弯半径r，通过公式f＝r/t，计算包边因子f，其中t为卷材厚度；

对比例2

对比例2与实施例2的区别在于，步骤F将固溶淬火后铝合金卷材在线打卷，室温停放2周，然后对铝合金卷材进行力学性能测试。拉伸试验，测试Rm、Rp0.2、A、n值(加工硬化指数)、r值(塑性应变比)。折弯试验，测试折弯半径r，通过公式f＝r/t，计算包边因子f，其中t为卷材厚度。

实施例1～4与对比例1～2铝合金卷材模拟烤漆前后的拉伸性能测试结果见表1，模拟烤漆前折弯性能及加工硬化指数、塑性应变比测试结果见表2：

表1

表2

通过实施例1～4与对比例1～2对比，可以发现，经过本发明的预时效处理工艺(包括在线预时效及毛毡保温冷却至室温后停放2周)，模拟烤漆前性能稳定，性能与未经预时效相比，模拟烤漆前性能低，延伸率高，折弯性能良好，能够保证冲压不开裂；烤漆后性能高。需要注意的是，汽车主机厂使用铝合金板材时，先进行冲压成形，然后再进行烤漆处理达到服役强度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种汽车蒙皮板用铝合金，其特征在于，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.3～0.65％，Fe≤0.35％，Cu≤0.25％，Mn：0.05～0.20％，Mg：0.40～0.80％，Cr≤0.20％，Zn≤0.10％，Ti≤0.10％，V≤0.20％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。

2.如权利要求1所述汽车蒙皮板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

B、将熔铸后的铝合金铸锭锯切头尾并铣除表面壳层；

C、将锯切铣面后的铝合金铸锭在560±3℃均质化处理24h；

3.如权利要求2所述汽车蒙皮板的制造方法，其特征在于，步骤A中铝合金原料熔炼过程为静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤、铸造的半连续铸造方法，熔炼温度为730～760℃，精炼温度720～745℃，铸造温度670～690℃。

4.如权利要求2所述汽车蒙皮板的制造方法，其特征在于，步骤C中均质化处理时间从铝合金铸锭温度达到557℃时开始计时。

5.如权利要求2所述汽车蒙皮板的制造方法，其特征在于，步骤D中铝合金铸锭热粗轧为40～45mm厚的中间坯，再通过4道次热精轧为6.0～8.0mm厚的热轧带材后冷轧为铝合金卷材。

6.如权利要求2所述汽车蒙皮板的制造方法，其特征在于，步骤E中铝合金卷材固溶淬火冷却速度为50±10℃/s。

7.如权利要求2所述汽车蒙皮板的制造方法，其特征在于，步骤F中铝合金卷材恒温停放时采用毛毡包裹。