Al-Mg-Cu-Zn系铝合金及铝合金板材制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金及其制备领域，尤其涉及一种可工业化应用的Al-Mg-Cu-Zn系 铝合金及铝合金板材的制备方法。
【背景技术】
[0002] 为了解决汽车行业发展所带来的环境和能源问题，汽车轻量化已经越来越受到重 视。铝合金以其高的比强度、良好的抗腐蚀性、表面易着色、优良的成形性以及较好的再生 性等一系列优良特性而成为汽车轻量化的最佳材料。
[0003] 典型的汽车用铝合金有2xxx、5xxx和6xxx系合金。其中5xxx系铝合金以其优良 的成形性而广泛运用于汽车内板。但是广泛运用于汽车内板的AA5182合金属于热处理不 可强化的合金，现有牌号中的AA5023合金由于Cu含量较低，也无法满足作为汽车板应该具 有的烘烤硬化性和高的抗凹痕性的要求。并且由于PLC效应，5 XXX系铝合金在冲压成形过 程中会形成PLC变形带，使冲压件的表面光洁度下降，给汽车的烤漆带来困难。
[0004] 目前，在专利CN103255323中，研宄人员已经通过添加少量的Cu和Zn元素提高 了 Al-Mg系合金的烤漆后强度，但烤漆强度增量并不高；并且专利中提出的矫直后进行 240°C~300°C的去应力退火工艺会导致固溶的Cu、Zn原子快速析出形成粗大的第二相，会 导致强化效果大大降低，无法充分利用Cu、Zn元素的析出强化作用；再者，在该专利中的合 金成分范围内，Zn原子很难以专利中所述的MgZn 2的形式析出。因此实际应用受到很大限 制。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有的5XXX系铝合金在汽车板应用过程中存在的烤漆硬化性和 抗凹痕性不足的问题。新设计的合金成分及其制备工艺充分利用了 Cu和Zn的同时析出而 达到强化作用，使得烤漆后的板材强度得到大幅度提高。
[0006] 本发明的第一目的在于提出一种Al-Mg-Cu-Zn系铝合金成分及其成分范围，分别 为：
[0007] Mg 4. 0 ~6. Owt % ;
[0008] Cu 0· 30 ~1.0 wt % ;
[0009] Zn I. 0 ~3. 5wt % ;
[0010] Mn ^ 0. 4wt % ；
[0011] Fe ^ 0. 4wt % ；
[0012] Si ^ 0. 4wt % λ
[0013] Cr ^ 0. 2wt % ；
[0014] Ti ^ 0. lwt% ；
[0015] 余量为Al及不可避免的杂质。
[0016] 优选的，包括 Mg 4. 2 ~5. 5wt% ;
[0017] 优选的，包括 Cu 0· 4 ~0· 9wt% ;
[0018] 优选的，包括Zn L 2~3. Owt % ;
[0019] 优选的，包括 Mn 0· 1 ~0· 3wt% ;
[0020] 本发明的第二目的在于提出一种Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材的制备工艺，该制备 工艺包括以下步骤：
[0021] (a)将上述铝合金成分进行熔铸；
[0022] (b)将步骤（a)所得铸锭均匀化退火、热乳、冷乳、固溶淬火、时效处理。
[0023] 所述步骤（b)中的均匀化退火是将熔铸后的铝合金以20~40°C/h的升温速率开 始从室温升到440~470°C保温6~12h，然后再以20~40°C /h的升温速率升温到470~ 490°C保温5~10h，然后再以20~40°C /h的升温速率升温到500~540°C保温6~12h， 之后以20~40°C /h的降温速率冷却到室温。
[0024] 所述步骤（b)中的热轧温度为460~510°C，热轧总压下率多90%;冷轧总压下率 彡 80%〇
[0025] 优选的，所述步骤（b)中的冷轧包括：先进行压下率为40%~60%的第一冷轧，然 后在350°C~450°C保温0. 5~2h进行中间退火，之后再进行压下率为50 %~70 %的第二 冷轧。
[0026] 所述步骤（b)中固溶温度为520°C~540°C，固溶保温时间为5~12min，淬火方式 为直接水淬。
[0027] 所述步骤（b)中时效处理是将水淬处理后的合金在3~6min内转移到时效炉中 进行预时效，预时效温度为60°C~KKTC，预时效保温时间为8~16h。
[0028] (c)冲压成形、涂漆及烤漆处理。
[0029] 本发明在AA5182和AA5023合金的基础上，通过提高合金中Cu和Zn的含量，并且 引入了预时效处理，这种预时效处理不仅能抑制合金在存放运输过程中的自然时效，而且 预时效形成的稳定原子团簇能成为随后烤漆过程中的时效析出形核点，使得板材在短时间 的烤漆过程中强度增量达到50MPa，相对于AA5182和AA5023的烤漆后强度，新型合金的烤 漆后强度最高分别提高了将近HOMPa和lOOMPa，达到显著地烤漆硬化效果。能够满足铝合 金汽车板的烤漆硬化性及抗凹痕性。该发明合金不仅适用于汽车板，也适用于铝合金的其 他相关领域。
【附图说明】
[0030] 图I 1#、2#、5#、6#合金淬火态的自然时效硬化曲线。
[0031] 图2 6#合金T4态、T4P态在180°C下的时效硬化曲线，以及6#合金淬火态和预时 效处理后的自然时效硬化曲线。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合具体实施案例对本发明进行进一步的补充和说明。
[0033] 本发明所用铸锭采用普通纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn，中间合金Al_20wt% Si、 Al_50wt% Cu、Al_20wt% Fe、Al_10wt% Mn、Al_10wt% Ti、Al_5wt% Cr 恪铸而成。实施案 例合金具体化学成分见表1。其中1#、2#、3#、4#为参考合金，5#、6#、7#为本发明所设计的 合金成分。
[0034] 表1实施例合金具体化学成分（质量百分数，wt% )
[0035]
[0036] 。
【主权项】
1. 一种Al-Mg-Cu-Zn系铝合金，其特征在于，该合金的化学成分及其质量百分比为：Mg 4. 0~6.Owt%、Cu0. 30~1.Owt%、ZnI. 0~3. 5wt%、Mn< 0. 4wt%、Fe< 0. 4wt%、Si< 0. 4wt%、 Cr< 0? 2wt%、Ti< 0?lwt%，余量为Al及不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的Al-Mg-Cu-Zn系错合金，其特征在于，该合金中的Mg、Cu、Zn、 Mn 的化学成分为：Mg 4. 2~5. 5wt%、Cu 0? 4~0. 9wt%、Zn I. 2~3. 0wt%、Mn 0? 1~0. 3wt%。
3.根据权利要求I或2所述Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材制备方法，其特征在于，包括以 下步骤： (a) 将权利要求1或2所述的铝合金成分进行熔铸； (b) 将步骤（a)所得铸锭进行均匀化退火、热轧、冷轧、固溶淬火以及时效处理。
4. 根据权利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系错合金板材制备方法，其特征在于，所述步 骤（b)中的均匀化退火为三级均匀化退火工艺，具体是将熔铸后的铝合金以20~40°C /h的 升温速率开始从室温升到440~470°C保温6~12h，然后再以20~40°C /h的升温速率升温到 470~490°C保温5~10h，然后再以20~40°C /h的升温速率升温到500~540°C保温6~12h，之后 以20~40°C /h的降温速率随炉冷却到室温。
5.根据权利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤 (b)中的热轧温度为460~510°C，热轧总压下率彡90%。
6. 根据权利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤 (b)中的冷轧总压下率彡80%。
7. 根据权利要求6所述的Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤 (b)中的冷轧包括：先进行压下率为40%~60%的第一冷轧，然后在350°C ~450°C保温0. 5~2h 进行中间退火，之后再进行压下率为50°/『70%的第二冷轧。
8.根据权利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤 (b)中固溶温度为520°C~540°C，固溶保温时间为5~12min，淬火方式为直接水淬。
9.根据权利要求3所述的Al-Mg-Cu-Zn系铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤 (b)中时效处理是将水淬处理后的铝合金在3~6min内转移到时效炉中进行预时效，预时效 温度为60°C~100°C，预时效保温时间为8~16h。
【专利摘要】本发明提出一种Al-Mg-Cu-Zn系铝合金及铝合金板材制备方法。在AA5182和AA5023合金的基础上提高合金中的Cu含量，并同时添加了Zn，充分利用Al-Mg-Cu系中S相的过渡相和Al-Mg-Zn系中T相的过渡相的析出强化。通过固溶和预时效处理使其在人工时效过程中同时析出，达到协同强化作用。由于同时添加的Cu和Zn，使该合金具有明显的自然时效。通过预时效处理不仅能抑制自然时效，避免由于自然时效引起的烤漆软化，还能在高温时效处理后显著提高合金的强度，尤其是在180℃/30min的短时人工时效过程中。该合金不仅适用于汽车内板的制备，还适用于铝合金的其他相关领域。
【IPC分类】C22F1-047, C22C21-06, C22C21-08
【公开号】CN104862551
【申请号】CN201510263049
【发明人】张迪, 曹城, 张济山, 庄林忠
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月21日