一種提高6xxx系鋁合金板材成形性能的成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車車身用6XXX系鋁合金板材的成形方法，用這種方法能夠協(xié) 同提高鋁合金板材的成形性能及服役強(qiáng)度性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，在國家大力提倡低碳環(huán)保、節(jié)能減排的背景下，汽車產(chǎn)業(yè)正向著綠色環(huán)保 和車身輕量化的方向發(fā)展，其中提高車身鋁化率是非常有效的方法之一。以6009、6022、 6111為典型代表的6XXX鋁合金具有良好的烤漆硬化特性和較好的成形性能(相對于2XXX 系鋁合金)，是目前車身用鋁合金的首選合金，被奧迪、寶馬、捷豹路虎、福特等各大汽車生 產(chǎn)商廣泛應(yīng)用于車身內(nèi)外板的生產(chǎn)，但是6XXX鋁合金應(yīng)用也存在一些問題，面臨的最主要 的問題是成形性能和服役強(qiáng)度性能不理想。
[0003] 造成這兩大主要性能不理想的原因是，板材從原材料供應(yīng)商運輸?shù)狡嚿a(chǎn)商需 要一定時間，在此過程中，6XXX鋁合金會發(fā)生自然時效，即"停放效應(yīng)"（aging delay)，形 成大量早期析出相，使得板材沖壓前的屈服強(qiáng)度過高，沖壓開裂，成形性能較差。與此同時， 由于自然時效生成的大量早期析出相會在烤漆條件下溶解，使主要強(qiáng)化相β "相在短時間 烤漆條件下析出滯后，造成服役強(qiáng)度達(dá)不到要求。
[0004] 以6016鋁合金為例，行業(yè)要求供貨狀態(tài)屈服強(qiáng)度不大于130MPa，延伸率不小于 24%，屈強(qiáng)比不大于0. 55,塑性應(yīng)變比不小于0. 54,應(yīng)變硬化指數(shù)不小于0. 26,服役抗拉強(qiáng) 度不小于220MPa。然而，一般原材料供應(yīng)商以T4態(tài)供貨，比如6061-T4合金屈服強(qiáng)度為 170MPa，延伸率為25%，硬化指數(shù)為0. 22,塑性應(yīng)變比為0. 5,因此，板材成形性能和服役強(qiáng) 度性能無法滿足汽車制造業(yè)的要求，所以，目前國內(nèi)各大研宄機(jī)構(gòu)正著力研宄汽車車身用 6XXX系鋁合金板材，國內(nèi)外研宄工作者主要通過預(yù)時效、預(yù)應(yīng)變抑或溫成形的方式，試圖提 高成形性能和(或）服役強(qiáng)度性能：通過預(yù)時效、預(yù)應(yīng)變方法，在成形之前抑止自然時效過 程早期析出物的生成，生成有利于主要強(qiáng)化相β "相的核點，通過此種方法來提升烤漆硬 化能力和避免損害成形性能而導(dǎo)致的沖壓開裂，然而，預(yù)時效、預(yù)應(yīng)變的方法要么未明顯提 升甚至損害成形性能，要么對最終服役強(qiáng)度性能不利；而溫成形方式在汽車用5ΧΧΧ系鋁合 金方面研宄較多，在6ΧΧΧ系鋁合金上研宄較少，并且并未考慮溫成形對服役強(qiáng)度性能的影 響。
[0005] 預(yù)時效處理方面，土耳其Yucel Birol教授研宄了 ΑΑ6016合金在固溶處理后10分 鐘內(nèi)在60-200°C進(jìn)行2-30分鐘的預(yù)熱處理，得出固溶后10分鐘內(nèi)在140-180°C溫度之間 時間小于10分鐘的預(yù)時效制度能在保持合金沖壓成形性前提下改善烘烤硬化性(烘烤硬 化性能的改善有利于提高服役強(qiáng)度性能)，但實際上此方法改善烘烤硬化的能力很有限。國 內(nèi)劉宏和關(guān)紹康等人分別研宄了 Al-Mg-Si-Cu合金固溶處理后立即進(jìn)行170°C預(yù)時效5-10 分鐘和150°C預(yù)時效5分鐘的預(yù)處理工藝，其烤漆后結(jié)果雖然高于未進(jìn)行預(yù)時效烤漆后的 結(jié)果，但其轉(zhuǎn)移時間短不易控制且烤漆前強(qiáng)度過大成形性降低。田妮等人提出的固溶水淬 后室溫停放2小時~5天，然后在180~200°C處理7-15分鐘的方法實際上是世界專利WO 00/70115和WO 2005/071127的特例，其提高服役強(qiáng)度的性能有限。
[0006] 溫成形方式方面，Daoming Li和Amit K. Ghosh研宄發(fā)現(xiàn)錯合金成形溫度在 200~350°C之間可得到比較理想的成形性能，對于Al 6111-T4,在變形溫度為200°C時并未 產(chǎn)生明顯的軟化效果。S. Mahabunphachai等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變形溫度為300°C時，液壓脹形延 伸率達(dá)到60、70%，拉伸試驗當(dāng)中至多30%，成形性能大幅提高。P.J. Bolt等人研宄了 100 至250°C溫成形提高沖壓性能的可行性，對于6016-T4鋁合金來說，沖頭不加熱，模具溫度 設(shè)置為175°C，盒子形狀的deep-drawn成品深度提高25%，超過125mm，室溫100mm。模具溫 度設(shè)置為250°C，圓錐stretched-drawn成品可提高65%。但是，目前有關(guān)溫成形研宄工作 主要集中于5XXX系鋁合金及其成形性能提高，6XXX系鋁合金研宄較少，而且，并未考慮到 服役強(qiáng)度性能是否滿足要求。
[0007] 所以，尚未有一種協(xié)同大幅提高成形性能與服役強(qiáng)度性能的方法，為了顯著協(xié)同 提升其成形性能和服役強(qiáng)度性能，在高于室溫的較高溫度下變形成為一種較有效的方式。 所以確定一個具有保證服役強(qiáng)度性能的同時大幅提升成形性能的變形溫度具體范圍的成 形方法，具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是圍繞解決自然時效對汽車車身用6XXX系鋁合金服役強(qiáng)度性能以及成形 性能的消極影響，發(fā)明的鋁合金板材的溫成形方法來協(xié)同提高服役強(qiáng)度性能和成形性能。
[0009] 經(jīng)過系統(tǒng)研宄汽車車身板用鋁合金自然時效狀態(tài)下納米沉淀相和溫成形狀態(tài)下 的納米沉淀相析出序列、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)演化關(guān)系，結(jié)合析出相與性能關(guān)系的研宄，本發(fā)明的 溫成形技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行： 一、 安裝模具到?jīng)_壓設(shè)備，調(diào)整凹凸模具對中，沖壓凹模內(nèi)部含有加熱器件，凸模內(nèi)部 有冷卻裝置； 二、 將厚度為〇. 8~1. 5mm，熱處理狀態(tài)為T4的6XXX系鋁合金板材置于沖壓凹模之上， 然后沖壓凹模加熱至160°C ~250°C，凸模溫度保持室溫，保溫過程控制在3~15分鐘； 三、 保溫過程之后，啟動沖壓機(jī)程序，進(jìn)行溫成形處理，控制整個沖壓過程時間在5~25 分鐘范圍內(nèi)； 四、 成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，對板材進(jìn)行保壓，保壓過程不超過5分鐘； 五、 取出成形后板材，空冷至室溫，即完成汽車車身用6XXX系鋁合金板材的溫成形處 理。
[0010] 本發(fā)明包含以下有益效果： 本發(fā)明的方法可在低于熱成形(再結(jié)晶)的溫度范圍內(nèi)對T4態(tài)6XXX系鋁合金板材進(jìn)行 溫成形，解決了室溫條件下沖壓開裂的情況，在大幅提升成形性能的基礎(chǔ)上，不僅避免了對 服役強(qiáng)度性能的損害，而且充分發(fā)掘6XXX系鋁合金烘烤硬化潛能，提高服役強(qiáng)度。
[0011] 優(yōu)選方案為： 一、 安裝模具到?jīng)_壓設(shè)備，調(diào)整凹凸模具對中，沖壓凹模內(nèi)部含有加熱器件，凸模內(nèi)部 有冷卻裝置； 二、 將厚度為〇. 8~1. 5mm，熱處理狀態(tài)為T4的6XXX系鋁合金板材置于沖壓凹模之上， 然后沖壓凹模加熱至200°C ~250°C，凸模溫度保持室溫，保溫過程控制在3~10分鐘； 三、 保溫過程之后，啟動沖壓機(jī)程序，進(jìn)行溫成形處理，控制整個沖壓過程時間在5~20 分鐘范圍內(nèi)； 四、 成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，對板材進(jìn)行保壓，保壓過程不超過5分鐘； 五、 取出成形后板材，空冷至室溫，即完成汽車車身用6XXX系鋁合金板材的溫成形處 理。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選方案為： 一、 安裝模具到?jīng)_壓設(shè)備，調(diào)整凹凸模具對中，沖壓凹模內(nèi)部含有加熱器件，凸模內(nèi)部 有冷卻裝置； 二、 將厚度為〇. 8~1. 5mm，熱處理狀態(tài)為T4的6XXX系鋁合金板材置于沖壓凹模之上， 然后沖壓凹模加熱至220°C ~240°C，凸模溫度保持室溫，保溫過程控制在3~5分鐘； 三、 保溫過程之后，啟動沖壓機(jī)程序，進(jìn)行溫成形處理，控制整個沖壓過程時間在5~15 分鐘范圍內(nèi)； 四、 成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，對板材進(jìn)行保壓，保壓過程不超過5分鐘； 五、 取出成形后板材，空冷至室溫，即完成汽車車身用6XXX系鋁合金板材的溫成形處 理。
[0013] 以上方案所述鋁合金為6061鋁合金。
[0014] 本發(fā)明方法協(xié)同提高汽車沖壓件服役強(qiáng)度性能和成形性能，使得產(chǎn)品性能更佳， 由于成形性能的大幅提高，使其產(chǎn)品合格的穩(wěn)定性提高，從成品率角度有效降低了生產(chǎn)成 本，同時，對于汽車車身板，高強(qiáng)度性能表現(xiàn)出更佳的抗凹陷性能，提升了產(chǎn)品競爭力。以上 優(yōu)勢將促進(jìn)鋁合金板材替代鋼板減輕車體重量，從而在取得良好的經(jīng)濟(jì)效益的同時節(jié)約能 源減少排放量。
【附圖說明】
[0015] 圖1為試驗1和3溫成形工藝和室溫成形工藝模擬烤漆前后硬度對比 圖2為試驗1~4溫成