專利名稱：提高6111鋁合金汽車板沖壓成形性的加工處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高6111鋁合金汽車板成形性的加 工處理方法。
背景技術(shù)：
節(jié)能減排迫使汽車必須不斷減輕自重?？蔁崽幚韽?qiáng)化的6XXX系鋁合金板材由于 具有高的比強(qiáng)度、良好的成形性及烘烤硬化能力、抗蝕易回收等特點(diǎn)而成為理想的輕質(zhì)汽 車車身板材料。歐美、日本等發(fā)達(dá)國家先后在國際上注冊(cè)了 6016、6111、6181及6022等車 身板鋁合金牌號(hào)，其中，6111合金板材由于具有最高的強(qiáng)度而備受歐美國家的青睞，以取 得更顯著的減重效果，歐美等國針對(duì)該系合金申報(bào)了一些制備加工及沖壓生產(chǎn)工藝方法的 專利。我國及日本均傾向于關(guān)注強(qiáng)度較低成形性相對(duì)較好的6016和6022鋁合金車身板 的研究，并申報(bào)了一系列相關(guān)專利。然而，目前公開的有關(guān)汽車車身用6XXX系鋁合金板材 熱處理方面的研究主要集中最終熱處理方面，即固溶水淬后的預(yù)時(shí)效或預(yù)應(yīng)變處理工藝方 面的研究，其關(guān)鍵技術(shù)在于通過調(diào)控析出相(precipitate)粒子組態(tài)以改善合金板材的沖 壓成形性能或/和烤漆硬化性。然而，采用固溶水淬后預(yù)先時(shí)效或預(yù)應(yīng)變處理以調(diào)控板材 基體中析出相粒子組態(tài)的方法，對(duì)改善6XXX系鋁合金車身板的烤漆硬化性效果非常明顯， 但對(duì)其板材沖壓成形性的改善程度非常有限。因?yàn)椋?XXX系鋁合金板材基體中除了 Mg2Si 和 Al1.9CuMg4. iSi3.3 序列的析出相粒子外，還存在大量 Mg2Si、Al8 (FeMn) 2Si、Al8Si6Mg3Fe、 Al5(FeMn)Si 和 Si 等結(jié)晶相(constituent)粒子，以及 Al6Mn、Al3Ti、Al5Cr 等彌散相 (dispersoid)粒子，它們與板材再結(jié)晶行為及運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)等交互作用將嚴(yán)重影響該系合金的 塑性流變行為(圖1所示為在T4態(tài)6111鋁合金板材中觀察到的彌散相粒子與晶界及位錯(cuò) 交互作用的透射電鏡組織照片)，進(jìn)而影響其板材的沖壓成形性。因而，必須采用合適的工 藝制度綜合調(diào)控6xxx系鋁合金中結(jié)晶相、彌散相和析出相三類合金相粒子的組態(tài)才能達(dá) 到顯著改善其板材沖壓成形性的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有T4及T4P態(tài)6111鋁合金汽車板沖壓成形性尚不能滿足沖壓生產(chǎn)要求的 問題，本發(fā)明提供一種能顯著改善其成形性且適用于工業(yè)化生產(chǎn)的加工處理工藝。本發(fā)明以國外已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)汽車覆蓋件的6xxx系鋁合金中強(qiáng)度最高的6111合 金薄板為對(duì)象，6111合金的成分為0 . 6 l.lSi-0.5 1.0Mg-0.5 0.9Cu_0.1 0. 45Mn-0. 4Fe-0. ICr-O. 15Zn_0. ITi，余量為 Al。在系統(tǒng)研究了半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金鑄錠在常規(guī)均勻化處理前的預(yù)先形核 溫度及形核時(shí)間，對(duì)半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金鑄錠中，主要含Al和Mn和/或Cr和/或 Ti等合金元素的彌散相粒子及主要含Al、Mg、Si和Cu的析出相粒子的析出動(dòng)力學(xué)、形核長 大過程和分布規(guī)律，以及對(duì)非平衡結(jié)晶相回溶入基體等行為的影響，并進(jìn)一步研究了后續(xù)常規(guī)均勻化處理過程中彌散相、析出相和結(jié)晶相粒子的析出、長大或回溶，以及彌散相粒子 組態(tài)對(duì)冷軋合金板材固溶處理過程中的再結(jié)晶形核及晶界遷移等影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，優(yōu)化 出能有效改善6111合金板材沖壓成形性的熱處理制度為半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金鑄 錠經(jīng)220°C 480°C X Ih 15h熱處理后，再隨爐升溫至550°C保溫24h進(jìn)行常規(guī)均勻化 處理。鑄錠切頭銑面后重新加熱至440°C 450°C后進(jìn)行熱軋，熱軋采用縱橫交替的方式， 總軋制變形量超過85%，終軋溫度不低于300°C，熱軋板最終厚度為6mm左右。熱軋后的 板材經(jīng)420°C 430°C X Ih 2h中間退火處理后再冷軋至0. 8mm 1. 0mm，冷變形量超過 75%。冷軋板材經(jīng)550°C X7min固溶水淬后，室溫停放Imin 48h，隨后在烘干箱中進(jìn)行 150°C 220°C X4min 15min的預(yù)時(shí)效處理，并再在室溫停放2周以上，即為T4P態(tài)。由 于本發(fā)明方法只需將鑄錠在常規(guī)均勻化處理之前的隨爐升溫過程中的一定溫度下保溫一 定時(shí)間(220°C 480°C Xlh 15h)，然后繼續(xù)升溫至常規(guī)均勻化溫度進(jìn)行長時(shí)間保溫處理 即可，發(fā)明工藝在現(xiàn)有的鋁合金生產(chǎn)線上實(shí)施控制簡單方便。本發(fā)明方法所采用的溫度較低，時(shí)間較短，不必大量增加設(shè)備及工藝投資。更重要 的是6111合金板材經(jīng)本發(fā)明方法處理后其沖壓成形性及烤漆后的強(qiáng)度都能得到比較明顯 的改善，這有利于汽車生產(chǎn)廠提高沖壓成品率，降低沖壓成本，從根本上解決了 6111鋁合 金板材在汽車車身上應(yīng)用的瓶頸問題，由此而帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的。


圖1為6111合金板材的TEM像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明工藝作進(jìn)一步的補(bǔ)充與說明。各實(shí)施例采用的6111 鋁合金成分為0. 91Si-0. 72Mg-0. 55Cu_0. 36Mn_0. 09Fe_0. 12Zn_0. ICr-O. ITi，余量為 Al。實(shí)施例1半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至370 V 保溫3h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行420°C X2h的退火處理，最后冷軋成0.8mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐 中進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后Imin內(nèi)裝入烘干箱中進(jìn)行170°C X5min的預(yù)時(shí)效 處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中進(jìn)行 170°C X30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例2半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至220 V 保溫10h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至445°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行430°C Xlh的退火處理，最后冷軋成1.0mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后室溫停放48h，然后裝入烘干箱中進(jìn)行200°C X6min的 預(yù)時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱 中進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。
實(shí)施例3半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至300°C 保溫15h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行420°C X 1.5h的退火處理，最后冷軋成0.8mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐 中進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后室溫停放12h，然后裝入烘干箱中進(jìn)行165°C X 15min 的預(yù)時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干 箱中進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例4半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至480 V 保溫5h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至445°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行430°C X Ih的退火處理，最后冷軋成0.9mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐 中進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后20min內(nèi)裝入烘干箱中進(jìn)行160°C X6min的預(yù)時(shí)效 處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中進(jìn)行 170°C X30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例5半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至425 °C 保溫8h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行430°C X Ih的退火處理，最后冷軋成0.9mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后室溫停放4h，隨后裝入烘干箱中進(jìn)行220°C X5min的預(yù) 時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中 進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例6 半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至250 V 保溫4h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至450°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行430°C X 2h的退火處理，最后冷軋成0.8mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后室溫停放8h，隨后裝入烘干箱中進(jìn)行180°C X 12min的 預(yù)時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱 中進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例7半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至475°C 保溫lh，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行425°C X Ih的退火處理，最后冷軋成0.9mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X 7min固溶處理水淬后室溫停放24h，隨后裝入烘干箱中進(jìn)行190°C X 15min的 預(yù)時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例8半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至400°C 保溫6h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至450°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行420°C X Ih的退火處理，最后冷軋成1.0mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐 中進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后Imin內(nèi)裝入烘干箱中進(jìn)行150°C X8min的預(yù)時(shí)效 處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中進(jìn)行 170°C X30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例9半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至350°C 保溫lh，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至445°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行430°C Xlh的退火處理，最后冷軋成1.0mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X 7min固溶處理水淬后室溫停放12h，隨后裝入烘干箱中進(jìn)行190°C X 12min的 預(yù)時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱 中進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例10半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至280°C 保溫12h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行420°C X Ih的退火處理，最后冷軋成0.8mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X7min固溶處理水淬后室溫停放2h，隨后裝入烘干箱中進(jìn)行165°C X IOmin的 預(yù)時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱 中進(jìn)行170°C X30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。實(shí)施例11 半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至370 V 保溫7h，然后升溫至550°C保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著 扁鑄錠寬度方向軋制3道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板 切定尺后直接進(jìn)行430°C X Ih的退火處理，最后冷軋成0.9mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中 進(jìn)行550°C X 7min固溶處理水淬后室溫停放8h，隨后裝入烘干箱中進(jìn)行210°C X 7min的預(yù) 時(shí)效處理，再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中 進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。比較例1半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至550°C 保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著扁鑄錠寬度方向軋制3 道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板切定尺后直接進(jìn)行 4300C X Ih的退火處理，最后冷軋成0. 9mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中進(jìn)行550°C X7min 固溶處理水淬后室溫停放2周以上進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中進(jìn)行170°C X 30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。比較例2半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金扁鑄錠于室溫下裝入循環(huán)風(fēng)爐中，隨爐升溫至550°C 保溫24h，出爐空冷，切頭銑面后重新加熱至440°C開軋，先沿著扁鑄錠寬度方向軋制3 道次，然后沿著扁鑄錠長度方向軋制成厚約6mm的板材。將熱軋板切定尺后直接進(jìn)行 4300C X Ih的退火處理，最后冷軋成0. 9mm厚的薄板。薄板在鹽浴爐中進(jìn)行550°C X7min 固溶處理水淬固溶處理水淬后30min內(nèi)裝入烘干箱中進(jìn)行175°C X5min的預(yù)時(shí)效處理， 再在室溫下停放2周后進(jìn)行拉伸和杯突實(shí)驗(yàn)，板材經(jīng)2%預(yù)變形后再在烘干箱中進(jìn)行 170°C X30min模擬烤漆加熱處理，隨后測定其強(qiáng)度。以實(shí)施例1 11所處理的6111薄板供貨狀態(tài)性能指標(biāo)和烤漆處理后的性能指標(biāo) 同比較例1和比較例2的6111合金薄板性能作比較見表1 :表1 6111薄板供貨狀態(tài)性能指標(biāo)和烤漆處理后的性能指標(biāo) 由表1可見，經(jīng)發(fā)明工藝處理后的6111合金薄板供貨狀態(tài)下的成形性能明顯改 善，而且烤漆后的強(qiáng)度也有所提高，這很好地體現(xiàn)了本發(fā)明的價(jià)值。
權(quán)利要求
一種提高6111鋁合金汽車板沖壓成形性的加工處理方法，其特征在于包括以下步驟(1)將半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金鑄錠經(jīng)220℃～480℃熱處理1h～15h后，再隨爐升溫至550℃保溫24h進(jìn)行常規(guī)均勻化處理；(2)鑄錠切頭銑面后重新加熱至440℃～450℃進(jìn)行熱軋，熱軋采用縱橫交替的方式，總軋制變形量超過85％，終軋溫度＞300℃，熱軋板最終厚度為6mm；(3)熱軋后的板材經(jīng)420℃～430℃保溫1h～2h中間退火處理后，再冷軋至0.8mm～1.0mm，冷變形量超過75％；(4)冷軋板材經(jīng)550℃保溫7min固溶水淬后，室溫停放1min～48h；(5)在烘干箱中進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為150℃～220℃，時(shí)間為4min～15min；(6)室溫停放2周以上，即為T4P態(tài)。
全文摘要
一種提高6111鋁合金汽車板沖壓成形性的加工處理方法，包括以下步驟1、將半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6111合金鑄錠經(jīng)220℃～480℃熱處理1h～15h后，再隨爐升溫至550℃保溫24h進(jìn)行常規(guī)均勻化處理；2、鑄錠切頭銑面后重新加熱至440℃～450℃進(jìn)行熱軋，熱軋采用縱橫交替的方式，總軋制變形量超過85％，終軋溫度＞300℃，熱軋板最終厚度為6mm；3、熱軋后的板材經(jīng)420℃～430℃保溫1h～2h中間退火處理后，再冷軋至0.8mm～1.0mm，冷變形量超過75％；4、冷軋板材經(jīng)550℃保溫7min固溶水淬后，室溫停放1min～48h；5、在烘干箱中進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，溫度為150℃～220℃，時(shí)間為4min～15min；6、室溫停放2周以上，即為T4P態(tài)。經(jīng)本發(fā)明方法處理后其沖壓成形性及烤漆后的強(qiáng)度都能得到比較明顯的改善，有利于提高沖壓成品率，降低沖壓成本。
文檔編號(hào)B21B1/38GK101885000SQ201010199928
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者劉春明, 左良, 王建軍, 田妮, 趙剛 申請(qǐng)人:東北大學(xué)