一種適用于6000系鋁合金車身板的固溶熱處理方法
【專利摘要】一種適用于6000系鋁合金車身板的固溶熱處理方法，主要步驟包括：以加熱速率V加熱1將6000系鋁合金軋制態板材加熱到400℃至520℃溫度范圍內的溫度T1并保溫，其中，150℃/min≥V加熱1≥5℃/min，保溫時間t1為1min-360min，隨后以加熱速率V加熱2將鋁合金加熱到T1至560℃溫度范圍內的溫度T2進行保溫處理，其中，100℃/min≥V加熱2≥10℃/min，保溫時間t2為1min-120min，隨后淬火處理獲得淬火態鋁合金。與傳統技術方案相比，本發明可使得6000系鋁合金保持優越烤漆硬化響應能力的同時，耐腐蝕性能明顯提高，對提高鋁合金車身板的使用性能并擴大其應用范圍具有重要意義。
【專利說明】—種適用于6000系鋁合金車身板的固溶熱處理方法
【技術領域】
[0001]本發明所涉及的【技術領域】屬于鋁合金材料制備加工【技術領域】，特別是由國際鋁業協會和中國有色金屬標準化技術委員會所注冊的6000系(Al—Mg-Si系)鋁合金的制造方法；更具體地，本發明涉及一種改善6000系鋁合金車身板材組織性能的工藝方法。
【背景技術】
[0002]降低燃油消耗、減少向大氣排出CO2和有害氣體及顆粒是汽車工業永恒發展主題。作為汽車節能減排的有效途徑之一，汽車輕量化已經成為世界汽車工業發展的主要潮流。鋁合金的比重僅為鋼的I / 3，同時具有質輕、耐磨、耐腐蝕、比強度高，抗沖擊性能好，易表面著色等特點，并且80%以上的鋁材可以回收再利用，使得鋁合金成為理想的汽車輕量化材料；而且承力相同時，鋁合金比鋼輕50%左右，承受同樣的沖擊，鋁板比鋼板多吸收50%的沖擊能，更具安全性。汽車車身質量約占汽車總質量的30 %以上，對車身進行鋁化舉足輕重。在所有車用鋁合金材料中，6000系鋁合金因具有優良綜合特性特別是具有可熱處理強化的特點，己成為汽車車身用鋁合金的主要發展趨勢。
[0003]從上世紀70年代起，歐美、日本等汽車工業發達國家在6XXX系鋁合金車身板材料研制方面投入了大量的人力和物力，相繼開發注冊了 6009、6010、6016、6111、6022等國際鋁合金牌號，并申請和獲得了一大批相關的合金成分設計與關鍵工藝技術方面的專利。上世紀70年代中期，美國率先研發了 6009和6010鋁合金，6009-T4鋁合金和6010-T4鋁合金的烤漆硬化性較2036-T 4鋁合金好，合金的耐蝕性和焊接性都有很大提高，但邊緣成形性不如2036鋁合金好；80年代初期北美和歐洲分別研發了高Cu的6111鋁合金和低Cu的6016鋁合金，6111鋁合金在6010鋁合金的基礎上烤漆硬化性和成形性得到明顯提高，且6111鋁合金烤漆處理后具有較高的強度；6016鋁合金則表現出更佳的成形性和耐蝕性；90年代中期北美研發了 6022鋁合金，該合金的成形性、抗蝕性和烤漆硬化性均優于6111鋁合金，其6022-T4E29(為Aloca內部熱處理)己專利化，并投入工業化生產，在Ford Crow,Crand Marquis和Taurus / sable等車型的外板和內板上獲得了應用。目前獲得應用的汽車車身板用6XXX系鋁合金主要有6016、6111、6022鋁合金，歐洲汽車制造商多選用具有較好成形性能的低Cu的6016鋁合金，美國則更多采用具有較高強度性能的6111鋁合金和6022鋁合金。截止目前，歐美等發達國家在鋁合金車身板方面己形成了較為完善的研發和生產體系，并在汽車車身應用方面取得了驕人的業績，但現有鋁合金車身板在協調其高成形性和高烤漆時效硬化性上仍存在著困難，還難以充分體現出用鋁合金板取代鋼板的優越性，加上其制造成本偏高，很大程度上制約了其在汽車車身制造中的全面應用。
[0004]近年來，為更好地滿足汽車工業發展對鋁合金車身板的要求，近年來國內外一些研究機構和企業大力投入，在現有汽車用6XXX系鋁合金的基礎上，通過合金成分和制備加工工藝優化設計，開展創新性工作，對開發全新的高性能6XXX鋁合金車身板進行大量的探索研究，相繼獲得了一些性能良好的汽車車身板用鋁合金材料。例如，發明專利CN101880805A公開了一種汽車車身板用Al-Mg-Si系鋁合金及其制造方法，其基本成分范圍為:Si:0.75-1.5wt%,Fe:0.2-0.5wt%,Cu:0.2-1.0wt%,Mn:0.25-1.0wt%,Mg:
0.75 ~1.85wt%,Zn:0.15-0.3wt%,Cr:0.05% -0.15wt%,Ti:0.05-0.15wt%,Zr:0.05-0.35wt%，余量為Al。該材料中添加了少量的Zn、Cu含量接近甚至高于6111鋁合金的水平；但從實施例給出的性能結果看，該材料供貨狀態屈服強度偏高，烤漆硬化響應能力有限(約50MPa)。發明專利CN101935785B公開了一種高成形性汽車車身板用鋁合金，其基本成分范圍為:S1:0.50-1.20wt%,Mg:0.35-0.70wt%,Cu:0.01-0.20wt%,Mn:
0.05-0.20wt%, Cr ≤0.1Owt%, Zn:0.01-0.25wt%, Ti ≤ 0.15wt%, Fe:0.05-0.15wt%,余量為Al ;該招合金材料Cu含量控制較低,還加入了少量的Zn元素、以微量元素含量進行控制。本專利 申請人:所在單位于2013年申請了一種適合于汽車車身板制造的鋁合金材料及制備方法的國家發明專利(申請號:201310138522.3)，其基本成分范圍為:Si0.6 ~1.2wt%,Mg0.7 ~1.3wt%, Zn0.25 ~0.8wt%, Cu0.02 ~0.20wt%, Mn0.01~0.25wt%, Zr0.01~0.20wt%。從上述專利實施例給出的性能結果看,材料表現出較好的成形性和烤漆硬化響應能力，具有較好的應用前景。
[0005]縱觀國內外近年來鋁合金車身板的研發歷程可以看出，通過控制合金中合金化元素Mg、S1、Cu、Zn的含量及其配比、采用多種微合金化(Mn、Fe、Cr、T1、Zr等)等手段是材料科技工作者所采取的主流技術手段，不斷開發的各種6000系鋁合金車身板呈現出合金多層次組織復雜化的發展趨勢，對相應的成套制備加工方法提出了新的挑戰，傳統的6000系鋁合金的制備加工方法已難以完全滿足要求。因此，為充分發揮不斷開發的新型6000系鋁合金的潛力，不斷優化并開發出與之相匹配的制備加工技術是材料科技工作者面臨的又一緊迫任務。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有6000系鋁合金制備方法的不足，針對目前6000系鋁合金車身板呈現出的合金體系更加復雜的技術特點，發明一種適用于復雜合金體系的固溶熱處理工藝，改善合金化元素回溶效果，減少復雜第二相對合金綜合性能的不利作用，在改善6000系鋁合金時效硬化能力的同時，提高材料的耐蝕性能。
[0007]根據本技術發明，上述發明目的可通過以下技術方案來實現:
[0008]—種適用于6000系招合金的固溶熱處理方法,其特征在于:以某一加熱速率
將鋁合金加熱到400°C至520°C溫度范圍內的某一溫度T1并保溫，其中，150°C / min≥V加ai ≤ 5°C / min，保溫時h為lmin-360min，隨后以某一加熱速率Vms2將鋁合金加熱到T1至560°C溫度范圍內的溫度T2進行保溫處理，其中，100°C / min ≤ Vjnft2≤10°C /min，保溫時間t2為lmin-120min，隨后淬火處理獲得淬火態鋁合金。
[0009]本發明人通過大量研究和工業實踐發現，通過對6000系鋁合金固溶熱處理工藝參數進行精細選擇與合理搭配，可顯著改善合金化元素回溶效果，減少復雜第二相對合金綜合性能的不利作用，在改善6000系鋁合金時效硬化能力的同時，提高材料的耐蝕性能。
[0010]本發明的第一個優選技術方案:以某一加熱速率將招合金板材加熱到430°C至470°C溫度范圍內的溫度T1并保溫，其中，100°C / min ≤ Vei≤150°C / min，保溫時間t!為5min-240min，隨后以某一加熱速率Vjnift2將鋁合金加熱到T1至555°C溫度范圍內的溫度T2進行保溫處理,其中，60°C / min≥Vaa2≥30°C / min,保溫時間t2為2min_60min,隨后淬火處理獲得淬火態鋁合金。
[0011]本發明的第二個優選技術方案:所述6000系鋁合金含有Al、S1、Mg、Cu元素以及選自Zn、Zr、Mn、T1、Sc、Er等微量元素中的至少一種元素。
[0012]本發明的第三個優選技術方案:所述的6000系鋁合金Zn0.25~2.0wt%。
[0013]本發明的第四個優選技術方案:所述的6000系鋁合金，Zn0.30~0.8wt%,Cu0.05 ~1.20wt%。
[0014]本發明的第五個優選技術方案:所述的6000系鋁合金，Zn0.30~0.8wt%,Cu0.20 ~1.20wt%,0.05wt%^ (Mn+Zr)wt%^ 0.40wt%。
[0015]本發明的第六個優選技術方案:所述6000系鋁合金是板材或帶材產品。
[0016]本發明的第七個優選技術方案:所述6000系鋁合金板材或帶材產品主要應用于汽車車身覆蓋件的制造，尤其適用于載人轎車車身覆蓋件的制造。
【具體實施方式】
[0017]本發明所公開的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，主要包括以下步驟:以某一加熱速率Vasu將6000系鋁合金軋制態板材加熱到400°C至520°C溫度范圍內的某一溫度T1并保溫,其中，1500C / min≥Vasu≥5°C / min,保溫時間為lmin_360min,隨后以某一加熱速率Vas2將鋁合金加熱到T1至560°C溫度范圍內的溫度T2進行保溫處理，其中，100°C / min≥Vwft2≥10°C / min，保溫時間t2為lmin_120min，隨后淬火處理獲得淬火態鋁合金。
[0018]實施例1
[0019]將本技術發明應用于商業化AA6022鋁合金，其名義成分范圍(質量分數，％ ):Si0.8-1.5，Fe0.05-0.2，Cu0.01-0.1, Mn0.02-0.10，Mg0.45—0.7，Cr 不高于 0.1，Zn不高于0.25，Ti不高于0.15，余量Al以及不可避免的其他雜質；在其中選擇一種典型合金成分:1.10% Si, 0.6% Mg,0.06% Cu,0.06% Mn,0.05% Zn, 0.13% Fe,余量Al以及不可避免的其他雜質。合金經熔鑄、均勻化處理、熱軋、冷軋、中間退火以及冷軋等環節獲得厚度為1.0mm的板材，對板材進行不同方案的固溶熱處理，固溶熱處理方案如表1所示；固溶淬火后I小時內進行140°C X IOmin預時效處理后獲得T4(P)態樣品，隨后對部分Τ4Ρ態樣品進行變形量為2%的預變形以及170°C X30min模擬烤漆處理獲得PB (Paint-baked)態樣品。
[0020]將采用上述實施例與對比例所制備的合金性能進行比較，其中，剝落腐蝕(EXCO)實驗參照美國ASTM G34-01標準進行，剝落腐蝕等級由“N — P — EA — EB — EC — ED”表示板材剝落腐蝕程度不斷加深，“ + ”號表示處于該等級的腐蝕程度較重，號表示處于該等級的腐蝕程度較輕。主要性能測試結果如表2所示。
[0021]對比表2中T4P態和模擬烤漆后的屈服強度可以發現，采用本發明技術方案的板材烤漆前后的屈服強度增量較為穩定，且與傳統技術方案相比，屈服強度的增量有一定提高；更為重要的是，采用本發明技術方案的板材的剝落腐蝕性能等價明顯高于傳統技術方案，有利于提供最終使用狀態的耐腐蝕性能。
[0022]表1
[0023]
【權利要求】
1.一種適用于6000系招合金車身板的固溶熱處理方法,其特征在于:以加熱速率將6000系鋁合金加熱到400°C至520°C溫度范圍內的溫度T1并保溫，其中，150°C /min≥V 加熱1 ≥50C /min，保溫時間&為lmin-360min，隨后以加熱速率Vaift2將鋁合金加熱到T1至560°C溫度范圍內的溫度T2進行保溫處理，其中，100°C /min≥Vjnft2≥10°C /min，保溫時間t2為lmin-120min，隨后淬火處理獲得淬火態鋁合金。
2.根據權利要求1所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:以加熱速率V加熱1將鋁合金板材加熱到430°C至470°C溫度范圍內的溫度T1并保溫，其中，IOO0C /min≥V加熱1≥50°C /min，保溫時間&為5min_240min，隨后以加熱速率V加熱2將鋁合金加熱到T1至555°C溫度范圍內的溫度T2進行保溫處理，其中，600C /min≥Vinift2≥30°C /min，保溫時間t2為2min-60min，隨后淬火處理獲得淬火態鋁合金。
3.根據權利要求1或2所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:所述6000系鋁合金含有Al、S1、Mg、Cu元素以及選自Zn、Zr、Mn、T1、Sc、Er等微量元素中的至少一種元素。
4.根據權利要求3所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:在所述的6000系鋁合金中，Zn 0.25~2.0wt%。
5.根據權利要求4所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:在所述的6000系鋁合金中，Zn 0.30~0.8wt%, Cu 0.05~L 20wt%。
6.根據權利要求5所述的一種適用于6000系鋁合金板材的固溶熱處理方法，其特征在于:在所述的 6000 系鋁合金中，Zn 0.30 ~0.8wt%，Cu 0.20 ~1.20wt%，0.05wt%≤(Mn+Zr) wt % ≤0.40wt %。
7.根據權利要求1~6中的任意一項所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:所述6000系鋁合金是板材或帶材產品。
8.根據權利要求7所述的一種適用于6000系鋁合金的固溶熱處理方法，其特征在于:所述6000系鋁合金板材或帶材產品應用于汽車車身覆蓋件的制造，尤其適用于載人轎車車身覆蓋件的制造。
【文檔編號】C22F1/05GK103510029SQ201310435905
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】李志輝, 熊柏青, 張永安, 李錫武, 劉紅偉, 王 鋒 申請人:北京有色金屬研究總院