一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法；属于铝合金加 工成形技术领域。
【背景技术】
[0002] 汽车轻量化是解决油耗、安全和环保三大问题的有效手段和方法，铝合金的高比 强度，良好的成形性和耐腐蚀性以及再结晶潜能，可以作为汽车中取代钢材的理想材料。汽 车车身外板用铝合金以Al-Mg-Si系合金（6系铝合金）为主，表面质量和成形性是阻碍其 应用的两个主要的因素。
[0003] 工业制备Al-Mg-Si系铝合金板材时，工艺普遍按如下流程进行，S卩：熔炼铸造一 均匀化一热粗轧一热精轧一冷轧一固溶处理一预时效，处理过程中的每一步以及每步之间 的相互作用都会影响材料的性能。对于Al-Mg-Si系合金，为了提高其T4或T4P状态的可 成形性以及改善表面质量，一个方面应当避免过多的再结晶织构形成，另一个方面应该延 长其时效稳定性。然而，板材产品在最终固溶处理时的再结晶机制和织构的形成以及晶粒 尺寸是由各工艺过程析出相的状态来控制的。
[0004] 冷轧板材不可避免的会存在择优取向，再结晶过程中也会存在再结晶的择优取 向，择优取向则是织构。一般而言，严重的织构引起的各向异性对晶体的变形及断裂方式有 着重要的影响，一个方面不利于金属和合金的力学性能，降低成形性；另一个方面会导致板 材表面出现roping1ine，影响表面质量。各向异性降低的另一个好处是可以改善板材的翻 边性能，因为目前铝合金汽车外板和内板的连接方式多数为翻边连接，按现代物理冶金和 力学冶金的进展和理念，材料性能的各向同性有利于改善翻边性能。
[0005]-般冲压板材用制耳率Ar表示各向异性的情况，Ar等于零则表示各向同性，用 平均塑性应变比r表示金属薄板在某平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力， r越大，则表示冲压过程中厚度方向越不易致裂，长度和宽度方向上越容易变形。多晶材料 是各种织构的混合体，不同的织构对平均塑性应变比r和制耳率Ar有不同的影响，所以 在改善各向异性的同时，不可避免的会改变r的情况，进而影响冲压性能。日本弘文井上在 MaterialsTransactions期刊上发表的论文表明要增加塑性应变比，可以通过加强|3取 向线上的织构或者加强{111}方向上的织构。但这两种途径都意味着Ar的增强，所以很 难获得r较高但Ar又很低的理想情况。织构对塑性应变比1和制耳率Ar具体的影响情 况是一个非常复杂的过程，其取决于织构的种类和强度。
[0006] 工艺和模具设计经常采用极限拉延比LDR作为依据，所以如果能够降低制耳率， 而基本不影响极限拉延比LDR，则可以在不降低板材冲压成形性能的情况下改善板材的表 面质量和翻边延性。
[0007] 近年来有很多相关专利提出改善铝合金板材成形性的方法，如"提高6111铝合金 汽车板材冲压成形性的加工方法（201010199928. 9) "提出采用双级均匀化工艺调控合金中 的各种析出相，最终达到改善合金冲压成形性的目的；"一种汽车用高成形性铝合金材料及 其制备方法（CN104018040) "提出在Al-Mg-Si-Cu合金体系的基础上添加一定量的元素Zn， 使得冷轧态合金基体内同时存在一定数量的粗大粒子和纳米级的细小弥散粒子，以期控制 合金固溶处理时的再结晶从而达到改善合金的冲压成形性和烤漆硬化性的目的；"汽车车 身板用Al-Mg-Si系铝合金制造方法（CN101880805) "提出在6000系铝合金的基体合金基 础上添加0. 05-0. 35wt%的Zr，由弥散、细小的共格第二相质点Al3Zr来细化材料的组织从 而改善性能；"一种汽车车身板用铝合金及其制造方法（CN101294255) "以6022铝合金为研 宄对象，在基体合金基础上添加〇. 01~〇. 2wt%的稀土Ce，在低Cu含量的情况下避免形成 粗大的Al-Cu-Ce及Mg-Ce化合物的同时细化材料的组织，改善材料的性能；"汽车变形铝合 金板材的预处理工艺（CN200910103136. 4) "针对6022和6016的预处理技术，通过预处理 工艺改善板材的力学性能，使板材的成形性和烘烤硬化性及抗时效稳定性合理匹配。另外 还有"铝合金及制造铝合金板的方法（WO96/03531)"，"可热处理强化的铝合金板的制造工 艺（WO00/03052)"，"冲压铝合金产品的热处理（WO00/70115)"，"具有良好弯曲性能的铝 合金板材的制造方法"等，针对不同成份系的铝合金板材的性能改善提出了相应的处理工 艺方法。发明专利中多以添加合金元素或改变生产工艺来改善合金的成形性，很少涉及到 各向异性的降低以及表面质量和翻边延性的改善，真正合适的铝合金汽车板的成份或者真 正较为简便的改善合金综合性能的方法尚无统一的方案。
[0008] 综上所述，本领域仍有改善Al-Mg-Si系铝合金板各向异性且保持优良力学性能 和良好冲压成形性能的需要。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作方便、可有效 降低铝合金板各向异性且保持优良力学性能和良好冲压成形性能的降低Al-Mg-Si合金板 材各向异性的工艺方法。
[0010] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，包括下述步骤：
[0011] 第一步：将均匀化处理后的铸锭进行热轧；
[0012] 第二步：对热轧件进行一次固溶与过时效处理；所述一次固溶温度为 500°C_560°C;所述过时效处理为双级过时效，一级过时效温度为120°C_180°C，二级过时 效温度为200-270°C;
[0013] 第三步：冷轧及二次固溶、预时效处理；所述冷轧的变形量多75%，冷轧时道次变 形量和变形速率以板材不开裂为准。
[0014] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，一次固溶保温时间为 lh_5h〇
[0015] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，优选的一次固溶温度 为520°C_540°C，保温时间为lh-2h。
[0016] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，过时效处理中，一级过 时效保温时间6h-36h，二级过时效保温时间3h-8h。
[0017] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，过时效处理中，优选的 一级过时效温度为160°C_180°C，保温时间12h-24h，二级过时效温度为220-250°C，保温时 间 3h_6h。
[0018] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，第一步中，均匀化处 理、热轧为现有热轧本的常规工艺，通常选择的铸锭均匀化处理温度为520-550°C，保温时 间为12-48h;热轧选自热粗轧、热精轧中的至少一种；热轧总变形量大于80%。
[0019] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，第三步中，冷轧、二次 固溶、预时效的工艺参数与现有铝板的处理工艺相同，通常的二次固溶温度为520-540°C， 保温时间为5-60min;预时效处理温度为120-160°C，保温时间为5-30min。
[0020] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，所述Al-Mg-Si合金，按 质量百分比，包括下述组分：Si0.6% -1.5%，Mg0.4% -1.0%，其余为A1。
[0021] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，处理后的Al-Mg-Si合 金板材各向异性较采用传统的热轧、冷轧、固溶处理、预时效处理的板材至少下降40%。
[0022] 本发明一种降低Al-Mg-Si合金板材各向异性的工艺方法，将冷轧板材短时高温 固溶并淬火后进行预时效处理，其最终的板材状态为T4P状态。
[0023] 本发明设计的一种提高Al-Mg-Si合金板材成形性的工艺方法，可以明显降低板 材各向异性。
[0024] 本发明的机理简述于下：
[0025] 织构是影响合金板材各向异性的一个主要因素，同时织构也是影响塑性应变比的 一个主要因素。对于支配铝合金板的塑性各向异性的集合组织，通过控制各个结晶取向的 比例，可以达到控制板材塑性应变比r值和板平面各向异性指数Ar的目的。
[0026] 研宄表明，铝合金在冷变形较大（> 70% )，变形温度低于300°C时，大尺寸的析 出相粒子周围会产生大量变形带，在随后的再结晶处理时可以引发粒子诱导再结晶形核效 应（PSN效应），且其所产生的再结晶织构通常是非常微弱和随机出现的，而对于支配铝合 金板的塑性各向异性的集合组织，通过控制各个结晶取向的比例，可以达到控制板材塑性 应变比1值和板平面各向异性指数Ar的目的，从而改善铝合金板材的成形性。添加其他 组成大颗粒的合金元素如铁和锰，能有效成为再结晶形核效应的形核点从而改善织构的分 布情况，但是其含量过多的话会降低材料的成形性，因此，本发明采用在冷轧前引入固溶与 双级过时效工艺，控制好Al-Mg-Si铝合金中主要析出相Mg2Si的状态，从而，获得具有良好 成形性的板材。
[0027] 本发明针对现有T4及T4P