铝汽车结构构件的制作方法

专利名称：铝汽车结构构件的制作方法
铝汽车结构构件本发明涉及铝合金车辆结构部件或构件，更具体涉及将铝合金铸 造成具有优良的成形特性的薄板和将该薄板成形为车辆结构部件或构 件如仪表板、舱底板、门板、窗饰、无线电支架、嵌板加强件等的方 法。在许多情况下，使用成对带、双辊或整铸机将熔融铝连续铸造成板坯要优于DC铸造，这是因为与DC铸造方法相比，连续铸造可实 质上节省能量和节省总转化成本。在连续铸造法中，熔融金属被连续 引入前进的模具中并制造成板坯，板坯可以连续形成为薄板产品，所 述薄板产品被收集或巻绕成巻。然而，连续铸造并非没有问题。例如， 已经发现必须小心地控制合金组成和处理步骤，以使其具有可成形性 水平从而避免在成形期间开裂，以及具有最终产品所需要的强度性能。 即，必须小心地控制合金及其加工过程，以提供具有可成形性的薄板， 所述可成形性适合于形成最终产品或车辆构件所必需的制造步骤。如 果不控制合金和处理步骤，那么在成形步骤中，会发生断裂和必须废 弃成形的部件。因此，非常需要选择铝合金、其连续铸造和热机械处 理方法，所述方法提供具有成形特性和强度性能的薄板产品，这种薄 板产品使得在车辆结构部件或构件的生产期间，例如可以进行成形操 作如弯曲，模压，深拉，拉伸或巻压以固定紧固件，同时避免断裂或 裂缝的问题。在各种专利中公开了连续铸造熔融铝和将通过上述铸造生产的板 坯轧制成薄板产品。例如，美国专利5,976,279公开了连续铸造铝合金 和改进的铝合金组合物的方法。该方法包括使用感应加热器在中间退 火阶段连续使冷轧带材退火，和/或在感应加热器中连续使冷轧带材退 火的步骤。该合金组合物具有可以通过改变稳定退火的时间和温度而 选择性改变的机械性能。美国专利6,264,765公开了一种铸造、热轧和退火非热处理铝合金 的方法和装置。该方法和装置包括连续铸造，热轧和直列式感应加热 铝薄板，以得到在热轧产品规定公差之内的机械性能。美国专利5,985,058公开了一种连续铸造铝合金和改进的铝合金 组合物的方法。该方法包括在热轧前、热轧过程中或之后将铸造的带 材加热到超过铸造的带材从冷模输出的温度。该合金组合物具有相对 低的镁含量但具有优异的强度性能。美国专利5,993,573公开了 一种连续铸造铝合金和改进的铝合金 组合物的方法。该方法包括以下步骤(a)在热轧前、热轧过程中或 之后加热铸造的带材到超过该铸造的带材从冷模输出的温度，和(b) 在感应加热器中将由铸造的带材制造的冷轧带材稳定化或反退火。美国专利5,833,775公开了 一种铝合金薄板和生产铝合金薄板的 方法。该铝合金薄板用于形成拉伸的和包铁的容器体。该薄板优选具 有至少约37 ksi的烘烤后屈服强度和至少约2%的伸长率。优选该薄 板也具有小于约2%的凸耳(earing )。美国专利6,086,690公开了一种生产高屈服强度和延展性的铝合 金薄板制品的方法，所述铝合金薄板制品尤其适用于制造汽车嵌板。 该方法包括铸造不可热处理的铝合金以形成连续铸造板坯，和对所述 连续铸造板坯进行一 系列轧制步骤以生产最终尺寸的薄板制品，优选 随后退火以引起重结晶。该轧制步骤包括热轧和中温轧制该板坯以形 成中间规格的中等薄板制品，冷却该中等薄板制品，然后在环境温度~ 340。C的温度范围内，中温轧制和冷轧该冷却的中等薄板到最终规格， 以形成所述薄板制品。连续地进行一系列轧制步骤，没有中等薄板制 品的中间巻绕或完全退火。本发明也涉及通过该方法生产的合金薄板 制品。美国专利5,244,516公开了一种用于圆盘的铝合金板，其在M-P 可镀性和镀层的粘附性方面性能优异，并具有最少的结节和微坑的高 表面光洁度，所述铝合金板包括铝合金，所述铝合金含有超过3%并 等于或小于6。/。的Mg，等于或大于0.03%并小于0.3%的Cu,和等于 或大于0.03%并等于或小于0.4%的Zn作为主要组分，和在半连续铸 造的情况下等于或小于0.07%的Fe和等于或小于0.06%的Si作为杂 质，或在薄带连铸机的情况下等于或小于0.1%的Fe和等于或小于 0.1。/。的Si作为杂质，并含有Al-Fe相金属间化合物，其最大尺寸小于 10nm,并且大于5nm的粒子数目小于每0.2mm2 5个，还含有Mg-Si 相金属间化合物，其最大尺寸小于8pm,大于5nm的粒子数目小于每 0.2mm2 5个。美国专利5,514,228公开了一种制造铝薄板的方法，其包括热轧铝 合金板材，将其退火和溶液热处理，没有实质性的中间冷却和快速淬 火。尽管有这些公开内容，但还是非常需要选择铝合金和使用连续铸 造机生产车辆部件或构件的方法，最优化的热机械处理方法，以提供 优良的强度和可成形性水平，使得易于形成复杂的部件而没有裂缝。用于本发明的术语"可成形性"用来说明金属片通过塑性变形成形 的容易度。可以通过测量强度，延展性和引起破裂的变形量来评价金 属的可成形性。用于本发明的术语"铝"表示包括铝和其合金。用于本发明的术语"汽车"表示包括汽车和如本发明所述的其它车 辆部件或构件，及其它具有类似结构的运输部件或构件。本发明的一个目的是提供改进的低成本方法，包括连续铸造和轧 制以连续地生产具有一致的可成形性水平的铝薄板产品。本发明的另一个目的是提供一种方法，包括连续铸造板坯，并将 该板坯轧制成适用于生产车辆部件的薄板产品。本发明的另一个目的是提供一种方法，包括将熔融铝连续铸造成 板坯，并将该板坯轧制成薄板产品，以满足车辆结构部件或构件的成 形要求，如弯曲，模压，拉伸或深拉。本发明的另一个目的是提供一种生产铝薄板产品的改进的方法， 其使用连续铸造机生产板坯，连续轧制该板坯以生产薄板产品，和将 该薄板产品退火以形成具有紧固件例如螺紋紧固件的车辆构件或嵌板 构件，其中紧固件通过将该薄板产品巻压在紧固件周围而连接到车辆
构件或嵌板构件。本发明还有另一个目的是提供一种生产例如浅或深成形嵌板构件 的车辆构件的方法，例如，其包括连续将铝合金铸造成板坯，将该板坯轧制成薄板产品，和将该具有优良的可成形性水平的薄板产品退火， 将该薄板产品成形为嵌板，所述嵌板具有通过巻压与其连接的螺紋紧 固件，以提供机械固定在支撑构件上的成形的车辆构件。本发明的另一个目的其提供一种浇铸熔融合金的方法，所述熔融合金包括2.7 ~ 3.6wt.。/o的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.o/o的Mn、 0.02 ~ 0.2wt.。/o的 Si、 0.05 0.30wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/。的Cu、最大0.25wt.。/。的Cr、 最大0.2wt.。/。的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti和余量的铝、偶存元素和杂 质，将该合金铸造成板坯，对其进行热轧和退火，以提供适合于形成 需要优良的可成形性的车辆结构部件或框架构件的薄板产品。根据这些目的，本发明提供一种由熔融铝合金生产铝车辆结构部 件或构件的方法，所述方法使用连续铸造机将合金浇铸成板坯。该方 法包括提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/。的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/。的Mn、 0.02 ~ 0.2wt.。/o的Si、0.05 ~ 0.25wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/o的铜、最大0.25wt.% 的Cr、最大0.2wt.。/o的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的铝、偶存元 素和杂质组成，和提供连续铸造机如带式连铸机以连续铸造熔融铝合 金。该熔融铝合金被铸造成具有包括Al-Fe， Al-Fe-Mn或Mg2Si的金 属间化合物粒子的板坯。该板坯被轧制成薄板产品，然后将其退火以 提供薄板产品，所述薄板产品具有基本均匀分布或较小条紋的金属间 化合物粒子以改善可成形性。其后，将该薄板产品成形为车辆结构部 件或构件，例如其中巻压有紧固件的门或车盖的嵌板构件。作为选择，可以在热轧之后冷轧该热轧薄板，然后在成形步骤之 前退火。在另一个实施方案中，可以将该热轧薄板退火或甚至均质化， 然后冷轧成冷轧薄板产品。可以将该冷轧产品退火以提供适合于各种 成形步骤的产品。通过阅读说明书和所附的权利要求，这些及其他目的将变得显而 易见。


图1是连续铸造机，热轧机和薄板材料巻的简图。图2是显示本发明步骤的流程图。 图3是显示D.C.铸造材料微观结构的显微照片。 图4是显示通过连续铸造(CC )和根据本发明轧制的薄板材料微 观结构的显微照片。图5是车辆后舱盖或行李箱盖的筒图。图6是显示打开后盖的车辆的侧视图。图7是显示分离的后舱盖的结构构件的透视图。图8是显示共同折边的结构构件的剖视图。图9是巻压入金属的螺紋紧固件的横截面。例如，本发明的车辆结构部件或构件由含有控制量的镁、铁、硅 和锰的铝基合金组成，以使通过铸造和热机械过程生产的薄板产品具 有需要的强度和可成形性。需要控制该合金元素的总量以满足强度要 求，而不导致加工中的铸造困难。另外，也需要控制合金元素的量以 满足可成形性的要求，特别是铁、锰和硅的量。在凝固期间形成Al-Fe、 Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子。即，轧制连续铸造的板坯之 后，这些金属间化合物粒子的分布，尺寸和量可极大地影响薄板材料 的可成形性。在凝固期间形成含有Al-Fe, Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒 子。在轧制连续带式铸造的铝板坯后，这些金属间化合物粒子的分布 可以严重地条紋化或排列，导致成形问题。比较起来，直冷(D.C.)性。金属间化合物粒子构造的条紋化，导致在塑性变形期间应力集中， 使得薄板产品的可成形性变差。因此，需要本发明的轧制薄板具有基 本均匀分布或更小条紋的金属间化合物粒子，以提供改进的可成形性。 因此，该铝基合金基本上由2.7 3.6wt.o/。的Mg、 0.1 0.4wt.。/。的 Mn、 0.02 0.2wt.o/o的Si、 0.05 ~ 0.3wt.。/。的Fe、最大0.1wt.。/。的Cu、 最大0.25wt,。/。的Cr、最大0.2界1%的Zn、最大0.15wt.。/o的Ti、余量 的铝、偶存元素和杂质组成。优选的是，镁保持在2.8 ~ 3.3或3.5wt.% 的范围内，锰优选保持在0.1 ~ 0.25或0.35wt,/。的范围内。另外，优 选铁保持在0.05或0.10 ~ 0.25wt.。/o的范围内，通常是0.05 ~ 0.2wt.%, 硅保持在0.05 ~ 0.15wt.%的范围内。杂质优选限于每种不超过 0.05wt.%，和全部杂质的组合不应该大于0.15wt.%。因此，应理解在本发明的方法中使用上述组成的合金以形成具有 需要性能的汽车构件，需要仔细控制合金中的合金元素和其铸造，以 避免形成不利于成形操作的金属间化合物粒子结构。即，应理解在本 发明的方法中，在为强度和形成薄板产品所必需的程序步骤而平衡合 金中的全部组成是非常困难的，其中，所述薄板产品具有形成最终产 品所需的性能，同时在成形过程期间避免导致断裂或裂缝的不希望的 性能。不但如本发明记载的控制合金元素和杂质的量是重要的，而且通 过连续铸造生产的板坯、由该板坯形成的薄板和从该薄板制造的汽车 构件必须根据具体的方法步骤制造，以生产具有希望性能的汽车结构 部件或构件。即，必须控制方法以生产具有接近DC锭制造材料的可 成形性性能的产品，而且没有DC锭方法的成本代价。因此，现在参照图1,其显示用于生产适合于形成根据本发明的 车辆结构部件或构件的薄板的带式连铸机2和轧机的筒图。在图1中，在炉或储罐12中提供熔融铝10,熔融铝从储罐12沿 管道导向中间罐16,从中间罐16通过喷嘴18计量进入由回转带20 和22与侧坝块(未显示)限定的前进模具。带20与22通过辊24回 转。固化熔融金属例如熔融铝，以在带20与22之间形成连续板坯15， 其使用冷却剂喷雾26冷却。带式连铸机2记载于美国专利3,864,973; 3,921,697; 4,648,438; 4,940,076与4,972,900中,通过引用并入本发明， 如同具体说明 一样。用于带式连铸机的改进的喷嘴记载于美国专利 5,452,827中，通过引用并入本发明。可以用于本发明的另一种铸造装置是整铸机，其中铸锭连续形成 带，并作为带式连铸机包括于本发明中。如关于带式连铸机2所述， 提供中间罐和喷嘴以将熔融金属传送到整铸机的铸锭带，其中发生凝 固以提供固化板坯15和急冷该铸锭以帮助熔融金属凝固。
可用于铸造连续的带或板坯15的又一种装置是辊式铸机，其包括 两个旋转的辊以提供连续前进的模具。如在带式连铸机中一样，中间 罐和喷嘴用来转移熔融铝到由两个辊限定的模具。而且，通常急冷该 辊以帮助熔融金属凝固成带或板坯。不同的铸造机记载于美国专利 5,452,827。术语"连续铸造机"表示包括所有这些铸造机。本发明的熔融铝合金在约1220。~ 1320°F,通常1250。~ 1285。F的 温度下被引入铸造机，在在750。~1150。F,通常860。~950°F的温度 下离开铸造机。另外，离开带式连铸机的连续板通常具有0.2~2英寸 的厚度，例如，0.2 ~1英寸。带式连铸机典型的板厚为约0.6 ~ 0.875 英寸。带式铸造速度取决于板坯的厚度，可为10~40英尺/分钟。重 要的是保持这些铸造条件，以便为了可成形性和耐腐蚀性的目的得到 具有较小金属间化合物的条紋或排列的微观结构，所述金属间化合物 如Al-Fe, Al-Fe-Mn或Mg2Si。应该注意到DC铸造材料通常具有优良 的或基本均匀的金属间化合物粒子分布。但是，如前所述，DC铸造 材料比本发明的连续铸造板坯具有高转化成本的代价。因此，本发明 提供用于形成具有接近DC铸造性能的薄板材料的连续铸造板坯，以 节省成本同时保持需要的性能如可成形性。离开铸造机之后，板坯15导向轧机30，在其中被轧制以形成轧 条或扁平轧材34,优选4吏用热轧才几。热轧才几30由一对或多对相对的 辊32组成，其在板坯通过各个轧辊机座之间时，降低控制量的板坯厚 度。图1中示出三套热机座或辊。例如，具有约0.2~1英寸厚度的板 坯15将被降低到厚度为约0.01 ~ 0.25英寸的薄板产品。通常，取决于 应用，用于车辆构件或多种嵌板构件的薄板产品将具有例如0.02 ~ 0.1 或0.2英寸的厚度。如果不加热，那么板坯进入热轧机30的温度通常 为约700。~1100。F。通常，薄板产品离开轧机30的温度为
1中未显示)之前加热到800°~ U00。F,以在热轧之前升高轧制温度。 因此，进入热轧机的板坯可具有约800°~ H00。F的温度。热轧机30可降低板坯的厚度约60~95%的原始厚度，通常降低 75~95%。根据薄板产品的最终用途，除了或代替在热轧机之前加热， 可以将对热机座之间的带或板坯施加热。离开热轧机的铝合金板的温度可为约400° ~ 825°F，这取决于在热 轧以前或在其期间是否有热输入。热轧之后，热轧带材34可具有变形织构和变形的晶粒结构。取决 于上述的热输入和轧制压缩比，热轧带材可具有部分或完全最优化织 构的再结晶晶粒结构。如果结构保持为变形的并且再结晶晶粒结构是 为最终产品所必需的，那么可以对热轧带材34退火，以促进变形结构 的再结晶。例如，重要的是汽车应用使用本发明的具有无规织构的精 细完全的再结晶晶粒结构的铝合金，以形成根据本发明的汽车部件。 因此，本发明中优选热轧薄板在退火炉40中完全退火到O-回火状态。 在完全退火条件下的热轧薄板可具有28~35 ksi的拉伸强度，12或 13 ~ 17.5 ksi的屈月良强度和大于19%的伸长率。参照图1,在所述实施方案中可见热轧薄板产品被导向连续的退 火炉40，其使用如红外线，螺线管的或横向的磁通感应加热器。虽然 可以使用任何的连续加热器，但优选感应加热器。如果热轧带材的冷 轧(图1中未显示)是必需的，那么也可能需要连续退火。因此，热 或冷轧带材可以在600° ~ 1100。F的退火炉40中连续退火0.5到60秒， 以得到具有细晶粒和所需的高可成形性能的完全再结晶的薄板。然而， 需要小心使得薄板产品不过度退火到发生次级再结晶的程度。次级再 结晶是细晶粒生长成不希望的粗晶粒，其对可成形性有害。热轧薄板可以间歇退火而不是连续退火。即，将热轧薄板42巻绕 成巻48或49。然后，将这些巻放入炉中并在600。 1000。F的温度范 围均热2~10小时，以提供完全退火或O-回火状态下的轧制薄板。如 果板坯已经热轧成适合于成形的规格，那么不再需要其它热机械处理， 并且该薄板已可以用于成形步骤。如果板坯已经热轧成中间规格，然
后在退火之后，对该退火材料进行冷轧，随后进一步退火，以提供在o-回火状态下的薄板，以用于成形操作。热轧之后，热轧薄板或扁平产品可以在其他的操作之前冷却。例如，热轧之后，有或者没有退火和冷却，得到的带42可以冷轧(图1 中未显示)成具有最后规格的薄板产品。冷轧可以通过将带42通过几 对或包括冷轧机的机座，以提供生产最后规格需要的冷轧。冷轧可降 低带42的厚度20%~80%或90%。对于汽车应用，最终规格可为 0.02 ~ 0.09或甚至0.2英寸，通常为0.03 ~ 0.12英寸。应理解，在低于 300°F轧制的冷轧可以在与本发明的连续铸造和轧制线分离的冷轧线 上进行。冷轧到最终规格之后，对薄板产品进行另外的退火以确保所需的 结晶学织构和晶粒结构，其对于形成最终的汽车产品是必需的。在热轧或退火之后，对薄板42可以进行连续的快速淬火，如在另 外的操作之前的冷水淬火50。如果在退火之后使用和显示，淬火50 可以位于过程中的不同位置。参照图2,可见在作为选择的过程中，退火的热轧薄板可进行冷 轧随后在成形之前进一步退火。在另外的实施方案或作为选择的方法 中，热轧之后，薄板可以直接冷轧，随后在形成车辆结构部件或构件 之前退火该冷轧的薄板。冷轧并退火的薄板沿轧制方向可具有28~35 ksi的拉伸强度、12 ~ 17.5 ksi的屈服强度和大于19。/。的伸长率。另夕卜， 最终规格的巻在成形过程以前可经历一个步骤或步骤的组合，如张力 平整，切割，表面预处理，润滑或定长剪切。作为希望的微观结构的例子，参照图3和4，其中所述微观结构 具有连续铸造(CC)铝薄板的优良成形特性。图4显示具有受控化学 的CC5754合金的微观结构，而图3显示商业使用的DC 5754合金薄 板。两种薄板均为0.060英寸厚，并处于O-回火状态下。对凝固期间 形成的粒子的SEM ，见察显示，它们由Al-Fe, Al-Fe-Mn和Mg2Si组 成。CC薄板的粒子结构是基本上均匀分布的，仅有最小的条紋或排 列，同时DC薄板的金属间化合物粒子是均匀分布的。CC材料的金属
间化合物粒子尺寸为约0.1~7nm,而DC材料的为约0.5~10pm。对 于CC材料金属间化合物粒子的面积分数是0.43%,而DC材料的面 积分数是0.56%。而且，利用最优化的工艺路线，CC薄板也具有比 DC薄板更细的晶粒结构。晶粒尺寸的测量显示DC材料的平均晶粒尺 寸为16.6nm,而DC材料的平均晶粒尺寸为17.8nm。因此，可见利 用化学控制和过程优化，连续铸造技术可产生类似于DC铸造技术产 生的那些微观结构，并因此提供例如汽车工业需要的可成形性能。现在参照图5，其示出作为运动多用途汽车(SUV) —部分的汽 车行李箱盖(lift gate) 100。行李箱盖由底部金属部分102和由玻璃 覆盖的窗框部分104组成。行李箱盖100使用铰链106安装到SUV的 顶板108上，并〗吏用把手110关闭并固定到车辆上。通常，侧边112, 保险杠114和顶板108限定由行李箱盖封闭的开口。在图6中，显示 了部分打开并由支柱116支撑的行李箱盖100。与钢相比，由本发明 的铝合金制造的行李箱盖可实现实质性的重量减轻，根据车辆所减少 的总量可多达20磅。另外，更轻和成本更低的支柱可用于开启和支撑 行李箱盖，增加了重量减轻。注意到支柱116在118处与行李箱盖100 固定，这需要铝合金具有优良的成形特性以固定螺紋紧固件。图7显示汽车行李箱盖结构的部件分解图，其由外部嵌板120和 内部嵌板122组成，它们四周结合以提供双重嵌板的行李箱盖结构。 应理解的是，门、车盖、挡泥板等可使用相同的构造类型-和外部嵌板。 另外，由图7和8可见，外部嵌板120通常使用曲线的平滑的形状。 由图7也可见，外部嵌板120构造显示窗框104为底部102的整体部 分。进一步参照图7，注意到内部嵌板122使用更复杂的设计，其包 括中凹部分124和可具有凸槽和开放部分(没有显示)，特别是用于门 或车盖的时候。具有中凹部分和凸起部分的内部嵌板用于增加行李箱 盖的抗弯强度。另外，可以使用配合冲模之间的模压成形内部嵌板外 部嵌板，以提供行李箱盖组件必须的结构特征。虽然如所标注的外部 嵌板相对平滑和弯曲，通常成形内部嵌板以形成槽126(图8)从而为 窗框部分提供增加的强度。应该注意外部嵌板120可以由钢或例如铝 合金AA6111或AA5083形成，该组成提供在Aluminum Association 的2001年1月的标题为"International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys "的出版物中，其全部内容通过引用并入本文，如具 体说明一样。图8显示行李箱盖的横截面，其使用折边或接合到内部嵌板122 的外部嵌板120。因此，外部嵌板120是相对平滑的，内部嵌板122 具有凹陷区域，并在窗框104周围使用槽以增加强度。行李箱盖由两 个成形嵌板的双重或多重结构而得到其强度。形成的嵌板可包括门、车盖、后备厢、挡泥板、底板、车轮和保 险杠底板条，其可以由在配合冲模之间形成的平坦铝合金片形成，以 提供三维结构。如图所示，双重或多重结构使用外周接缝或折边以提 供车辆结构构件；然而，其他的连接方式可包括焊接、铆接、胶合， 因此内部和外部嵌板可以通过任何这些方法连接，并考虑使用这些方 法。所述的接缝或折边显示于图8,其中外部嵌板120围绕内部嵌板 122折边。因此，外部嵌板120应该能成形或弯曲180。而没有裂缝， 其中弯曲的半径约为金属厚度的一半。在有些情况下，结构构件可包括钢和铝合金的组合，但是这种结 构不能提供相同的重量减轻。出于另一个理由，需要本发明的合金具有优良的可成形性。即， 例如，铰链106和支柱116优选连接到钢的螺紋紧固件。因此，在支 柱116连接到行李箱盖100的118处，优选使用比如钢紧固件的金属 紧固件。因此，螺紋紧固件130巻压入内部嵌板的金属薄板中，如图 9所示。该巻压必须为苛刻的，以使得金属薄板围绕螺紋紧固件的肩 部132,而不在金属薄板中形成裂缝。金属薄板中的螺紋紧固件的啮 合必须足够紧密，以使得可以将螺钉旋过支柱的孔眼进入紧固件。这 种方式的巻压避免焊接，并容易使得铝连接到螺紋紧固件，以便于制 造。巻压是合金敏感的，并且如果铁过高，那么在巻压操作期间金属 可能有裂缝。因此，为了巻压的目的，优选保持铁小于0.25wt.%并优
选在0.05或0.1 ~ 0.2wt.。/。的范围内。因此，根据上述实践生产的铝合金车辆部件或构件提供具有强度 和可成形性的材料，以用作车辆或汽车薄板，所述薄板可以形成许多 不同的汽车结构构件。本发明中提供的所有范围是指包括在该范围内的所有数值，如同 具体i兑明一样，例如，1~5包括1.1, 1.2, 1.3等，或例如2， 3, 4。下列实施例进一 步说明本发明。实施例将含有3.267wt.% Mg、 0.201wt.o/o的Mn、 0.080wt.。/。的Si、 0.164wt.。/o的Fe、 0.020wt.。/o的Cu、 0.004wt.。/o的Cr和0.024wt.o/。的 Zn的铝基合金，在1260。F的温度下进料到双带式铸造机，并固化以 生产0.875英寸厚的板坯，其在卯0。F的温度下离开铸造机。板坯直 接进入三机座热轧机并轧制成0.100英寸的最终规格。引入板坯到热 轧机的温度在大约820。F,离开轧机的温度是大约520。F。热轧薄板巻 绕成巻。巻在730。F温度的退火炉中退火4小时。对退火的巻张力均 一化，并切割成所需宽度，然后对巻表面预处理和润滑。在形成汽车 部件以前，材料在轧制方向具有以下性能32.8ksi的最大拉伸强度， 15.5 ksi的屈服强度，21.4%的伸长率。所有这些性能满足由The Aluminum Association出版的Aluminum for Automotive Body Sheet Panels认定的要求。材料成形为内部结构嵌板，并且螺紋紧固件巻压 成具有满意的质量检验的薄板。因此，可以在双带式铸造机中铸造合金，轧制成薄板产品，模压或成形为具有足够的强度和可成形性的汽 车结构部件或构件。可见连续铸造机可用于生产板坯，该板坯可以被热机械处理形成薄板产品，此薄板材料具有形成车辆部件或构件的性能。已经记载了本发明的优选实施方案，应理解本发明可以在所附 的权利要求的范围内以其它方式具体化。
权利要求
1.一种由熔融铝合金生产铝汽车结构部件或构件的方法，所述方法使用连续铸造机将合金铸造成板坯，所述方法包括(a)提供基本上由2.7～3.6wt.％的Mg、0.1～0.4wt.％的Mn、0.02～0.2wt.％的Si、0.05～0.30wt.％的Fe、最大0.1wt.％的Cu、最大0.25wt.％的Cr、最大0.2wt.％的Zn、最大0.15wt.％的Ti、余量的铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b)提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c)将所述熔融铝合金铸造成具有Al-Fe，Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子的板坯；(d)将所述板坯轧制成薄板产品；(e)将所述薄板产品退火到O-回火状态，所述薄板具有基本均匀分布的或最小化条纹的所述金属间化合物粒子；和(f)将O-回火状态下的所述薄板成形为所述结构部件或构件。
2. 根据权利要求1的生产铝结构构件的方法，其中锰保持在0.1 ~ 0.35wt.。/。的范围。
3. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，其中镁保持 在2.8 3.5wt.。/。的范围。
4. 根据权利要求l的生产铝结构部件或构件的方法，其中铁保持 在0.5 ~ 0.25wt.。/。的范围。
5. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，其中所述连 续铸造机是带式连铸机、整铸机或辊式铸机。
6. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，包括在650° ~ 950°F的温度范围内将所述薄板产品退火。
7. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，包括在700° ~ 900°F的温度范围内将所述薄板产品退火。
8. 根据权利要求7的生产铝结构部件或构件的方法，包括退火约 2~10小时。
9. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，包括将所述 薄板产品连续退火。
10. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，包括将所述板坯热轧成热轧薄板产品。
11. 根据权利要求1的生产铝结构部件或构件的方法，包括将所述 板坯热轧成热轧薄板产品，随后冷轧。
12. 根据权利要求11的生产铝结构部件或构件的方法，其中所述 冷轧提供25 ~ 80%的规格减小。
13. 根据权利要求11的生产铝结构部件或构件的方法，包括将所 述冷轧薄板产品退火。
14. 根据权利要求13的生产铝结构部件或构件的方法，其中在 600°~ 950°F的温度范围内将所述冷轧薄板产品退火。
15. —种由熔融铝合金生产铝汽车结构部件或构件的方法，所述方 法使用连续铸造机将合金铸造成板坯，所述方法包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/o的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、 0.02 ~ 0.2wt.o/o的Si、 0.05 0.30wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/。的Cu、最 大0.25wt.o/。的Cr、最大0.2wt.。/。的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的 铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b)提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；,、 JA 、 la ，— iff 入 入 A士 、丄 瞎 r^C 、JLa , —" ,廿—口 曰"^""、c,将尸/r迎塔解话y^r诃逸风浮厌刀u二夭t 2英t升具有 Al-Fe、 Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间4匕合物丰立子的板坯；(d )将所述板坯热轧成热轧薄板产品，所述热轧在750。 ~ 1000。F 的温度下开始并在400° ~ 825°F的温度下结束；(e) 将所述热轧薄板产品退火到O-回火状态，在所述状态下的 所述热轧薄板产品具有28 ~ 35 ksi的拉伸强度、12 ~ 17.5 ksi的屈月良强 度和大于19%的伸长率，并且具有基本均匀分布或最小化条紋的所述 金属间化合物粒子；和(f) 将在O-回火状态下的所述薄板产品成形为所述结构部件或构件。
16. 根据权利要求15的方法，其中镁保持在2.8 3.5wt,。/。的范围。
17. 根据权利要求15的方法，其中铁保持在0.05 ~ 0.25界1%的范围。
18. 根据权利要求15的方法，包括在650° ~ 950。F的温度范围内 将所述热轧薄板退火。
19. 根据权利要求15的方法，包括在700°~900。F的温度范围内 将所述热轧薄板退火。
20. 根据权利要求18的方法，包括退火约2~10小时。
21. 根据权利要求15的方法，包括将所述薄板产品连续退火。
22. —种由熔融铝合金生产铝汽车结构部件或构件的方法,所述方 法使用连续铸造机将合金铸造成板坯，所述方法包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/。的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/。的Mn、 0.02 0.2wt.o/o的Si、 0.05 0.30wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/o的Cu、最大0.25wt.。/。的Cr、最大0.2wt.。/o的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的 铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b) 提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c) 将所述熔融铝合金铸造成厚度为0.2英寸~2英寸的板坯，所 述板坯含有Al-Fe， Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子；(d) 将所述板坯热轧成热轧薄板产品；(e) 将所述热轧薄板产品冷轧成0.01英寸~ 0.2英寸的厚度，以 提供冷轧薄板产品；(f) 将所述冷轧薄板产品退火以提供退火薄板产品，所述退火薄 板产品具有28 ~ 35 ksi的拉伸强度、12 ~ 17.5 ksi的屈J3艮强度和大于 19。/。的伸长率，并且所述退火薄板产品具有基本均匀分布或最小化条 紋的所述金属间化合物粒子；和(g) 将所述退火薄板产品成形为汽车结构部件或构件。
23. 根据权利要求22的方法，包括将所述冷轧产品退火到O-回火 状态。
24. 根据权利要求22的方法，包括在650° ~ 950°F的温度范围内退火。
25. 根据权利要求22的方法，包括在700° ~ 900°F的温度范围内 退火。
26. 根据权利要求22的方法，包括退火约2~ 9小时。
27. 根据权利要求22的方法，包括将所述薄板产品连续退火。
28. 根据权利要求22的方法，其中所述冷轧提供25 ~ 80%的规格 减小。
29. —种由熔融铝合金生产铝汽车结构部件或构件的方法，所述方 法使用连续铸造机将合金铸造成板坯，所述方法包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/o的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、0.02 ~ 0.2wt.。/。的Si、 0.05 0.3wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/o的Cu、最大 0.25wt.Vo的Cr、最大0.2wt.o/。的Zn、最大0.15wt。/。的Ti、余量的铝、 偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b) 提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c) 将所述熔融铝合金铸造成厚度为0.2英寸~2英寸的板坯，所 述板坯含有Al-Fe， Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子；(d) 将所述板坯热轧成热轧薄板产品，所述热轧在750。F lt)00。F的温度范围内开始并在400°~825°F的温度范围内结束；(e) 将所述热轧薄板产品退火，以提供退火薄板产品；(f )将所述退火热轧薄板产品冷轧成0.01英寸~ 0.2英寸的厚度， 以提供冷轧薄板产品；(g )将所述冷轧薄板产品退火以提供具有28 ~ 35 ksi的拉伸强 度、12 17.5ksi的屈服强度和大于19%的伸长率的薄板产品，并且 所述冷轧并退火的薄板产品具有基本均匀分布或最小化条紋的所述金 属间化合物粒子；和(h)将所述退火薄板产品成形为汽车结构部件或构件。
30. 根据权利要求29的方法，包括将所述热轧薄板产品成批退火。
31. 根据权利要求29的方法，包括将所述热轧薄板产品连续退火。
32. 根据权利要求29的方法，包括在650°F ~ 950°F的温度范围内退火。
33. 根据权利要求29的方法，包括在700° ~卯0。F的温度范围内 退火。
34. 根据权利要求29的方法，其中所述冷轧提供25 ~ 80%的规格 减小。
35. 根据权利要求29的方法，其中锰保持在0.1 ~ 0.35wt.y。的范围。
36. 根据权利要求29的方法，其中镁保持在2.8 ~ 3.5wt.%的范围。
37. 根据权利要求29的方法，其中铁保持在0.05 ~ 0.25wt的范围。
38. 根据权利要求29的方法，其中所述冷轧薄板产品的厚度为0.01 英寸~0.2英寸。
39. —种由熔融铝合金生产铝车辆部件或构件的方法，所述方法使 用连续铸造机将合金铸造成板坯，所述方法包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/。的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、 0.02 ~ 0.2wt.o/o的Si、 0.05 0.30wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/o的Cu、最 大0.25wt.。/o的Cr、最大0.2wt.。/o的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的 铝、偶存元素和杂质組成的熔融铝合金；(b) 提供连续铸造机，用以将所述熔融铝合金连续铸造成厚度为 0.2英寸 2英寸的板坯；(c) 将所述板坯轧制成厚度为0.01英寸~0.2英寸的薄板产品；(d) 将所述冷轧薄板产品退火以提供具有28 ~ 35 ksi的拉伸强 度、12 ~ 17.5 ksi的屈服强度和大于19%的伸长率的轧制并退火的薄 板产品，并且所述轧制并退火的薄板产品具有基本均勾分布或最小化 条紋的所述金属间化合物粒子；和(e) 将所述轧制并退火的薄板成形为车辆结构部件或构件。
40. 根据权利要求39的方法，其中所述轧制薄板产品具有在凝固 期间形成的Al-Fe, AI-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子，其粒度范 围为0.05~ 10nm。
41. 一种生产多个嵌板的汽车构件的方法，所述汽车构件具有连接 形成所述构件的内部和外部嵌板，所述内部嵌板具有牢固地巻压入所 述内部嵌板的螺紋紧固件，以为所述汽车构件提供螺栓附件装置，所 述内部嵌板通过以下的方法形成，包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.Q/o的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、0.02 0.2wt.。/。的Si、 0.1-0.25wt.o/o的Fe、最大0.1wt.Q/o的Cu、最大0.25wt.o/o的Cr、最大0.2wt,o/o的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b)提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c )将所述熔融铝合金铸造成具有Al-Fe, Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子的板坯；(d) 将所述板坯轧制成薄板产品；(e) 将所述薄板产品退火到O-回火状态，所述薄板具有基本均 匀分布或最小化条紋的金属间化合物粒子；(f) 通过模压将在所述O-回火状态下的所述薄板产品的一部分 成形为所述内部嵌板，以提供具有凸起部分和凹陷部分的内部嵌板， 以为所述内部嵌板提供加强件；(g) 将至少一个螺紋紧固件巻压到所述内部嵌板中；(h) 提供用于连接到所述内部嵌板的外部嵌板；和(i) 将所述外部嵌板连接到所述内部嵌板，以提供具有与其连接 的螺紋紧固件的多个嵌板的汽车构件。
42.—种生产多个嵌板的汽车构件的方法，所述汽车构件具有连接 形成所述构件的内部和外部嵌板，所述内部嵌板具有牢固地巻压入所 述内部嵌板的螺紋紧固件，以为所述汽车构件提供螺栓附件装置，所 述内部嵌板通过以下的方法形成，包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/。的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、 0.02 0.2wt.。/o的Si、 0.05 0.25wt.o/o的Fe、最大0.1wt.。/。的Cu、最 大0.25wt.。/o的Cr、最大0.2wt.。/。的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的 铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b) 提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c) 将所述熔融铝合金铸造成厚度为0.2英寸~2英寸并具有 Al-Fe, Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子的板坯；(d) 将所述板坯热轧成热轧薄板产品，所述热轧在750°~ 1000。F 的温度范围开始并在400° ~ 825°F的温度结束；(e) 将所述热轧薄板产品退火到O-回火状态，在所述状态下的 所述热轧薄板产品具有28 ~ 35 ksi的拉伸强度、12 ~ 17.5 ksi的屈月艮强 度和大于19%的伸长率，并且具有基本均匀分布或最小化条紋的所述 金属间化合物粒子；(f) 通过模压将在所述O-回火状态下的所述薄板产品的一部分 成形为所述内部嵌板，以提供具有凸起部分和凹陷部分的内部嵌板， 其为所述内部嵌板提供加强件；(g) 将至少一个螺紋紧固件巻压到所述内部嵌板中；(h) 提供连接到所述内部嵌板的外部嵌板；和(i) 将所述外部嵌板连接到所述内部嵌板，以提供具有与其连接 的螺紋紧固件的所述多个嵌板的汽车构件。
43.—种生产多个嵌板的汽车构件的方法，所述汽车构件具有连接 形成所述构件的内部和外部嵌板，所述内部嵌板具有牢固地巻压入所 述内部嵌板的螺紋紧固件，以为所述汽车构件提供螺栓附件装置，所 述内部嵌板通过以下的方法形成，包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/o的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、 0.02 ~ 0.2wt.。/。的Si、 0.05 0.25wt.。/。的Fe、最大0.1wt.。/o的Cu、最 大0.25wt.。/o的Cr、最大0.2wt.o/o的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的 铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b) 提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c) 将所述熔融铝合金铸造成厚度为0.2英寸~2英寸的板坯，所 述板坯含有Al-Fe, Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子；(d) 将所述板坯热轧成热轧薄板产品；(e) 将所述热轧薄板产品冷轧成0.01英寸~ 0.2英寸的厚度，以 提供冷轧薄板产品；(f) 将所述冷轧薄板产品退火以提供退火薄板产品，所述退火薄 板产品具有28 ~ 35 ksi的拉伸强度、12 ~ 17.5 ksi的屈服强度和大于19%的伸长率，并且所述退火薄板产品具有基本均匀分布或最小化条 紋的所述金属间化合物粒子；(g) 将至少一个螺紋紧固件巻压到所述内部嵌板中；(h) 提供用于连接到所述内部嵌板的外部嵌板；和(i) 将所述外部嵌板连接到所述内部嵌板，以提供具有与其连接 的螺紋紧固件的所述多个嵌板的汽车构件。
44.一种生产多个嵌板的汽车构件的方法，所述汽车构件具有连接 形成所述构件的内部和外部嵌板，所述内部嵌板具有牢固地巻压入所 述内部嵌板的螺紋紧固件，以为所述汽车构件提供螺栓附件装置，所 述内部嵌板通过以下的方法形成，包括(a )提供基本上由2.7 ~ 3.6wt.。/。的Mg、 0.1 ~ 0.4wt.。/o的Mn、 0.02-0.2wt.o/o的Si、 0.05 — 0.25wt.。/o的Fe、最大0.1wt.。/o的Cu、最 大0.25wt.o/o的Cr、最大0.2wt.o/o的Zn、最大0.15wt.。/。的Ti、余量的 铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金；(b) 提供连续铸造机用以连续铸造所述熔融铝合金；(c) 将所述熔融铝合金铸造成厚度为0.2英寸~2英寸的板坯，所 述板坯含有Al-Fe， Al-Fe-Mn或Mg2Si金属间化合物粒子；(d )将所述板坯热轧成热轧薄板产品，所述热轧在750°F ~ 1000°F的温度范围内开始并在450。~800°F的温度范围内结束；(e) 将所述热轧薄板产品退火，以提供退火薄板产品；(f) 将所述退火薄板产品冷轧成0.01英寸~ 0.2英寸的厚度；(g) 将所述冷轧薄板产品退火以提供具有28 ~ 35 ksi的拉伸强 度、12 17.5ksi的屈服强度和大于19%伸长率的冷轧并退火的薄板 产品，并且所述冷轧并退火的薄板产品具有基本均匀分布或最小化条 紋的所述金属间化合物粒子；和(h) 将所述退火薄板成形为所述内部嵌板；(i) 将至少一个螺紋紧固件巻压到所述内部嵌板中； (j)提供用于连接到所述内部嵌板的外部嵌板；和(k)将所述外部嵌板连接到所述内部嵌板，以提供具有与其连接的螺紋紧固件的所述多个嵌板的汽车构件。
全文摘要
本发明公开了例如由熔融铝合金生产铝车辆结构部件或构件的方法，其使用连续铸造机将所述合金铸造成板坯。该方法包括提供基本上由2.7～3.6wt.％的Mg、0.1～0.4wt.％的Mn、0.02～0.2wt.％的Si、0.05～0.30wt.％的Fe、最大0.1wt.％的铜、最大0.25wt.％的Cr、最大0.2wt.％的Zn、最大0.15wt.％的Ti、余量的铝、偶存元素和杂质组成的熔融铝合金，和提供连续铸造机如带式连铸机、整铸机或辊式铸机用于连续铸造熔融铝合金。该熔融铝合金被铸成板坯，再轧制成薄板产品，然后退火。该薄板具有改进的金属间化合物粒子分布(Al-Fe，Al-Fe-Mn或Mg₂Si)和改进的可成形性。其后，将该薄板产品成形为具有汽车工业所需足够的强度和可成形性的车辆结构部件或构件。
文档编号C22F1/047GK101166845SQ200580028822
公开日2008年4月23日 申请日期2005年8月25日 优先权日2004年8月27日
发明者保罗·普拉特克, 仲 李 申请人:联邦工业有限公司