一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法技术

本发明专利技术公布一种提高车身结构用高强度铝合金板材室温冲压成形性能的梯度组织调控方法，属于铝合金技术领域。该方法包括：配制Al

【技术实现步骤摘要】
一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法


[0001]本专利技术属于铝合金
，特别针对新能源汽车、燃油汽车车身结构件用铝合金板材强度和成形性能匹配不够好，以及汽车领域对这些性能要求不断提升的应用现状，提出一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法，该种处理方法可有效控制合金内晶粒以及沉淀相的尺寸和分布，形成对合金成形性能有显著促进作用的梯度显微组织。

技术介绍

[0002]近年来，随着世界各国工业化水平的不断提升，汽车产销量逐年递增，一系列能源危机和环境问题显得愈发严重，节能减排已经成为当今社会生产生活的主旋律。而汽车轻量化正成为汽车领域的一大研究热点。相比于其他材料，铝合金由于质轻、耐蚀、比强度高、易加工、表面美观、储量丰富以及可回收循环利用等特性，已成为汽车轻量化的关键材料。此外，据统计在汽车中采用铝合金所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6～12倍。因此，汽车轻量化用先进铝合金板材的开发和应用已经引起全球汽车生产厂家以及科研人员的广泛重视，而且近几年汽车用铝量也在逐年增加。
[0003]截止目前，汽车轻量化应用较多的变形铝合金主要有5xxx，6xxx系和7xxx系铝合金，5xxx系铝合金由于成形性能好，普遍应用于车身内板的制造，6xxx系铝合金由于成形性能和烤漆硬化增量均较好，普遍应用于车身外板的制造。但是应用过程中发现，如果车身结构件仍然使用钢材制造，车身外板铝合金与钢结构件连接会存在较多问题，如钢铝焊接难，应力腐蚀等问题。因此，以往主要应用于航空领域的高强度7xxx系铝合金开始被汽车领域广泛关注，并期望能够大量应用于车身结构件的制造，从而更好解决上述钢铝连接等问题。但是高强度7xxx系铝合金普遍存在冲压成形性能较差等问题，进而严重制约了其在车身结构件上的广泛应用。近期，已有大量研究表明，热成形或温成形可在一定程度上促进该系铝合金板材的成形性能，但是这些成形工艺复杂，生产成本较高，而且温、热成形时很容易影响沉淀相的分布进而使得合金板材强度降低，这非常不利于该系铝合金在车身结构件上的广泛应用。由此可见，为了更好满足实际应用需求，急需通过成分设计、组织设计和热加工工艺调控提高该系铝合金板材的室温冲压成形性能，其对于快速推进汽车轻量化进程以及高强度7xxx系铝合金材料在车身结构件上的广泛应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了更好满足车身结构件对高强高成形性7xxx系铝合金的迫切需求，同时针对Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金板材传统热加工工艺复杂，生产成本高，以及所生产的合金板材室温冲压成形性能较低等问题，提出一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法。本专利技术充分利用热轧、冷轧、中间退火不仅可对沉淀相形成和长大有重要影响，而且在沉淀相分布得到调控的基础上，还可以利用沉淀相分布进一步调控合金的再结晶组
织，进而形成表层细晶，而中间层为粗晶的梯度组织特征，最终再辅以合适的双级预时效调控，合金板材即可表现出优异的室温冲压成形性能。
[0005]本专利技术提供一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法，所述Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金的化学成分及其质量百分比含量为：Zn：4.0～6.0wt%，Mg：1.0～2.0wt%，Cu：1.0～2.0wt%，Ni：0.01~0.05wt%，Mn：0.05~0.2wt%， Ti：0.05~0.15wt%，B<0.01wt%，Si<0.01wt%，余量为Al；其特征在于，所述车身结构用高成形性铝合金为Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金，所述方法具体包括：（1）配制车身结构用高成形性Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金，然后在非真空下利用中频感应熔炼合金，并将其浇铸在水冷钢模具内，控制冷却速率大于50℃/min；（2）对铸锭进行短时低温热处理，然后直接取出在380~440℃进行变形量70~95%的热轧变形；（3）热轧板材随后在420~470℃/10~30h下进行单级热处理调控溶质元素、沉淀相以及晶粒组织分布；（4）顺序进行变形量在60%以上的热轧变形，或者直接反复进行多道次小变形量冷轧+中间退火+多道次小变形量冷轧变形；（5）控制升降温速率的460~480℃/5~30min高温短时固溶处理；（6）将淬火态试样在1min内转移到时效炉内进行双级等温预时效处理，第一级：温度，90~130℃，时间，30
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120min，第二级：温度，20~60℃，时间，>1440min。
[0006]基于上述的梯度组织调控即可保证所开发的合金板材具有优异的室温冲压成形性能。
[0007]优选地，所述Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金的化学成分及其质量百分比含量为：Zn：4.5～5.1wt%，Mg：1.3～1.7wt%，Cu：1.3～1.7wt%，Ni：0.01~0.03wt%，Mn：0.06~0.1wt%， Ti：0.06~0.11wt%，B<0.01wt%，Si<0.01wt%，余量为Al。
[0008]优选地，在非真空下利用中频感应熔炼合金工艺为：首先将普铝全部加入坩埚并熔化，温度控制在780~880℃，然后分别添加Al
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10wt%Mn，Al
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10wt%Ti中间合金，待熔化后再添加Al
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50wt%Cu中间合金，然后大功率搅拌熔体5
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20min，随后将温度控制在720℃以上，分别添加纯Zn和纯Mg，添加Mg时用石墨钟罩将其分别压入熔体底部，待其彻底溶化后取出钟罩，调控中频感应炉功率使合金熔体温度重新稳定在740℃后扒渣、加入精炼剂进行除气精炼；然后将熔体温度降至720℃时加入Al
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5wt%Ti
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1wt%B晶粒细化剂并进行适当搅拌，最后在710
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720℃保温9
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11min后将熔体浇铸到四周水冷的钢模内，控制冷却速率大于70℃/min。
[0009]优选地，对铸锭进行短时低温处理工艺为410~450℃/0.5~2h，升温速率41~60℃/h，热轧工艺具体为：开轧温度：410~450℃；终轧温度：低于300℃，道次压下量3~17%，轧制变形量75~93%，轧制方式：单向轧制。
[0010]优选地，对热轧板材进行单级热处理调控合金溶质元素、沉淀相和晶粒组织具体包括：450~470℃/10~20h，升温速率大于100℃/min，降温速率大于200℃/min。
[0011]优选地，对热处理调控后的板材进行后续热加工调控分如下三种情况，（a）若前期热轧变形量处在70~80%之间，需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法，其特征在于，所述车身结构用高成形性铝合金为Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金，所述方法具体包括：（1）配制车身结构用高成形性Al
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Zn
‑
Mg
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Cu系合金，然后在非真空下利用中频感应熔炼合金，并将其浇铸在水冷钢模具内，控制冷却速率大于50℃/min；（2）对铸锭进行短时低温热处理，然后直接取出在380~440℃进行变形量70~95%的热轧变形；（3）热轧板材随后在420~470℃/10~30h下进行单级热处理调控溶质元素、沉淀相以及晶粒组织分布；（4）顺序进行变形量在60%以上的热轧变形，或者直接反复进行多道次小变形量冷轧+中间退火+多道次小变形量冷轧变形；（5）控制升降温速率的460~480℃/5~30min高温短时固溶处理；（6）将淬火态试样在1min内转移到时效炉内进行双级等温预时效处理，第一级：温度，90~130℃，时间，30
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120min，第二级：温度，20~60℃，时间，>1440min。2.根据权利要求1所述的一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法，其特征在于，步骤（1）中，所述Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金的化学成分及其质量百分比含量为：Zn：4.0～6.0wt%，Mg：1.0～2.0wt%，Cu：1.0～2.0wt%，Ni：0.01~0.05wt%，Mn：0.05~0.2wt%， Ti：0.05~0.15wt%，B<0.01wt%，Si<0.01wt%，余量为Al。3.根据权利要求1或2所述的一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法，其特征在于，所述Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金的化学成分及其质量百分比含量为：Zn：4.5～5.1wt%，Mg：1.3～1.7wt%，Cu：1.3～1.7wt%，Ni：0.01~0.03wt%，Mn：0.06~0.1wt%， Ti：0.06~0.11wt%，B<0.01wt%，Si<0.01wt%，余量为Al。4.根据权利要求1所述的一种提高车身结构铝合金板材室温成形性能的梯度组织调控方法，其特征在于，步骤（1）中，在非真空下利用中频感应熔炼合金工艺为：首先将普铝全部加入坩埚并熔化，温度控制在780~880℃，然后分别添加Al
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10wt%Mn，Al
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10wt%Ti中间合金，待熔化后再添加Al
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50wt%Cu中间合金，然后大功率搅拌熔体5
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20min，随后将温度控制在720℃以上，分别添加纯Zn和纯Mg，添加Mg时用石墨钟罩将其分别压入熔体底部，待其彻底溶化后取出钟罩，调控中频感应炉功率使合金熔体温度重新稳定在740℃后扒渣、加入精炼剂进行除气精炼；然后将熔体温度降至720℃时加入Al
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5wt%Ti
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1wt%B晶粒细化剂并进行适当搅拌，最后在710
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720℃保温9
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11min后将熔体浇铸到四周水冷的钢模内，控制冷却速率大于70℃/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴长旻，郭明星，夏飞，张微麒，庄林忠，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：