CN111575548B

CN111575548B - 综合性能优异的6系铝合金汽车外板及其制备方法

Info

Publication number: CN111575548B
Application number: CN202010319069.6A
Authority: CN
Inventors: 冉凡青; 王飞; 祖立成; 崔立治; 张旭鹏; 白永芳; 李玉博
Original assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Current assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: CN111575548A

Abstract

本发明属于汽车车身用铝合金板材技术领域，涉及一种综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.6～1.5％、Fe：0.1～0.5％、Cu：0.3～0.6％、Mn：0.05～0.20％、Mg：0.25～0.45％、Cr≤0.1％、Zn≤0.1％、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.10％，余量为Al，其制备方法通过控制热轧压下量与终轧温度，获得特定的变形织构组织，再与随后的两次退火工艺和合适的冷轧道次相结合，最终获得综合性能优良的6系铝合金材料，不论从成型性能还是烤漆强化性能，抑或是表面质量均优于现在常用的6016汽车板材。

Description

综合性能优异的6系铝合金汽车外板及其制备方法

技术领域

本发明属于汽车车身用铝合金板材技术领域，涉及一种综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，尤其涉及一种表面质量、成形性能以及烤漆强度性能均优异的6系铝合金汽车外板及其制备方法。

背景技术

在目前节能减排的大主题下，汽车轻量化是降低污染、减少消耗的最直接有效方法。铝合金及其加工材料，由于密度小、比强度和比刚度高，弹性好，抗冲击性能良好，耐腐蚀及良好的加工性能等一系列优良特性，已成为汽车制造商减轻车重的主要应用材料。

常用于车身板的铝合金主要为2系、5系和6系铝合金。其中2系铝合金由于耐蚀性较差，且烤漆强化较难限制了其应用。5系铝合金由于吕德斯带和烤漆软化现象，只能应用于汽车内板等表面质量要求不高的部位。而6系铝合金由于成型性好，烤漆强度高，耐腐蚀，无吕德斯带等优点，在汽车工业应用越来越广泛。

目前对6系汽车板的研究及专利，通常仅针对某一两项指标进行优化与分析，如专利公开号为CN103757507B的发明专利《一种汽车车身外板用高烤漆硬化铝合金材料及其制备方法》仅针对烤漆性能进行了优化；专利公开号为CN101885000B的发明专利《提高6111铝合金汽车板冲压成形性的加工处理方法》是针对成形性能进行的改进设计；专利公开号为CN1141958A 的发明专利《成型性和加热硬化性优良的铝合金板材的制造方法》则是对成型性和加热硬化性两方面进行了改进。而对于6系铝合金汽车外板，罗平线问题也会严重影响产品的表面质量，因此也是实际生产中亟待解决的问题，但对此方面的研究非常少。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有工艺制备的6系铝合金板材表面质量、成型性能以及烤漆强度性能不能兼顾，影响汽车车身外板大规模推广应用的问题，提供一种综合性能优异的 6系铝合金汽车外板制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种综合性能优异的6系铝合金汽车外板，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.6～1.5％、Fe：0.1～0.5％、Cu：0.3～0.6％、Mn：0.05～0.20％、 Mg：0.25～0.45％、Cr≤0.1％、Zn≤0.1％、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.10％，余量为 Al。

进一步，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.8～1.3％、Fe：0.1～0.5％、Cu： 0.4～0.5％、Mn：0.05～0.20％、Mg：0.3～0.4％、Cr：0.1％、Zn：0.1％、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.10％，余量为Al。

一种6系铝合金汽车外板的制备方法，包括如下步骤：

A、将制备汽车车身外板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉中精炼，精炼后的铝合金熔体经除气除杂、在线细化后熔铸为铝合金铸锭；

B、将熔铸后的铝合金铸锭进行三级均匀化处理，均匀化工艺为：500℃/2h+560℃/6h+500℃/2h；

C、将均匀化后铝合金铸锭在500℃进行热粗轧，粗轧道次为17个，最大压下量35mm，中间坯厚度35～45mm，然后进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33％～40％～37％～34％，获得8mm厚度热轧卷，打卷温度275～300℃；

D、将热轧卷放入箱式炉进行退火，退火温度330～380℃，退火时间4h；

E、冷轧：将热轧后的铝合金卷材冷轧至1.0mm，依次经过8.0mm、5.3mm、3.7mm、2.6mm、 1.8mm、1.0mm，其中在冷轧至2.6mm时的铝合金卷材在450℃退火20s；

F、将冷轧后的铝合金卷材进行固溶处理，以5℃/s的升温速率快速升温至530℃保温10s 后进行水淬，以25～35℃/s的降温速率降至150℃，然后风冷至室温；

G、将固溶淬火后铝合金卷材经过酸洗钝化后进行预时效，即加热至85～105℃后打卷，然后转移至箱式炉，由风机控制冷却速率，以3.5℃/h的速率降温至30℃出炉。

进一步，步骤A中铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn。

进一步，步骤A中铝合金原料熔炼温度为700～760℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，精炼温度为710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，成分符合则通过深床过滤设备后进行铸造，获得6系铝合金铸锭。

进一步，步骤F固溶淬火所使用的加热炉为气垫式加热炉。

本发明的有益效果在于：

1、6系汽车板极易产生罗平线问题，在后期涂装时暴露，影响产品质量。出现罗平线的原因就是材料中出现了强烈的织构，从而表现出各向异性，在成形时产生沿轧制方向的条纹，并在涂装时显现。本专利通过合金元素的控制，通过Cu元素的加入，以及Cu、Mg、Si原子质量比的控制，在时效序列中除了Mg₂Si相外，还生成了Q’相，即Al_xCu₂Mg₉Si_12-x亚稳相，其会与再结晶织构产生强烈影响，从而改善织构分布。同时通过控制热轧压下量与终轧温度，获得的主要是Brass、S和Copper织构，以及少量的再结晶织构R。随后的两次退火工艺和合适的冷轧道次相结合，使得Cube和R-Cube织构组分逐步增加。在最终经过连续退火后，各个典型织构组分的分布都较为弥散，没有明显的织构聚集现象，从而获得最优的织构组合。

2、本发明从成分和工艺两方面考虑，通过调控合金各元素组分和织构组织，获得综合性能优良的6系铝合金材料，不论从成型性能还是烤漆强化性能，抑或是表面质量均优于现在常用的6016汽车板材料，非常适合用于制作形状复杂的汽车板外板，可加快汽车轻量化进程，并对其他领域高综合性能铝合金的生产与开发具有一定的指导作用。

通过本发明6系铝合金汽车外板制备方法生产的6系铝合金板材，具有高表面质量、高成型性、良好的烤漆硬化性等综合指标，适宜用做汽车外板材料。

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为本发明6系铝合金汽车外板的工艺流程图；

图2(a)为实施例所制备铝合金汽车外板的表面形貌图；

图2(b)为对比例所制备铝合金汽车外板的表面形貌图。

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。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

如图1所示一种6系铝合金汽车外板的制备方法，包括如下步骤：

A、将制备汽车车身外板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，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	杂质	Al
										含量	1.05	0.30	0.45	0.13	0.35	0.10	0.10	0.05	余量

铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn等，将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，700～760℃温度范围在熔炼炉内进行熔化，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉中精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测。若成分符合则通过深床过滤设备后进行铸造，获得6系铝合金铸锭；

对比例

一种铝合金汽车外板用6016铝合金板材的制备方法，包括如下步骤：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	杂质	Al
										含量	1.00	0.25	0.10	0.10	0.40	0.05	0.05	0.05	余量

铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn等，将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，700～760℃温度范围在熔炼炉内进行熔化，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉中精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测。若成分符合则通过深床过滤设备后进行铸造，获得6016铝合金铸锭；

B、将熔铸后的铝合金铸锭进行普通均匀化处理，均匀化工艺为：560℃/4h+500℃/2h；

C、将均匀化后铝合金铸锭在500℃进行热粗轧，然后进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33％～40％～37％～34％，获得8mm厚度热轧卷，打卷温度275～300℃；

D、冷轧：将热轧后的铝合金卷材冷轧至1.0mm，依次经过8.0mm、5.3mm、3.7mm、2.6mm、 1.8mm、1.0mm，其中在冷轧至2.6mm时的铝合金卷材在450℃退火20s；

E、将冷轧后的铝合金卷材进行固溶处理，530℃保温10s，然后风冷至室温；

F、将固溶淬火后铝合金卷材经过酸洗钝化后进行预时效，即加热至85～105℃后打卷，在环境温度冷至室温。

图2(a)为实施例所制备铝合金板材的表面显微图，图2(b)为对比例所制备普通6016 铝合金板材的表面图像。按照GB/T 33227-2016标准试验对比结果可见，本发明最终获得的成品与传统的6016合金相比，表面几乎不可见沿轧制方向的条纹，表面质量得到明显改善。传统6016合金表面会有明显沿轧制方向的条纹。

按照GB/T 228-2002，GB/T 5027-2016和GB/T5028-2008标准试验，实施例与对比例力学性能对比结果如表1所示。

表1

本专利合金力学性能与普通6016对比如表1所示，通过对比可以发现，实施例所制备的铝合金板材在T4态具有较低的屈服强度与较低的屈强比，说明材料的成形性能优于6016。并且实施例所制备的铝合金板材r值尤其是45°的r值，高于6016铝合金板材(对比例)， r值为塑性应变比，也是评价材料冲压成形性的关键指标之一，r值越高其冲压成形性尤其是拉深成形性能则越好。这主要得益于铝合金板材优良的织构组织控制，材料的△r值也低于 6016，说明材料的各向异性较小，在受到多方向变形时更不易由于变形不均而产生开裂。

T64态(2％+185℃/20min)的力学性能对比表明：实施例所制备的铝合金板材烤漆后的性能与普通6016铝合金板材(对比例)强度相当，由于烤漆前专利材料屈服低，因此其有着更好的烤漆强化效果。力学性能对比来看，实施例所制备的铝合金板材与普通6016铝合金板材(对比例)相比，在延伸率和n值略高于或与普通6016相当的基础上，具有着更好的成形性能，更不容易由于变形不均而产生开裂和更高的烤漆强化效果。

终上所述，本发明通过成分设计、加工工艺和热处理及预时效工艺的优化，使得此新型 6系铝合金内的各合金元素获得良好的调控，在轧制变形过程中调控变形织构和再结晶织构的分布，在时效过程中获得多相协同析出，并与织构相互影响，从而获得综合性能优良的6 系铝合金。对比普通6016，其成型性能更优，烤漆强化效果更强，表面质量更好，更适合冲压形状复杂的汽车外板部件。

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.综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将制备汽车车身外板的铝合金原料按照以下重量百分比进行配料：Si：0.6~1.5％、Fe：0.1~0.5％、Cu：0.3~0.6％、Mn：0.05~0.20％、Mg：0.25~0.45％、Cr≤0.1%、Zn≤0.1%、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.10％，余量为Al，将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉中精炼，精炼后的铝合金熔体经除气除杂、在线细化后熔铸为铝合金铸锭；

C、将均匀化后铝合金铸锭在500℃进行热轧，粗轧道次为17个，最大压下量35mm，中间坯厚度35~45mm，然后进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33%~40%~37%~34%，获得8mm厚度热轧卷，打卷温度275~300℃；

D、将热轧卷放入箱式炉进行退火，退火温度330~380℃，退火时间4h；

E、冷轧：将热轧后的铝合金卷材冷轧至1.0mm，依次经过8.0mm、5.3mm、3.7mm、2.6mm、1.8mm、1.0mm，其中在冷轧至2.6mm 时的铝合金卷材在气垫炉进行450℃退火20s；

F、将冷轧后的铝合金卷材进行固溶处理，以5℃/s的升温速率快速升温至530℃保温10s后进行水淬，以25~35℃/s的降温速率降至150℃，然后风冷至室温；

G、将固溶淬火后铝合金卷材经过酸洗钝化后进行预时效，即加热至85~105℃后打卷，然后转移至箱式炉，由风机控制冷却速率，以3.5℃/h的速率降温至30℃出炉。

2.如权利要求1所述的综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，其特征在于，步骤A的铝合金原料按照以下重量百分比配制而成：Si：0.8~1.3％、Fe：0.1~0.5％、Cu：0.4~0.5％、Mn：0.05~0.20％、Mg：0.3~0.4％、Cr：0.1%、Zn：0.1%、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.10％，余量为Al。

3.如权利要求1所述的综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，其特征在于，步骤A中铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn。

4.如权利要求1所述的综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，其特征在于，步骤A中铝合金原料熔炼温度为700~760℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，精炼温度为710~750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，成分符合则通过深床过滤设备后进行铸造，获得6系铝合金铸锭。

5.如权利要求1所述的综合性能优异的6系铝合金汽车外板制备方法，其特征在于，步骤F固溶淬火所使用的加热炉为气垫式加热炉。