CN115229002A - 一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法 - Google Patents

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    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent

Abstract

本发明提出了一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法。包括以下步骤：对铝合金板材进行固溶处理，而后水淬至室温；对铝合金板材进行预时效处理；铝合金板材在室温下冲压成形；对成形后的铝合金零件进行烤漆处理稳定微观组织和性能，或者直接进行自然时效代替人工烤漆。本发明利用固溶淬火以及预时效后铝合金板材优良的延展性，实现了室温下铝合金零件的冲压成形。进一步的，通过将冲压过程中的加工硬化和烤漆人工时效过程或自然时效过程中的时效强化相耦合，有效提升了成形零件的力学性能，其屈服强度和抗拉强度可以接近或者达到T6态水平。

Description

一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法
技术领域
本发明涉及铝合金板材塑性成形领域，具体地，涉及一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法。
背景技术
减轻汽车质量可以有效节约燃料消耗和尾气排放量，因此基于节能减排需求的汽车轻量化技术成为了汽车领域的主要发展方向之一。铝合金由于具有较高的的比强度和比刚度和良好的吸能性能等，应用于车身零件制造中具有良好的轻量化效果。
传统高强度铝合金(主要包括2xxx系和7xxx系铝合金)在零件制造过程中面临的主要问题之一，是成形和成性之间的矛盾。O态和W态铝合金具有良好的韧性和延展性，可以进行室温成形但是屈服强度和抗拉强度很低，成形零件的强度性能无法满足要求。T6态铝合金具有良好的力学强度性能，但是延展性和断裂韧性差，室温冲压成形性能差且容易开裂。
为了同时实现良好的成形性和强度性能传统的热成形方法在零件热冲压后进行固溶时效强化，工艺路线复杂，生产成本高并且成形零件的强度性能无法保证。经检索专利号CN108380722A公开了一种轻量化铝合金车身构件的热冲压成形方法，将T6态铝合金板材升温至固溶温度以下50-300℃加热保温1-5min，然后进行热冲压并保压淬火。该方法缩短了生产周期，同时保证了产品的使用性能。专利公开号CN112264498A公开了一种铝合金预强化热冲压成形方法将固溶淬火后的铝合金板材进行预强化处理，而后热冲压成形。预先强化处理后的铝合金板材性能稳定可以作为批量供应的板材坯料，继而有效提高了热冲压生产效率。上述热成形方法虽然一定程度上简化了热冲压的工艺流程，但是热冲压过程中需要对于模具进行加热，或者在模具中保压淬火。但是相比于冷冲压，对于冲压模具和设备的制造和性能有更高的要求，无法使用现有的冷冲压设备进行生产。相对应的，更新流水线和生产设备成本是比较高的。
经检索专利号CN113249665A公开了一种铝合金构件的成形方法，对于铝合金板材进行固溶淬火，而后将铝合金材料拉延成形构件，最后进行时效处理。该方法存在的问题在于，固溶淬火后的W态铝合金板材性能非常不稳定，必须快速转移到冲压设备中进行冲压，中间时间间隔较短。这就导致板材的固溶淬火不能在板料生产厂家进行，而必须在汽车厂冲压流水线中加入固溶淬火流程和设备，给汽车厂带来的成本和技术挑战同样很高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术和应用存在的局限性，而提供一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法。所述的成形过程中，相对于铝合金板材进行固溶和水淬，随后对于铝合金板材进行预时效处理；处理后的板材作为批量供货的货源坯料，转移至汽车厂冲压流水线中进行冷冲压；最后对于成形后的铝合金零件进行自然时效或烤漆人工时效处理达到高强度性能。
本发明利用固溶淬火以及预时效后铝合金板材优良的延展性，实现了室温下铝合金零件的冲压成形。同时，预时效工艺后铝合金板材性能较为稳定，能有效抑制板材的自然时效过程，可以进行一定时间的储存和转运。预时效后的板材作为板材供应商的批量供应货源，转运至汽车厂后，可以使用汽车厂现有的冷冲压流水线进行生产，有效降低了生产成本。汽车零件成形后均需要进行烤漆处理，因此本发明将这一过程也纳入考虑中。进一步的，通过将冲压过程中的加工硬化和烤漆人工时效以及自然时效过程中的时效强化相耦合，有效提升了成形零件的力学性能，其屈服强度和抗拉强度可以达到T6态水平。冲压过程在铝合金材料中引入的位错等缺陷能够为时效过程中的析出相提供大量的新形核位置，同时时效过程中的析出相又可以对于铝合金零件中的位错缺陷造成钉扎、阻滞作用。最终这种耦合作用使得铝合金材料中缺陷稳定，组织细化，进而提高铝合金零件的强度和韧性。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
本发明的第一方面涉及一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，包括如下步骤：
步骤一、对铝合金板材进行固溶处理，而后水淬至室温；
步骤二、对水淬后铝合金板材进行预时效处理；
步骤三、将时效处理后的板材冲压成形制得铝合金零件；
步骤四、对成形的铝合金零件进行时效处理实现强度性能；
优选的，所述步骤一中的铝合金板材为7xxx系高强度铝合金。
优选的，所述步骤一中的固溶处理温度为450-480℃，固溶处理时间为40-60min。
优选的，所述步骤二中的预时效处理包括人工时效、自然时效中的一种或多种，实际工艺流程中，应当从保证铝合金板材满足冲压过程的延展性和韧性需求的角度，对于具体的预时效时间进行工艺优选。时效时间应当确保冷冲压过程中成形零件成形良好且无开裂现象，同时配合烤漆处理和自然时效使得成形零件达到尽可能高的强度性能。
优选的，所述步骤二中的预时效处理时间为1-12h，处理温度为80-130℃。
优选的，所述步骤三中的冲压温度为20-40℃。
优选的，所述步骤四中的时效处理为自然时效或自然时效或人工时效相结合。
优选的，所述人工时效为烤漆处理。
优选的，所述烤漆处理温度为170℃-190℃，处理时间为20-30min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明通过冷冲压成形过程相比于热冲压，极大降低了生产过程中的能耗，且工艺流程简单。
(2)本发明考虑冷冲压前后的自然时效的作用，并结合工艺流程进行合理设计。冷冲压过程中零件成形良好且无开裂现象，成形后的零件能够达到T6态强度性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为高强铝合金板材冷冲压成形工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例及对比例使用以2mm厚商用T6态7075铝合金板材为原料，所用铝合金板材成分如表1所示。
表1 7075铝合金成分表
Figure BDA0003763696990000031
实施例1：
将铝合金板材置于加热炉中加热至450°保温50min，随后水淬至室温获得W态铝合金板材；将铝合金板材加热至120℃保温6h，随后在板材上按照ASTM-E8标准切取单拉试样；将单拉试样拉伸10％预应变,随后放入加热炉中180℃烘烤20min；试样静置200h后再次进行单拉测试。测量多个试样取平均值得到试样抗拉强度613.6Mpa，屈服强度572.3Mpa，延伸率13.0％。
实施例2：
将铝合金板材置于加热炉中加热至450°保温50min，随后水淬至室温获得W态铝合金板材；将铝合金板材加热至120℃保温8h，随后在板材上按照ASTM-E8标准切取单拉试样；将单拉试样拉伸10％预应变,随后放入加热炉中180℃烘烤20min；试样静置200h后再次进行单拉测试。测量多个试样取平均值得到试样抗拉强度610.2Mpa，屈服强度592.9Mpa，延伸率12.3％。
实施例3：
将铝合金板材置于加热炉中加热至450°保温50min，随后水淬至室温获得W态铝合金板材；将铝合金板材加热至120℃保温10h，随后在板材上按照ASTM-E8标准切取单拉试样；将单拉试样拉伸10％预应变,随后放入加热炉中180℃烘烤20min；试样静置200h后再次进行单拉测试。测量多个试样取平均值得到试样抗拉强度620.5Mpa，屈服强度586.1Mpa，延伸率11.7％。
对比例1：
将铝合金板材置于加热炉中加热至450°保温50min，随后水淬至室温获得W态铝合金板材；不进行预时效时效处理，在板材上按照ASTM-E8标准切取单拉试样；将单拉试样拉伸10％预应变,随后放入加热炉中180℃烘烤20min；试样静置200h后再次进行单拉测试。测量多个试样取平均值得到试样抗拉强度583.7Mpa，屈服强度561.2Mpa，延伸率13.5％。
对比例2：
将铝合金板材置于加热炉中加热至450°保温50min，随后水淬至室温获得W态铝合金板材；将铝合金板材加热至120℃保温18h，随后在板材上按照ASTM-E8标准切取单拉试样；将单拉试样拉伸10％预应变,随后放入加热炉中180℃烘烤20min；试样静置200h后再次进行单拉测试。测量多个试样取平均值得到试样抗拉强度610.4Mpa，屈服强度589.1Mpa，延伸率7.2％。综合数据如下表所示
对比例3：
将铝合金板材置于加热炉中加热至450°保温50min，随后水淬至室温获得W态铝合金板材；将铝合金板材加热至120℃保温24h，随后在板材上按照ASTM-E8标准切取单拉试样；测量多个试样取平均值得到试样抗拉强度558.5Mpa，屈服强度489.5Mpa，延伸率16.7％。
表1实施例及对比例测试数据
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
预时效时间/h 6 8 10 0 18 24
抗拉强度/Mpa 613.6 610.2 620.5 563.7 610.4 558.5
屈服强度/Mpa 572.3 592.9 586.1 531.2 598.1 489.5
延伸率/％ 13.0 12.3 11.7 12.5 7.2 16.7
通过表1中对比例1数据可以发现当预时效时间过短会导致抗拉强度降低；对比例2数据可以发现预时效时间过长会导致延伸率大大降低；对比例3为正常T6态工艺流程制备步骤，通过表1数据对比发现抗拉伸强度与屈服强度都有所降低。
综上所述，通过实施例和对比例可以发现，经过上述冷变形工艺处理后的铝合金试样，其屈服强度和抗拉强度性能达到了T6态的强度状态，而且具有比T6态更加良好的延展性。而且对于预时效制度的调整，可以改变试样的延展性和强度属性，使之符合实际生产需求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对铝合金板材进行固溶处理，而后水淬至室温；
步骤二、对水淬后铝合金板材进行预时效处理；
步骤三、将预时效处理后的板材冲压成形制得铝合金零件；
步骤四、对成形的铝合金零件进行时效处理实现强度性能。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述步骤一中的铝合金板材为7xxx系高强度铝合金。
3.根据权利要求1所述的高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述步骤一中的固溶处理温度为450-480℃，固溶处理时间为40-60min，所述室温为15-25℃。
4.根据权利要求1所述的高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述步骤二中的预时效处理为人工时效和/或自然时效。
5.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述步骤二中的预时效处理时间为1-12h，处理温度为80-130℃。
6.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述步骤三中的冲压温度为20-40℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述步骤四中的时效处理为自然时效或自然时效和人工时效相结合。
8.根据权利要求7所述的一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述人工时效为烤漆处理。
9.根据权利要求8所述的一种高强度铝合金板材冷冲压成形方法，其特征在于，所述烤漆处理温度为170℃-190℃，处理时间为20-30min。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的高强度铝合金板材冷冲压成形工艺制得的高强度铝合金板材。
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