本發(fā)明屬于鋁合金
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種可工業(yè)化應(yīng)用的能大幅提高6xxx系鋁合金薄板材強(qiáng)度的處理方法，特別針對汽車領(lǐng)域用中高強(qiáng)鋁合金薄板材而開發(fā)，該種處理方法不僅可以使得鋁合金薄板材具有優(yōu)異的成形性能，而且經(jīng)過進(jìn)一步時效處理后還具有非常高的強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在世界的環(huán)保問題越來越嚴(yán)重，其中汽車的尾氣排放已成為大氣污染的重要來源之一，其對氣候的惡化效應(yīng)已經(jīng)刻不容緩。因此，世界各國對汽車節(jié)能、減排的意識不斷增強(qiáng)，但是如何實(shí)現(xiàn)汽車輕量化進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的目的已經(jīng)成為汽車領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵所在。從高速、舒適、美觀、耐用、輕量化、節(jié)能、環(huán)保、降低綜合成本等綜合性能方面來看，鋁合金無疑是現(xiàn)代汽車工業(yè)輕量化的首選材料，世界許多國家均已大力開展汽車輕量化用鋁合金加工、成形和應(yīng)用的相關(guān)研究，如Al-Mg和Al-Mg-Si-Cu系合金等，尤其Al-Mg-Si-Cu系合金的開發(fā)和應(yīng)用研究等。雖然Al-Mg-Si-Cu系合金通過成分設(shè)計進(jìn)而利用固溶和時效析出可以使得其強(qiáng)度獲得一定提高，但是畢竟與鋼鐵相比，該系鋁合金材料的強(qiáng)度仍然不夠高。因此，如何能夠大幅度提高該系鋁合金強(qiáng)度成為鋁合金領(lǐng)域急需解決的一大關(guān)鍵問題，其對于汽車輕量化用鋁合金的快速發(fā)展具有重要意義?？紤]到合金板材的強(qiáng)度主要受沉淀相分布、晶粒尺寸、以及位錯分布等影響，而沉淀相的析出除了受成分影響之外，還受可誘發(fā)非均勻形核的晶界和位錯等影響，因此，如果能夠開發(fā)一種工藝不僅使得合金沉淀相析出數(shù)量大幅度增加而提高沉淀強(qiáng)化效果，即同時利用沉淀相的均勻和非均形核，而且還能夠充分利用其它強(qiáng)化方式，如細(xì)晶強(qiáng)化，位錯強(qiáng)化等，那么所開發(fā)的合金強(qiáng)度一定能夠獲得大幅度提高。本發(fā)明就是基于這一思想進(jìn)行新工藝開發(fā)的，開發(fā)過程中通過在時效析出前基體內(nèi)大量引入位錯和細(xì)晶組織，從而使得合金不僅低溫時效析出強(qiáng)化大幅度增加，而且還能夠?qū)⒁氲奈诲e和細(xì)晶組織穩(wěn)定保持在合金基體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了大幅度提高Al-Mg-Si-Cu系合金強(qiáng)度的目的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了更好滿足汽車輕量化用鋁合金板材的實(shí)際應(yīng)用需求，針對6xxx系鋁合金強(qiáng)度不夠高等問題，開發(fā)一種更加適合汽車用中高強(qiáng)鋁合金板材的處理方法。本發(fā)明充分利用大塑性熱軋變形并輔以固溶淬火后的低溫大塑性變形可以引入大量位錯線以及顯著細(xì)化組織等特點(diǎn)，通過控制軋制速率、溫度、道次壓下量以及應(yīng)變總量，首先使得合金時效析出前引入大量的位錯線和細(xì)晶組織；然后再輔以合適的中低溫時效，一方面可以誘發(fā)基體內(nèi)沉淀相的均勻和非均勻形核，增加沉淀硬化效果；另一方面還可以穩(wěn)定時效前的位錯線和細(xì)晶組織，從而使得合金基體能同時利用沉淀強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化加以多類型強(qiáng)化，最終必然可以使得強(qiáng)度較低的Al-Mg-Si-Cu系合金強(qiáng)度獲得大福度提高。一種提高汽車用Al-Mg-Si-Cu系合金強(qiáng)度的處理方法，其特征在于處理步驟如下：1)均勻化后的鑄錠→熱軋變形：開軋溫度530～580℃，終軋溫度80～200℃，變形量80～98％，道次壓下量5～40％，軋制速率0.01m/s～0.9m/s；2)熱軋板材；厚度4-8mm；3)固溶處理：升溫速率100～300℃/s，溫度540～580℃，時間1～30min；4)淬火處理；降溫速率大于500℃/s；5)超低溫預(yù)處理：保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～30h；6)大變形量軋制：變形溫度低于20℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％；7)低溫時效處理：溫度120～220℃，時間0.5～50h。8)所處理合金化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比含量為：Zn:0～4.0wt％，Mg0.5～1.2wt％，Si0.7～1.5wt％，Cu0～0.6wt％，F(xiàn)e0.1～0.5wt％，Mn0.05～0.3wt％，Cr≤0.25wt％，Ti≤0.25wt％，余量為Al。優(yōu)選地，上述技術(shù)路線中熱軋工藝為：開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s；優(yōu)選地，上述技術(shù)路線中固溶處理工藝為：升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～25min；優(yōu)選地，上述技術(shù)路線中的超低溫預(yù)處理工藝為：保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h；優(yōu)選地，上述技術(shù)路線中的大變形量軋制工藝為：變形溫度低于20℃，道次壓下量11％～48％，軋制速率小于0.48m/s，總變形量82％～99％；優(yōu)選地，上述技術(shù)路線中低溫時效處理工藝為：溫度120～210℃，時間0.5～45h。通過采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：本發(fā)明可以使得6xxx系鋁合金薄板材同時兼具有高強(qiáng)度和高塑性特性。本發(fā)明非常適合應(yīng)用于汽車用鋁合金薄板材的加工和生產(chǎn)，以及對強(qiáng)度和塑性有特定要求的其它零部件的生產(chǎn)使用，當(dāng)然也適合應(yīng)用于對中高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度和塑性均有較高要求的其它技術(shù)行業(yè)。附圖說明圖11#和2#合金采用實(shí)施例1和2處理后的硬度變化規(guī)律；圖21#和2#合金采用實(shí)施例3和4處理后的硬度變化規(guī)律；圖31#和2#合金采用實(shí)施例5和6處理后的硬度變化規(guī)律；圖41#和2#合金采對比例和典型實(shí)施例對應(yīng)的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖52#合金經(jīng)實(shí)施例5處理后峰時效態(tài)的TEM顯微組織具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方案對本發(fā)明做進(jìn)一步的補(bǔ)充和說明。實(shí)施例所用的兩種典型的6xxx鋁合金，其化學(xué)成分如圖下表1所示。所用材料是99.99％高純Al、工業(yè)純Mg和純Zn，中間合金包括Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-20％Fe、Al-50％Cu，晶粒細(xì)化劑采用Al-5％Ti-1％B(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。整個熔煉過程在SG2-12-10型電阻坩堝爐井式加熱爐中進(jìn)行。具體熔煉為，首先將高純Al放入坩堝內(nèi)并加熱到790℃熔化后保溫10min，然后按照Al-Mn，Al-Cu，Al-Fe，Al-Ti的順序加入到裝有熔融態(tài)純Al的坩堝中，待其全部融化后攪拌，保溫10min。然后使溶液降溫到740℃，按順序加入Zn、Mg，保溫一段時間，然后控制溶液溫度到720℃，加入30g左右的精煉劑，用于除去溶液中氣體，再加入25g左右的除渣劑用于除去溶液中的渣滓，最后扒渣后，在720℃的溶液中加入晶粒細(xì)化劑，穩(wěn)定在720℃的時候?qū)⒑辖鹑荏w澆入水冷鋼模中成型。表1實(shí)施合金化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，wt％)合計MgSiCuFeMnZnTiCrAl1#0.81.00.20.20.1500.010.01余量2#0.81.00.20.20.153.00.010.01余量實(shí)施合金鑄錠在循環(huán)空氣爐中進(jìn)行均勻化處理，處理工藝為：將合金鑄錠放在循環(huán)空氣爐內(nèi)，打開電源，以30℃/h升溫速率開始升溫，待溫度達(dá)到485℃保溫3h，隨后繼續(xù)升溫到555℃保溫24h，再以30℃/h的降溫速率隨爐降溫到100℃時取出試樣；隨后對均勻化態(tài)鑄錠進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度530～580℃，終軋溫度80～200℃，變形量80～98％，道次壓下量5～40％，軋制速率0.01m/s～0.9m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～300℃/s，溫度540～580℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～30h)→大變形量軋制(變形溫度低于20℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→低溫時效處理(溫度120～220℃，時間0.5～50h)，然后對典型態(tài)合金進(jìn)行性能評估。具體的實(shí)施方式如下：對比例1實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化和熱處理變形后，隨后進(jìn)行傳統(tǒng)工藝處理：即，熱軋變形(開軋溫度530～580℃，終軋溫度80～200℃，變形量80～98％，道次壓下量5～40％，軋制速率0.01m/s～0.9m/s)→熱軋板材(厚度4mm)→中間退火(升溫速率50℃-80℃/min，溫度400℃，時間1h)→單向冷軋變形(變形量75％，道次壓線量25-30％)→快速升溫固溶處理(升溫速率100-200℃/s，溫度555℃，時間2min)→冷水淬火→單級時效處理(在127℃、160℃、185℃進(jìn)行人工時效)→根據(jù)硬度變化規(guī)律分別測量相應(yīng)峰時效態(tài)的拉伸性能，如表2和圖4所示。實(shí)施例1實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化處理后，隨后對其進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h)→大變形量軋制(變形溫度低于-150℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→127℃低溫時效處理，硬度變化規(guī)律如圖3所示，典型狀態(tài)拉伸性能如表3所示。實(shí)施例2實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化處理后，隨后對其進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h)→大變形量軋制(變形溫度低于20℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→127℃低溫時效處理，硬度變化規(guī)律如圖3所示，典型狀態(tài)拉伸性能如表3所示。實(shí)施例3實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化處理后，隨后對其進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h)→大變形量軋制(變形溫度低于-150℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→160℃低溫時效處理，硬度變化規(guī)律如圖3所示，典型狀態(tài)拉伸性能如表3和圖4所示。實(shí)施例4實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化處理后，隨后對其進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h)→大變形量軋制(變形溫度低于20℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→160℃低溫時效處理，硬度變化規(guī)律如圖3所示，典型狀態(tài)拉伸性能如表3和圖4所示。實(shí)施例5實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化處理后，隨后對其進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h)→大變形量軋制(變形溫度低于-150℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→185℃低溫時效處理，硬度變化規(guī)律如圖3所示，典型狀態(tài)拉伸性能如表3所示。實(shí)施例6實(shí)施合金1#和2#經(jīng)熔煉鑄造、均勻化處理后，隨后對其進(jìn)行如下工藝處理，均勻化后的鑄錠→熱軋變形(開軋溫度535～580℃，終軋溫度100～200℃，變形量83～98％，道次壓下量6～39％，軋制速率0.011m/s～0.89m/s)→熱軋板材(厚度4-8mm)→固溶處理(升溫速率100～260℃/s，溫度545～575℃，時間1～30min)→淬火處理(降溫速率大于500℃/s)→超低溫預(yù)處理(保證在淬火后0.5～10min內(nèi)置于液氮容器內(nèi)，放置時間5min～29h)→大變形量軋制(變形溫度低于20℃，道次壓下量10％～50％，軋制速率小于0.5m/s，總變形量80％～99％)→185℃低溫時效處理，硬度變化規(guī)律如圖3所示，典型狀態(tài)拉伸性能如表3所示。表2對比例中1#和2#合金峰時效拉伸性能表3實(shí)施例中1#和2#合金峰時效拉伸性能隨著汽車輕量化的發(fā)展，新能源、新材料被廣泛應(yīng)用在汽車上，鋁合金由于低密度，高強(qiáng)度和良好的成型性，被作為一種取代鋼材的材料而用在汽車上；ABS鋁合金板可分為外板與內(nèi)板，外板生產(chǎn)難度大，所要求的性能高，現(xiàn)在所說的汽車板一般都是指車身外覆蓋板，ABS鋁合金除有滿足標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的力學(xué)性能、化學(xué)性能、尺寸偏差與表面品質(zhì)外，還應(yīng)具備如下的特性:良好的成形性能與翻邊延性，表面平整性強(qiáng)，良好的可焊性，優(yōu)秀的烘烤硬化性，抗時效穩(wěn)定性強(qiáng)，很好的抗凹性。其中6xxx系鋁合金有良好的烤漆性能和抗腐蝕性能而作為汽車外板被廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的6xxx系鋁合金板材經(jīng)固溶淬火+時效工藝處理后所得到的強(qiáng)度屬于低強(qiáng)或中強(qiáng)范疇，一般僅能作為汽車外板應(yīng)用，無法滿足車身結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用，但是為了車身外板與車身結(jié)構(gòu)件間的更好連接，如果6xxx系鋁合金強(qiáng)度能夠獲得大幅度提高，那么該系合金應(yīng)用前景將進(jìn)一步獲得拓展。據(jù)此，我們首先采用傳統(tǒng)熱處理工藝對兩種典型的6xxx系鋁合金進(jìn)行處理(如對比例1)，發(fā)現(xiàn)即使優(yōu)化時效溫度和時間，其最終的強(qiáng)度提高也十分有限，如表2所示。相比而言，如果合金經(jīng)過實(shí)施例1-6所述處理方法，合金的強(qiáng)度可以獲得大幅度提高，如表3和圖4所示。合金屈服強(qiáng)度可達(dá)396.8MPa，而抗拉強(qiáng)度可達(dá)414.9MPa，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝處理后合金屈服強(qiáng)度可達(dá)到的水平，即260～350MPa。合金能夠獲得如此大的提高，主要是由于合金強(qiáng)化方法發(fā)生了變化。傳統(tǒng)6xxx系合金的強(qiáng)度提高主要通過時效析出強(qiáng)化來實(shí)現(xiàn)，即使合金含有一定量的Zn元素，也提高非常有限(如對比例中2#合金的性能)。而本發(fā)明中所采用的處理工藝可以使得合金能夠同時利用位錯強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化以及沉淀強(qiáng)化(如圖5所示)，而且沉淀強(qiáng)化由于充分利用了基體內(nèi)的位錯線以及亞晶界等可誘發(fā)的非均勻形核，使得沉淀相析出由傳統(tǒng)的均勻形核而轉(zhuǎn)化為均勻和非均勻形核協(xié)同作用方式，這顯著增加了沉淀相的形核率，最終使得合金沉淀相細(xì)小均勻彌散且數(shù)量大幅增加。因此，實(shí)施合金經(jīng)此工藝處理后，其強(qiáng)度均獲得大幅度提高。綜上所述，本發(fā)明通過優(yōu)化加工和熱處理工藝使合金板材強(qiáng)度獲得大幅度提高，同時還能夠兼具有較高的塑性。因此，本發(fā)明處理工藝不僅適合廣泛應(yīng)用于汽車外板，而且可以作為汽車中的結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，有效避免車身內(nèi)板與結(jié)構(gòu)件由于材質(zhì)不同而引起的其他問題。這對于更大程度加快汽車輕量化用鋁合金的研究和使用進(jìn)程意義重大，值得汽車生產(chǎn)廠家和鋁合金加工企業(yè)對此發(fā)明加以重視，使其盡早能夠在這一領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。當(dāng)前第1頁1 2 3