专利名称：一种汽车车身用铝合金及其热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车车身板的铝合金材料及其热处理工艺，属于铝合金材料技术领域。
背景技术：
汽车轻量化是汽车发展方向之一，而汽车车身的铝合金化则是轻量化的重要手段。6xxx系Al-Mg-Si合金，如AA6022、AA6111和AA6016，作为最有应用前景的车身板材已经在欧美、日本等国生产的汽车中得到应用。该系合金通常在材料生产厂进行固溶处理，然后经过一段时间的存储及运输后，再在汽车生产厂进行冲压成形，并最终进行烤漆处理。因此对于6XXX系铝合金汽车板的一般要求为在材料冲压前的放置过程中，性能稳定；材料成形性能较高，以利于冲压成形；较高的时效硬化效应，以利于在烤漆处理过程中，提高材料的强度(抗冲击性能)。目前已经得到应用的汽车车身用6XXX系合金主要为过剩Si型合金。过剩Si的添加一方面能提高材料的成形性能，另一方面则可能增加材料的自然时效效应，降低材料的烤漆硬化效果。同时，高Si含量也不利于材料的再回收。因此有必要开发一 种新型的汽车车身板用6XXX系铝合金及其热处理工艺，使得合金板材在汽车材料生产厂制备完毕后，性能能稳定至材料冲压之前；且具有较高的成形性能以及烤漆硬化能力。
发明内容
本发明目的是克服现有技术存在的不足，提供一种过剩Mg型的汽车车身板用6xxx系铝合金及其预热处理方法，通过合理优化6XXX系合金中各合金元素的含量及预时效工艺，使得材料具有较好的综合性能。本发明的目的通过以下技术方案来实现
一种汽车车身用铝合金，其成分的质量百分含量为
Si 0. 35 0. 75 wt%,
Mg 0. 75 1. 15 wt%，
Cu 0. 20 0. 50 wt%，
Mn 0. 10 0. 60 wt%，
Cr < 0. 10 wt%，
Ti < 0. 15 wt%，
Zn ^ 0. 25 wt%，
Fe 0. 05 0. 30 wt%，
其他元素或杂质各自〈0.05 wt%，并且总计〈O. 15 wt%,
余量为Al。进一步的，上述的一种汽车车身用铝合金，合金为过剩Mg型合金，即，Mg含量与Si含量之比大于I。
更进一步的，上述的一种汽车车身用铝合金，成分的质量百分含量Mg为0.85 1. 05 wt%, Si 为 0. 40 0. 55 wt%, Cu 为 0. 20 0. 35 wt%, Mn 为 0.1 0. 25 wt%, Fe 为
0.05 0. 20 wt%0本发明一种汽车车身用铝合金的热处理方法，将铝合金铸锭进行均匀化退火热处理后，再经过热轧、中间退火、冷轧加工成板材；将铝合金板材在540 565°C进行固体处理后快速淬火至不高于100°C，然后在15分钟内进行预时效处理，预时效处理工艺是180 200°C预时效10 60秒或者70 130°C预时效0. 2 12小时。再进一步的，上述的一种汽车车身用铝合金的热处理方法，在180 200°C预时效10 60秒后再在24小时之内进行70 130°C时效处理0. 2 12小时。再进一步的，上述的一种汽车车身用铝合金的热处理方法，板材进行烤漆处理，使材料的屈服强度不低于180 MPa。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在
本发明通过控制合金元素Mg、S1、Cu、Mn的含量，以及相关预时效工艺的开发，使得材料具有优异的烘烤硬化以及成形性能，同时使材料具有优异的室温稳定性(自然时效过程中材料性能稳定)。
具体实施例方式
本发明一种汽车车身用铝合金，其成分的质量百分含量为Si 0. 35 0. 75 wt%,Mg 0. 75 1. 15 wt%, Cu 0. 20 0. 50 wt%, Mn 0. 10 0. 60 wt%, Cr ^ 0. 10 wt%, Ti(0. 15 wt%, Zn ( 0. 25 wt%, Fe 0. 05 0. 30 wt%，其他元素或杂质各自〈O. 05 wt%，并且总计〈O. 15 wt%，余量为Al。合金为过剩Mg型合金，S卩，Mg含量与Si含量之比大于I。最佳成分范围是Mg为 0. 85 1. 05 wt%, Si 为 0. 40 0. 55 wt%, Cu 为 0. 20
0.35 wt%, Mn 为 0.1 0. 25 wt%, Fe 为 0. 05 0. 20 wt%。本发明一种汽车车身用铝合金的热处理方法，将铝合金铸锭进行均匀化退火热处理后，再经过热轧、中间退火、冷轧加工成板材；将铝合金板材在540 565°C进行固体处理后快速淬火至不高于100°C，然后在15分钟内进行预时效处理，预时效处理工艺是180 200°C预时效10 60秒或者70 130°C预时效0. 2 12小时，即高温短时或者低温长时间预时效，从而使合金在预时效后性能稳定，能够室温放置较长时间(如I个月)。如果是180 200°C预时效10 60秒，需再在24小时之内进行70 130°C时效处理0. 2 12小时，能够使合金在长时间自然时效中保持性能稳定。板材进行烤漆处理，使材料的屈服强度不低于180 MPa，烤漆处理等效于将材料在170°C人工时效0. 5小时。Mg和Si元素是6xxx系铝合金中的主要合金元素。提高合金中Si元素的含量，由于促进了强化相的形成以及固溶强化效应，从而使得材料具有更高的烤漆强度。同时Si兀素的增加有利于提闻材料的加工硬化能力和抗应变集中的能力，从而使得材料具有较闻的成形性能。另一方面，较高的Si元素可能使得材料在固溶处理之后的自然时效过程中，性能更加不稳定，从而降低材料的烤漆性能，且Si含量过高不利于材料的回收。因此相对于高Si的车身用铝合金，本专利限制Si在较低的范围之内0. 35-0. 75 Wt. %。为使材料具有较好的烤漆性能，还必须添加适量的Mg元素。Mg元素过高则会降低材料的抗应变集中的能力，虽然提高Mg含量也能提高加工硬化能力，但在两者的综合作用下，将降低材料的成形性能。在更高Mg的情况下,体系中还可能形成难溶的Mg2Si大颗粒,进一步降低材料的成形性能。而Mg元素过低，则可能造成强化效果的不足。因此本专利限制Mg在0.75 1.15 wt. %。通常6XXX系铝合金中，还会添加Cu元素以抑制自然时效的不利作用。同时Cu元素还将提高材料的加工硬化能力。但Cu的添加，也可能对材料的耐腐蚀性能带来不利的影响。因此本专利限制Cu在0. 20 0. 50 wt. %。6xxx系铝合金中通常添加Fe、Mn元素。Fe、Mn元素形成的含Fe相颗粒有利于细化再结晶晶粒，降低或减轻橘皮状表皮现象的敏感性。且含Fe颗粒对于加工硬化能力的提高也有帮助。但是Fe、Mn元素过多，将降低材料的成形性能并且可能造成耐蚀性能的下降。综合考虑，Fe和Mn元素的含量，分别限制在0. 05 0. 30 wt%^P 0. 10 0. 60 wt. %。同时6xxx系铝合金中的微量元素Cr、Zn、Ti对材料的性能也有一定的影响，需要进一步的限定。在获得以上叙述成分的合金后，还需要对合金施加合适的预热处理工艺，以发挥材料合金成分的优势。通常6XXX系铝合金固溶淬火后，在室温放置过程中，将由于组织中原子团簇的形成，造成强度的升高和烤漆硬化能力的下降。若在合金淬火后的15分钟之内，对合金施以(18(T200°C)x (1(T60)秒的预时效，则能够在此后的24小时内稳定材料的性能；若对材料施以(7(Tl30°C )x (0. 2^12)小时的预热处理，则能使得材料的性能在更长时间内(如I个月)保持稳定。前者适合于在线预热处理，而后者适合于批处理。根据材料生产厂的生产条件，两种预热处理工艺可以结合起来，稳定材料的性能。本发明将主合金元素Mg、S1、Cu以及Fe、Mn等微量元素含量合理调整，并对合金施以预时效处理，使得材料性能稳定，并兼顾较高的成形性能和烤漆硬化能力。本发明的实际应用及其优点将由以下例子体现。表I列出6种 合金成分，其相关处理工艺如实例I飞所示，其中3#~6#为比较合金。表I合金成分(wt. %)
1 [Si [Fe [Cu [Mn [Mg [Zn [Ti 1#~ 0.48 0.08~0.29 olT 0. 96 0. 12 0. 11 2#~ 0.42 0.0^0.27 oTTT1. 04 0. 15 0. 09 3#~ 0. 50 0. 07~〈O. 01 OF1. 06 0. 12 0. 10 4#~1. 26 0. 07~<0. 01 OlT 0. 41 0. 13 0.11 5#~ 1.22 0.09~0.27 OF 0. 35 0. 11 0. 11 6#~ |o. 41 |o. 09 |o. 73 |o. 17 |l. 01 |o. 15 |o. 11
实施例1
合金固溶处理水淬后，自然放置一周，其力学性能及成形性能与现有汽车车身板用铝合金对比如表2所示。1#，3#合金的成形性能与现有AA6016、AA6022和AA6111合金的相当。一般用n值(加工硬化指数)评价合金板材加工硬化能力，n值越高表明冲压成形过程中板材变形更加均匀。FLDtl也是衡量材料成形性能的一个重要参数。该值越高，材料成形性能越好。同时，从表2还可以看到，在3#合金基础上进一步添加Cu元素(1#合金)，在其他性能不发生明显变化的基础上，合金成形性能显著提升。表2. T4态合金机械性能、成形性能对比
合金|Rp0.2(MPa) IRm(MPa) [Au (%) |A(%) In IFLDn
1#|l35丨261丨24.7 丨33.6 |o. 27 |o. 28
权利要求
1.一种汽车车身用铝合金，其特征在于其成分的质量百分含量为Si 0. 35 0. 75 wt%，Mg 0. 75 1. 15 wt%，Cu 0. 20 0. 50 wt%，Mn 0. 10 0. 60 wt%， Cr ≤ 0. 10 wt%， Ti ≤ 0. 15 wt%， Zn ≤ 0. 25 wt%，Fe 0. 05 0. 30 wt%， 其他元素或杂质各自〈0.05 wt%，并且总计〈O. 15 wt%, 余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种汽车车身用铝合金，其特征在于合金为过剩Mg型合金，即，Mg含量与Si含量之比大于I。
3.根据权利要求1或2所述的一种汽车车身用铝合金，其特征在于成分的质量百分含量Mg 为 0. 85 1. 05 wt%，Si 为 0.40 0. 55 wt%，Cu 为 0. 20 0. 35 wt%，Mn 为 0.1 0.25 wt%, Fe 为 0. 05 0. 20 wt%。
4.权利要求1所述的一种汽车车身用铝合金的热处理方法，其特征在于将铝合金铸锭进行均匀化退火热处理后，再经过热轧、中间退火、冷轧加工成板材；将铝合金板材在540 565°C进行固体处理后快速淬火至不高于100°C，然后在15分钟内进行预时效处理，预时效处理工艺是180 200°C预时效10 60秒或者70 130°C预时效0. 2 12小时。
5.根据权利要求4所述的一种汽车车身用铝合金的热处理方法，其特征在于在180 200°C预时效10 60秒后再在24小时之内进行70 130°C时效处理0. 2 12小时。
6.根据权利要求4所述的一种汽车车身用铝合金的热处理方法，其特征在于板材进行烤漆处理，使材料的屈服强度不低于180 MPa。
全文摘要
本发明涉及一种汽车车身用铝合金及热处理方法，其成分Si0.35～0.75wt%，Mg0.75～1.15wt%，Cu0.20～0.50wt%，Mn0.10～0.60wt%，Cr≤0.10wt%，Ti≤0.15wt%，Zn≤0.25wt%，Fe0.05～0.30wt%，其他元素或杂质各自<0.05wt%，并且总计<0.15wt%，余量为Al。铝合金板材在540～565℃固体处理后快速淬火至不高于100℃，在15分钟内进行180～200℃预时效10～60秒或70～130℃预时效0.2～12小时。铝合金经过预时效处理后的室温放置过程中性能稳定，烤漆前具有较好成形性能。
文档编号C22F1/047GK103060632SQ20121054840
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者曹玲飞, 迈多, 保罗, 钟皓, 高翔, 纪艳丽, 胡平, 郭富安 申请人:莫纳什大学, 苏州有色金属研究院有限公司