用于车身的覆层板的制作方法
【专利摘要】本发明的主题是用于汽车车身部件的由铝合金制成的复合板材，其中覆层板应用于芯的至少一侧，所述芯和所述覆层板的重量百分比组成如下(见表)：其他元素各自＜0.05且总和＜0.15，余量为铝。本发明的另一主题是通过共轧制制造所述复合板材的方法。<pb pnum="1" />
【专利说明】用于车身的覆层板
发明领域
[0001]本发明涉及Al-S1-Mg合金板领域，特别是由“铝业协会”所命名的AA6XXX系列合金组成的Al-S1-Mg合金板，所述合金板旨在用于制造——特别是通过冲压和/或卷边制造——汽车车身部件(如翼板、门、后车门、发动机罩、车顶或车身结构的其他部件)。
[0002]更具体而言，本发明涉及由铝合金板制成的用于汽车车身部件的复合材料，其中覆层板应用在芯板的至少一侧，覆层板和芯板均具有为使覆层材料用于汽车车身部件而优化的组成。
[0003]本发明还涉及通过共轧制制造所述复合材料板的方法。
【背景技术】
[0004]铝越来越多地用于汽车工业中以减少汽车重量并减少燃料消耗和污染物及温室气体的排放。
[0005]板主要用于制造车身蒙皮部件，特别是罩(closure)，包括门、发动机罩和后车门、以及车顶和又称为“白车身(BIW) ”的车身结构部件。
[0006]该类型的应用需要一组有时矛盾的性能，如:
[0007]-对于所述冲压和/或卷边操作的高成型性能，
[0008]-烤漆之后的高强度，从而在使部件的重量最小化的同时获得良好的总体强度和抗凹痕性，
[0009]-在所述板材交付条件下良好控制的屈服强度，从而在成型时控制弹性复原(retoureIastique),
[0010]-在交付条件下，在成型之前的长时间等待过程中，材料的成型性能且特别是卷边能力的稳定性，
[0011]-对于施加在车身结构部件上的冲击的良好的吸收能量的能力，
[0012]-成型和涂漆之后的良好的表面质量，特别是没有路德线且没有或最小限度地出现本领域专家已知的在成型过程中产生的条痕或定向粗糙度(aligned roughness),
[0013]-在汽车车身部件中所用的各种组装方法中的良好行为，所述组装方法如点焊接、激光焊接、FSff焊接、粘合、箝接或铆接，
[0014]-涂漆部分的良好的耐腐蚀性，特别是耐丝状腐蚀，
[0015]-与回收生产废物或回收车辆的要求之间的兼容性，
[0016]-用于大规模生产的可接受的成本。
[0017]除另作说明外，下述所有铝合金均根据“铝业协会”在定期出版的“注册记录系列”中定义的名称而命名。
[0018]上述要求致使应选择Al-Mg-Si合金，即AA6xxx系列合金。
[0019]在欧洲，厚度约为Imm至2.5mm的AA6016和AA6016A合金最常用于此类应用，这是因为与具有更高铜含量的合金(如在美国广泛使用的合金AA6111)相比其使得所需性能之间更好地平衡，特别是通过保证更好的卷边能力和更好的耐丝状腐蚀性。[0020]AA6016 型合金具体描述于 “Alusuisse” 的专利 FR2, 360，684 和 “CegedurPechiney”的专利 EP0259232 中，而所述 AA6111 型合金描述于“Alcan International Ltd”的美国专利4，614，552中。
[0021]然而，在烤漆之后，合金AA6016的机械强度仍显著低于AA6111的机械强度，并且，当烘烤温度趋于降低时，更是这样，从而使通过老化的硬化不太有效。
[0022]为此，且为了提供更实质性的轻量化，机动车辆制造商正寻求在涂漆之后更高的机械强度。
[0023]为此，“Pechiney”公司开发了 AA6016合金的新变型，特别是“DR120”变型，其在淬火、2%预拉伸应变和烤漆(通常在185°C下进行20分钟)之后，表现出约240MPa的屈服强度。这些开发描述于出版物中，特别是在R.Shahani等人的文章“0ptimised6xxx aluminumalloy sheet for autobody outer paneIs^Automotive Alloysl999,Proceedings of theTMS Annual Meeting Symposium, 2000, pp.193-203 和 D.Daniel 等人的文章“Developmentof6xxx Al1y Aluminum Sheet for Autobody Outer Panels:Bake Hardening,Formability and Trimming Performance，，IBEC' 99-1nternationalBody EngineeringConference, Detroit,1999, SAE Technical Paper N° 1999-01-3195 中。
[0024]同时，Alcan提出了合金AA6111的新变型，称作6111-T4P，在烤漆之后表现出增加的屈服强度(通常为270MPa至280MPa)，且在Τ4状态中的成型性能没有下降。该产品已具体描述于 A.K Gupta 等人的文章〃The Properties and Characteristics of Two NewAluminum Automotive Closure Panel Materials",SAE Technical Paper960164,1996中。
[0025]最后，“Pechiney”在其申请EP1633900中提出了用于车顶的特别硬的AA6056型合金，因此其成型应在T4状态中进行，但卷边能力显然仍然有限。
[0026]这些新开发的方案大多包括在淬火后进行的预老化型的最优化热处理，以改善漆层烘烤下的硬化。在不存在所述处理的情况下，烘烤的硬化动力学随淬火和烘烤之间的在室温下的等待时间而下降，而若干周的等待在工业生产中实际上是不可避免的。该现象已经已知很长时间并描述于例如M.Renouard和R.Meillat的文章:“Le pre~revenu desalliages aluminium—magnesium—siIicium”，Memoires Scientifiques de la Revue deM6tallurgie, Decemberl960, pp.930-942 中。预老化处理是“Alcan International Ltd”的专利EP0949344的主题。
[0027]考虑到对铝合金板用于汽车车身部件和大规模生产的越来越多的开发，总是需要不断改善的牌号以在不损害其他性能的情况下减少厚度，从而不断提高轻量化。
[0028]很明显，该开发过程包括了对屈服强度越来越高的合金的使用，并且上述方案，SP使用抗性越来越好的AA6xxx系列合金，在T4状态中成型中，即在固溶热处理和淬火之后，在预老化和油漆及清漆的烘烤操作过程中显著硬化，正达到它的极限。其产生了像所述T4状态中一样的越来越硬的合金， 因此造成了特别是在苛刻的操作过程中(如将外壁板卷边至内侧板上或深度冲压)的严重的成型问题。
[0029]为解决这些问题，首先使用了变通方案以适合这些不易成型的合金，所述变通方案包括改变部件的几何形状或使成型工艺和由此获得的所述部件的形状特性“降级”。
[0030]例如，对于具有较差卷边能力的合金，可用所谓的“围起卷边(rope hem) ”A的卷边方法代替通常的“平面”B方法，但具有增加卷边边缘和车身的其他部件之间的表观缝隙1(对于相同的真实缝隙2，如图1所示)的负面效果。
[0031]在低冲压能力的合金的情况下,可以利用卡环(bead)和非常大的工具半径改变形状或减少保留作用力(retention effort)。以这种方式,可更容易地冲压部件,但随后特别难控制其几何形状，且可能的形状的范围也会减少。
[0032]在两种情况下，这些解决方案需要在待制造的部件的几何结构上做出显著让步，且改善具有高机械特性的板材的成型性的要求仍旧特别迫切。
[0033]更加关注材料本身的其他解决方案也已出现，从而改善材料性能的通常的平衡，如高强度和良好成形性之间的平衡。在单一材料不能改善该平衡的情况下，使用由共轧制板的夹合板组成的复合材料，通过结合组成所述复合材料的板的不同性能，可能得到通常认为是对抗的两种或多种性能的同时改善。
[0034]由共轧制板组成的复合材料在用于热交换器的钎焊板领域是众所周知的，其通常结合由AA3xxx系列招合金制成的芯和由AA4xxx系列合金制成的覆层板或壳。
[0035]某些航空应用也使用AA2xxx系列招合金制成的芯结合由Ixxx系列合金制成的覆层板的板材。在这两种应用的情况下，需要达到与热交换、腐蚀或冲刷腐蚀和机械强度相关的钎焊性的特定要求，但与本发明所解决的问题无共同之处。
[0036]在汽车车身部件领域中的应用同样已知。
[0037]—些这样设计:使用具有机械性能的芯结合覆层板，所述覆层板具有良好外观或耐腐蚀性或在成型过程中良好耐划伤性或耐磨损性。“Sumitomo”的申请JP55113856和JP55113857将分别由AA7xxx和AA2xxx系列制成的芯和由AA5xxx系列合金制成的板材结合，从而制造结合高机械性能、良好耐腐蚀性和亮度的保险杠。
[0038]“Sky Aluminum”的申请JP5318147和JP5339669结合了由5xxx系列合金制成的芯和由4xxx或6xxx系列合金制成的覆层板,能够表面沉淀硬化，从而改善成型过程中的抗划伤性或耐磨损性。
[0039]本着同样的精神,为了赋予所述表面改善的耐腐蚀性,“Corus Aluminium”的申请FR2877877描述了 5xxx或6xxx系列的芯合金与具有低锌含量的lxxx、3xxx或7xxx系列的覆层合金的结合。
[0040]最后，“Kobe Steel”的申请JP62158032和JP62158033是针对具有良好弯曲性能的汽车车身电镀板材，所述板材由AA5XXX系列合金制成的芯板和含有99%或更多铝的合金覆层组成。但该解决方案具有抗性有限的缺点，总体而言这是由于使用5XXX系列合金，其越是在烤漆过程中不发生硬化，越是就抗凹陷性而言如此，这是由于使用特别“软”的覆
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[0041]仍对于在汽车车身部件领域中的使用，由共轧制板组成的其他复合材料与6xxx合金彼此结合。
[0042]针对该用途，“Novelis Inc.”的申请W02009 / 059826A1公开了由铝合金板制成的复合材料，其中覆层板或覆层应用在芯板的至少一侧，所述复合材料的重量百分比的组成如下:
[0043]
【权利要求】
1.用于汽车车身部件的复合铝合金板材，其中厚度为所述复合材料总厚度的5%至10%的覆层板或覆层应用于芯的至少一侧，其特征在于，重量百分比组成如下:
fsl[Fe [Cu [Mn[Mg[Cr fzii FfI
S1.1-1.3~〈0.3 〈0.3 0.05-0.3~ 0.4-0.8 〈0.2 〈0.3 〈0.2
WM 0.3-0.9~〈0.3 〈0.3 0.05-0.3~ 0.15-0.30~〈0.2 〈0.3 〈0.2 其他元素各自〈0.05且总和〈0.15，余量为铝。
2.权利要求1的复合板材，其特征在于，所述芯的镁含量在0.4与0.7之间。
3.权利要求1或2的复合板材，其特征在于，所述芯的锰含量在0.05与0.2之间。
4.权利要求1至3中任一项的复合板材，其特征在于，所述芯的铜含量限于不超出0.2。
5.权利要求1至4中任一项的复合板材,其特征在于,所述覆层板的娃含量在0.45与0.65之间。
6.权利要求1至5中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的镁含量在0.23与0.29之间。
7.权利要求1至6中任一项的复合板材，其特征在于，所述覆层板的锰含量在0.10与0.30之间。
8.权利要求1至7中任一项的`复合板材，其特征在于，所述覆层板通过共轧制应用于所
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9.权利要求1至8中任一项的复合板材，其特征在于，覆层板仅应用于所述芯的一侧。
10.权利要求1至8中任一项的复合板材，其特征在于，覆层板应用于所述芯的两侧。
11.权利要求1至10中任一项的复合板材，其特征在于，所述复合板材具有根据NFENIS07438测量的在10%预拉伸应变之后至少为140°的“三点弯曲角”(α 1(|%)，所述板材处于Τ4Ρ状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕——通常在50°C与85°C之间——而进行的预老化、以及缓慢冷却盘卷至室温。
12.权利要求1至11中任一项的复合板材，其特征在于，在10%预拉伸应变之后立即获得的至少为140°的所述“三点弯曲角”(α1(ι%)，随着盘卷冷却之后的室温下的等待时间，在最高达至少6个月的等待时间内基本不变化，或通常表现出小于5°的变化。
13.权利要求1至12中任一项的复合板材，其特征在于，在固溶热处理、淬火、通过缠绕一通常在50°C与85°C之间一而进行的预老化以及缓慢冷却所述盘卷至室温、2%预拉伸应变和在185°C下烤漆处理20分钟之后，所述复合板材的屈服强度Rpth2为至少200Mpa，优选 220MPa。
14.权利要求1至13中任一项的复合板材，其特征在于，所述复合板材具有根据NFENIS07438测量的在10%预拉伸应变之后至少为140的“三点弯曲角”(α 1(|% )，所述板材处于Τ4Ρ状态，或经历固溶热处理、淬火、通过缠绕——通常在50°C与85°C之间——而进行的预老化过程以及缓慢冷却盘卷至室温；并且特征在于，在固溶热处理、淬火、通过缠绕一通常在50°C与85°C之间一而进行的预老化以及缓慢冷却所述盘卷至室温、2%预拉伸应变和在185°C下烤漆处理20分钟之后，所述复合板材的屈服强度Rptli2为至少200MPa，优选220MPa。
15.汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材由权利要求1至14中任一项的复合板材制成。
16.权利要求15的汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材为冲压板材。
17.权利要求15或16的汽车车身板材，其特征在于，所述汽车车身板材为卷边板材。
18.制造权利要求1至11中任一项的用于汽车车身部件的复合铝合金板材的方法，其中将覆层板通过共轧制应用在芯的至少一侧，其特征在于，所述芯和所述覆层板的重量百分比组成如下:
【文档编号】C22C21/06GK103781625SQ201280042850
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】E·穆勒, S·亨利, G·古格里昂达 申请人:法国肯联铝业