Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金及鋁合金板材制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金及其制備領(lǐng)域，尤其涉及一種可工業(yè)化應(yīng)用的Al-Mg-Cu-Zn系 鋁合金及鋁合金板材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了解決汽車行業(yè)發(fā)展所帶來的環(huán)境和能源問題，汽車輕量化已經(jīng)越來越受到重 視。鋁合金以其高的比強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性、表面易著色、優(yōu)良的成形性以及較好的再生 性等一系列優(yōu)良特性而成為汽車輕量化的最佳材料。
[0003] 典型的汽車用鋁合金有2xxx、5xxx和6xxx系合金。其中5xxx系鋁合金以其優(yōu)良 的成形性而廣泛運用于汽車內(nèi)板。但是廣泛運用于汽車內(nèi)板的AA5182合金屬于熱處理不 可強(qiáng)化的合金，現(xiàn)有牌號中的AA5023合金由于Cu含量較低，也無法滿足作為汽車板應(yīng)該具 有的烘烤硬化性和高的抗凹痕性的要求。并且由于PLC效應(yīng)，5 XXX系鋁合金在沖壓成形過 程中會形成PLC變形帶，使沖壓件的表面光潔度下降，給汽車的烤漆帶來困難。
[0004] 目前，在專利CN103255323中，研宄人員已經(jīng)通過添加少量的Cu和Zn元素提高 了 Al-Mg系合金的烤漆后強(qiáng)度，但烤漆強(qiáng)度增量并不高；并且專利中提出的矯直后進(jìn)行 240°C~300°C的去應(yīng)力退火工藝會導(dǎo)致固溶的Cu、Zn原子快速析出形成粗大的第二相，會 導(dǎo)致強(qiáng)化效果大大降低，無法充分利用Cu、Zn元素的析出強(qiáng)化作用；再者，在該專利中的合 金成分范圍內(nèi)，Zn原子很難以專利中所述的MgZn 2的形式析出。因此實際應(yīng)用受到很大限 制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的5XXX系鋁合金在汽車板應(yīng)用過程中存在的烤漆硬化性和 抗凹痕性不足的問題。新設(shè)計的合金成分及其制備工藝充分利用了 Cu和Zn的同時析出而 達(dá)到強(qiáng)化作用，使得烤漆后的板材強(qiáng)度得到大幅度提高。
[0006] 本發(fā)明的第一目的在于提出一種Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金成分及其成分范圍，分別 為：
[0007] Mg 4. 0 ~6. Owt % ;
[0008] Cu 0· 30 ~1.0 wt % ;
[0009] Zn I. 0 ~3. 5wt % ;
[0010] Mn ^ 0. 4wt % ；
[0011] Fe ^ 0. 4wt % ；
[0012] Si ^ 0. 4wt % λ
[0013] Cr ^ 0. 2wt % ；
[0014] Ti ^ 0. lwt% ；
[0015] 余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 優(yōu)選的，包括 Mg 4. 2 ~5. 5wt% ;
[0017] 優(yōu)選的，包括 Cu 0· 4 ~0· 9wt% ;
[0018] 優(yōu)選的，包括Zn L 2~3. Owt % ;
[0019] 優(yōu)選的，包括 Mn 0· 1 ~0· 3wt% ;
[0020] 本發(fā)明的第二目的在于提出一種Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材的制備工藝，該制備 工藝包括以下步驟：
[0021] (a)將上述鋁合金成分進(jìn)行熔鑄；
[0022] (b)將步驟（a)所得鑄錠均勻化退火、熱乳、冷乳、固溶淬火、時效處理。
[0023] 所述步驟（b)中的均勻化退火是將熔鑄后的鋁合金以20~40°C/h的升溫速率開 始從室溫升到440~470°C保溫6~12h，然后再以20~40°C /h的升溫速率升溫到470~ 490°C保溫5~10h，然后再以20~40°C /h的升溫速率升溫到500~540°C保溫6~12h， 之后以20~40°C /h的降溫速率冷卻到室溫。
[0024] 所述步驟（b)中的熱軋溫度為460~510°C，熱軋總壓下率多90%;冷軋總壓下率 彡 80%〇
[0025] 優(yōu)選的，所述步驟（b)中的冷軋包括：先進(jìn)行壓下率為40%~60%的第一冷軋，然 后在350°C~450°C保溫0. 5~2h進(jìn)行中間退火，之后再進(jìn)行壓下率為50 %~70 %的第二 冷軋。
[0026] 所述步驟（b)中固溶溫度為520°C~540°C，固溶保溫時間為5~12min，淬火方式 為直接水淬。
[0027] 所述步驟（b)中時效處理是將水淬處理后的合金在3~6min內(nèi)轉(zhuǎn)移到時效爐中 進(jìn)行預(yù)時效，預(yù)時效溫度為60°C~KKTC，預(yù)時效保溫時間為8~16h。
[0028] (c)沖壓成形、涂漆及烤漆處理。
[0029] 本發(fā)明在AA5182和AA5023合金的基礎(chǔ)上，通過提高合金中Cu和Zn的含量，并且 引入了預(yù)時效處理，這種預(yù)時效處理不僅能抑制合金在存放運輸過程中的自然時效，而且 預(yù)時效形成的穩(wěn)定原子團(tuán)簇能成為隨后烤漆過程中的時效析出形核點，使得板材在短時間 的烤漆過程中強(qiáng)度增量達(dá)到50MPa，相對于AA5182和AA5023的烤漆后強(qiáng)度，新型合金的烤 漆后強(qiáng)度最高分別提高了將近HOMPa和lOOMPa，達(dá)到顯著地烤漆硬化效果。能夠滿足鋁合 金汽車板的烤漆硬化性及抗凹痕性。該發(fā)明合金不僅適用于汽車板，也適用于鋁合金的其 他相關(guān)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0030] 圖I 1#、2#、5#、6#合金淬火態(tài)的自然時效硬化曲線。
[0031] 圖2 6#合金T4態(tài)、T4P態(tài)在180°C下的時效硬化曲線，以及6#合金淬火態(tài)和預(yù)時 效處理后的自然時效硬化曲線。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實施案例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)充和說明。
[0033] 本發(fā)明所用鑄錠采用普通純鋁、工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn，中間合金Al_20wt% Si、 Al_50wt% Cu、Al_20wt% Fe、Al_10wt% Mn、Al_10wt% Ti、Al_5wt% Cr 恪鑄而成。實施案 例合金具體化學(xué)成分見表1。其中1#、2#、3#、4#為參考合金，5#、6#、7#為本發(fā)明所設(shè)計的 合金成分。
[0034] 表1實施例合金具體化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，wt% )
[0035]
[0036] 。
【主權(quán)項】
1. 一種Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金，其特征在于，該合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為：Mg 4. 0~6.Owt%、Cu0. 30~1.Owt%、ZnI. 0~3. 5wt%、Mn< 0. 4wt%、Fe< 0. 4wt%、Si< 0. 4wt%、 Cr< 0? 2wt%、Ti< 0?lwt%，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al-Mg-Cu-Zn系錯合金，其特征在于，該合金中的Mg、Cu、Zn、 Mn 的化學(xué)成分為：Mg 4. 2~5. 5wt%、Cu 0? 4~0. 9wt%、Zn I. 2~3. 0wt%、Mn 0? 1~0. 3wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材制備方法，其特征在于，包括以 下步驟： (a) 將權(quán)利要求1或2所述的鋁合金成分進(jìn)行熔鑄； (b) 將步驟（a)所得鑄錠進(jìn)行均勻化退火、熱軋、冷軋、固溶淬火以及時效處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系錯合金板材制備方法，其特征在于，所述步 驟（b)中的均勻化退火為三級均勻化退火工藝，具體是將熔鑄后的鋁合金以20~40°C /h的 升溫速率開始從室溫升到440~470°C保溫6~12h，然后再以20~40°C /h的升溫速率升溫到 470~490°C保溫5~10h，然后再以20~40°C /h的升溫速率升溫到500~540°C保溫6~12h，之后 以20~40°C /h的降溫速率隨爐冷卻到室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材制備方法，其特征在于，所述步驟 (b)中的熱軋溫度為460~510°C，熱軋總壓下率彡90%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材制備方法，其特征在于，所述步驟 (b)中的冷軋總壓下率彡80%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材制備方法，其特征在于，所述步驟 (b)中的冷軋包括：先進(jìn)行壓下率為40%~60%的第一冷軋，然后在350°C ~450°C保溫0. 5~2h 進(jìn)行中間退火，之后再進(jìn)行壓下率為50°/『70%的第二冷軋。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材制備方法，其特征在于，所述步驟 (b)中固溶溫度為520°C~540°C，固溶保溫時間為5~12min，淬火方式為直接水淬。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金板材制備方法，其特征在于，所述步驟 (b)中時效處理是將水淬處理后的鋁合金在3~6min內(nèi)轉(zhuǎn)移到時效爐中進(jìn)行預(yù)時效，預(yù)時效 溫度為60°C~100°C，預(yù)時效保溫時間為8~16h。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種Al-Mg-Cu-Zn系鋁合金及鋁合金板材制備方法。在AA5182和AA5023合金的基礎(chǔ)上提高合金中的Cu含量，并同時添加了Zn，充分利用Al-Mg-Cu系中S相的過渡相和Al-Mg-Zn系中T相的過渡相的析出強(qiáng)化。通過固溶和預(yù)時效處理使其在人工時效過程中同時析出，達(dá)到協(xié)同強(qiáng)化作用。由于同時添加的Cu和Zn，使該合金具有明顯的自然時效。通過預(yù)時效處理不僅能抑制自然時效，避免由于自然時效引起的烤漆軟化，還能在高溫時效處理后顯著提高合金的強(qiáng)度，尤其是在180℃/30min的短時人工時效過程中。該合金不僅適用于汽車內(nèi)板的制備，還適用于鋁合金的其他相關(guān)領(lǐng)域。
【IPC分類】C22F1-047, C22C21-06, C22C21-08
【公開號】CN104862551
【申請?zhí)枴緾N201510263049
【發(fā)明人】張迪, 曹城, 張濟(jì)山, 莊林忠
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月21日