Al-Mg-Si-Cu-Zn系铝合金、其制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种Al-Mg-Si-Cu-Zn系铝合金、其制备方法及其应用。Al-Mg-Si-Cu-Zn系铝合金的组成成分中除铝外，还包括：Zn0～1.5wt%，Mg0.30～1.30wt%，Si0.40～1.40wt%，Cu0.05～1.0wt%；其制备方法包括以下的制备步骤：合金的熔炼、均匀化处理、热轧、冷轧，冷轧固溶处理水淬后，还需进行T4P处理，即固溶淬火后转移至恒温干燥箱进行预时效处理，温度为40℃-120℃，时间为10h-29h，预时效后自然放置14天以上；上述铝合金用于汽车板材制造。本发明所制备的新型Al-Mg-Si-Cu-Zn系铝合金板材烤漆前屈服强度较低，具有优异的加工成形性能，而高温烤漆处理后强度得到大幅提高，满足实际生产需要。
【专利说明】Al-Mg-S1-Cu-Zn系铝合金、其制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金【技术领域】，尤其涉及一种新型Al-Mg-S1-Cu-Zn系铝合金及其可工业化应用的新型预时效工艺方法，及其在汽车板材领域的应用。
【背景技术】
[0002]近年来随着汽车数量不断增加，燃油消耗和污染问题已经不容忽视，因此各大汽车生产厂家均在探索汽车轻量化的有效途径。由于铝合金具有成形性好、耐蚀性强、强度高、质轻等优点，汽车铝材化已被认为未来汽车轻量化的重要途径之一。目前被用作汽车板材的铝合金主要有5xxx和6xxx系等，其中6xxx系铝合金由于具有优异的成形性能和烤漆硬化性能，而被广泛用作汽车外板的生产，如6016,6111和6022等系列铝合金。
[0003]虽然可热处理6xxx系铝合金综合性能较好，但是研究和应用过程中均发现，6xxx系铝合金如果直接经固溶淬火处理后进行冲压成型，其成形性能较好。但是现实过程是合金板材固溶淬火后大多均需要运送到汽车生产厂家进行后续的冲压成型，这期间需要的时间少则几天多则几十天，研究和应用过程中发现6XXX系铝合金板材在这一放置过程中会随着放置时间的延长，由于自然时效硬化效应的发生，其强度会不断增加。这不仅对合金板材下一步的冲压成型产生不利影响，而且对合金板材冲压成型后进一步进行高温烤漆硬化处理也会产生不利影响，最终使得合金板材的烤漆硬化增量较低。因此，目前汽车用6xxx系铝合金制备过程中普遍采用的方法是在固溶淬火后首先进行预时效处理，这样既可以稳定合金性能也可以保证合金在高温烤漆过程中具有优异的烤漆硬化增量。国外已有研究结果表明，AA6016系铝合金固溶淬火后在140-180°C进行不长于IOmin的预时效处理，既可以表征合金板材冲压成形性能不降低，而且合金经180°C 30min高温烤漆后也会具有优良的烤漆硬化增量，最大硬化增量可达121.SMPa0国内针对汽车用铝合金自然时效恶化效应，也有新型预时效工艺的开发，如专利CN1818123A，该专利开发的预时效工艺允许合金板材在固溶淬火后室温放置2h到5天，然后再在180-200°C进行7min-15min的预时效。虽然放置时间较长便于轻松操作，但是合金烤漆硬化`增量较低，最高硬化增量仅为56MPa，而且上述工艺预时效时间均较短不利于工业化成卷铝板进行预时效处理。除此之外，近年来，国内一些高等院校和科研院所，如中南大学、东北大学、郑州大学及苏州有色金属研究院等，在汽车车身用6XXX系铝合金的成分设计、制备工艺优化等方面也进行了部分研究。但是整体而言，合金综合性能并未得到很大提高，这一点除了与合金成分设计有关之外，更重要的是如何制定更为合理的预时效工艺使得6XXX系合金板材既能保证在自然放置过程中性能尽量稳定，又能保证合金板材具有优异的烤漆硬化增量和增速。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题，汽车板材用铝合金板材存在自然时效后难于成型，以及传统预时效后烤漆硬化增量和增速不理想的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下。[0006]Al-Mg-S1-Cu-Zn系铝合金，该铝合金的组成成分中除铝外，还包括:ZnO~
、1.60wt%，Mg0.30 ~1.30wt%，Si0.40 ~1.50wt%，CuO ~1.0wt%。
[0007]上述铝合金的优选方案为，此合金中包括以下合金元素，Fe≤0.5wt%,Mn ( 0.4wt%, Cr ( 0.2wt%, Ti ( 0.2wt%。
[0008]本发明点还涉及上述铝合金的制备方法，其包括以下的制备步骤:合金的熔炼、均匀化处理、热轧、冷轧，并且冷轧固溶处理水淬后，还需进行T4P处理，即固溶淬火后转移至恒温干燥箱进行预时效处理，温度为40°C _120°C，时间为10h-29h，预时效后自然放置14天以上。
[0009]上述铝合金制备方法的优选方案为，所述合金经T4P处理后，其屈服强度小于170MPa。
[0010]上述铝合金制备方法的优选方案为，熔炼后铸锭的加工工艺为，均匀化处理后，热轧变形量为80-90%，冷轧变形量为40-50%后进行退火处理再冷精轧变形量大于75%后，进行相应的固溶淬火及T4P处理。
[0011]上述铝合金制备方法的优选方案为，其制备步骤为，当合金彻底熔炼后在720°C将熔体浇铸在四周水冷的钢模内；铸锭后续的加工工艺为:555°C /16h均匀化一555°C热轧90% —冷轧47% — 4000C /Ih退火一冷精轧(变形量≤75%)— 555°C /2min盐浴固溶处理一水淬，对水淬样品进行T4P处理。
[0012]上述铝合金制备方法的优选方案为，所述T4P处理的工艺为固溶淬火后Imin钟内将材料转移至恒温干燥箱进行预时效处理，温度为70°C -90°C，时间为10h-15h，预时效后自然放置14天以上。
[0013]上述铝合金制备方法的优选方案为，所述合金的熔炼工艺为:在850°C将纯度为99.9%的高纯铝熔化后加入相应含量的中间合金Al-20wt%S1、Al_50wt%Cu、Al_20wt%Fe、Al-10wt%Mn继续加热熔体待中间合金熔化，降温到710°C后加入纯Zn和纯Mg ;升温到740°C后扒渣、除气精炼；降温至720°C加入Al-5wt%T1-lwt%B晶粒细化剂并进行搅拌，最后在此温度保温IOmin后将熔体浇铸到四周水冷的钢模内，得到铝合金铸锭。
[0014]本发明还涉及上述铝合金的应用，所述铝合金用于汽车板材。
[0015]上述铝合金应用的优选方案为，所述铝合金经T4P处理后进行低温170-190°C /10-20min烤漆后，其屈服强度增量为85_140MPa。
[0016]本发明所述铝合金具体的制备方法如下，原材料分别采用99.9%的高纯铝，工业纯Mg和Zn，中间合金Al-20%S1、Al_50%Cu、Al_20%Fe、Al_10%Mn等。当合金彻底熔炼并保证成分均匀以后在720°C将熔体浇铸在四周水冷的钢模内。铸锭后续的加工工艺为:5550C /16h均匀化一555°C热轧90% —冷轧47% — 400°C /Ih退火一冷精轧(变形量≤75%)—5550C /2min盐浴固溶处理一水淬，对水淬样品进行T4P处理(固溶淬火后马上转移至恒温干燥箱中进行预时效处理，温度为40°C _120°C,时间为10h-29h,预时效后自然放置14天以上)，然后对比合金性能差异并进行模拟烤漆后的力学性能测试。
[0017]通过采用上述的技术方案，本发明具有如下有益效果:本发明采用了新型预时效工艺，可对Al-Mg-S1-Cu-Zn系铝合金所含各主合金元素Mg、S1、Cu、Zn及其微量元素相互之间的作用进行有效调控，进而影响合金基体内GP区的形成、元素构成和分布状态等，最终实现所制备的新型Al-Mg-S1-Cu-Zn系铝合金板材烤漆前屈服强度较低，具有优异的加工成形性能，而高温烤漆处理后强度得到大幅提高的目的。
【具体实施方式】[0018]下面结合具体实施方案对本发明做进一步的补充和说明。
[0019]原材料分别采用99.9%的高纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al_20wt%S1、Al-50wt%Cu、Al-20wt%Fe、Al-10wt%Mn等。在电阻炉中的具体熔炼过程为，首先将IOKg纯铝(留下200g左右备用)全部加入坩埚，将炉温设定在850°C，待纯铝熔化后加入Al-20wt%S1、Al-50wt%Cu、Al-20wt%Fe、Al-10wt%Mn 中间合金，并加入约 50g 覆盖剂(50%NaCl+50KCl);继续加热熔体，待中间合金熔化，熔体温度达到750°C后对其进行搅拌使溶质元素混合均匀，然后在750°C保温30min后加入备用的200g纯铝搅拌熔体降温，待熔体温度降到710°C后加入纯Zn和纯Mg，并充分搅拌溶解；待熔体温度再次达到730°C时取样分析成分，如果成分测量值低于设计值，根据烧损情况适当添加一定量的中间合金，如果成分测量值高于设计值，根据过量值适当添加一定量的金属纯铝进行稀释；继续待熔体升至740°C后扒渣、除气精炼；然后将熔体温度降至约720°C时加入30g左右的Al-5wt%T1-lwt%B晶粒细化剂并进行适当搅拌，最后在此温度保温IOmin后将熔体浇铸到四周水冷的钢模内。实施发明合金的具体化学成分见表1。
[0020]发明合金铸锭在循环空气炉中进行均匀化处理，处理工艺为:将合金铸锭放入循环空气炉内，打开电源，以30°C /h升温速率开始升温，待温度达到555°C时，保温16h，然后再以30°C /h的降温速率随炉降温至100°C时取出样品；均匀化后将铸锭切头铣面，重新加热到555°C供热轧，热轧总变形量> 90%，终轧温度> 3000C ;对热轧后的板材进行冷车L，其变形量为47% ;冷轧后的板材经400°C /Ih中间退火，升降温速度为30°C /h ;对中间退火后的板材进行冷精轧，终轧厚度为0.8mm~1_厚，变形量> 75% ;对冷轧后的板材经555°C /2min盐浴固溶处理后水淬；再进行T4P处理，固溶淬火后马上转移至恒温干燥箱中进行预时效处理，温度为40°C _120°C,时间为10h-29h,预时效后自然放置14天以上。
[0021]对比试验，前序的制备工艺均相同，只是在固溶淬火后未进行T4P处理，而是进行的T4处理，即固溶水淬后自然放置14天以上。
[0022]然后对T4和T4P处理的样品进行力学性能测试和模拟烤漆态(170~190°C /10~20min)力学性能测试。拉伸试样按照标准GB/T2281999、GB/T50271999、GB/T50281999制样。
[0023]表1实施发明合金化学成分(质量百分数，wt%)
[0024]
【权利要求】
1.Al-Mg-S1-Cu-Zn系铝合金，其特征在于，该铝合金的组成成分中除铝外，还包括:ZnO ~1.60wt%，Mg0.30 ~1.30wt%，Si0.40 ~1.50wt%，CuO ~1.0wt%。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金，其特征在于，此合金中包括以下合金元素，Fe ≤ 0.5wt%, Mn ≤ 0.4wt%, Cr ≤ 0.2wt%, Ti ≤ 0.2wt%。
3.权利要求1所述铝合金的制备方法，其包括以下的制备步骤:合金的熔炼、均匀化处理、热轧、冷轧，其特征在于，冷轧固溶处理水淬后，还需进行T4P处理，即固溶淬火后转移至恒温干燥箱进行预时效处理，温度为40°C _120°C,时间为10h-29h,预时效后自然放置14天以上。
4.根据权利要求3所述的铝合金的制备方法，其特征在于，所述合金经T4P处理后，其屈服强度小于170MPa。
5.根据权利要求3所述的铝合金的制备方法，其特征在于，熔炼后铸锭的加工工艺为，均匀化处理后，热轧变形量为80-90%，冷轧变形量为40-50%后进行退火处理再冷精轧变形量大于75%后，进行相应的固溶淬火及T4P处理。
6.根据权利要求3所述的铝合金的制备方法，其特征在于，其制备步骤为，当合金彻底熔炼后在720°C将熔体浇铸在四周水冷的钢模内；铸锭后续的加工工艺为:555°C/16h均匀化一555°C热轧90% —冷轧47% — 400°C /Ih退火一冷精轧(变形量≥75%)— 555°C /2min盐浴固溶处理一水淬，对水淬样品进行T4P处理。
7.根据权利要求3所述的铝合金的制备方法，其特征在于，所述T4P处理的工艺为固溶淬火后Imin钟内将材料转移至恒温干燥箱进行预时效处理，温度为70V _90°C，时间为10h-15h，预时效后自然放置14天以上。
8.根据权利要求3所述的铝合金的制备方法，其特征在于，所述合金的熔炼工艺为:在850°C将纯度为99.9%的高纯铝熔化后加入相应含量的中间合金Al-20wt%S1、Al-50wt%Cu、Al-20wt%Fe、Al-10wt%Mn继续加热熔体待中间合金熔化，降温到710°C后加入纯Zn和纯Mg ；升温到740°C后扒渣、除气精炼；降温至720°C加入Al-5wt%T1-lwt%B晶粒细化剂并进行搅拌，最后在此温度保温IOmin后将熔体浇铸到四周水冷的钢模内，得到铝合金铸锭。
9.权利要求1所述铝合金的应用，其特征在于，所述铝合金用于汽车板材。
10.根据权利要求9所述铝合金的应用，其特征在于，所述铝合金经T4P处理后进行低温170-190°C /10-20min烤漆后，其屈服强度增量为85_140MPa。
【文档编号】C22F1/05GK103509980SQ201310476383
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】郭明星, 张济山, 曹零勇, 庄林忠 申请人:北京科技大学