一种高强度高延伸率铝合金板材及其制造方法技术

一种高强度高延伸率铝合金板材及其制造方法，该铝合金板材化学成分质量百分数为：0.8％≤Mg≤1.5％，0.8％≤Si≤1.5％，1.2％<Cu≤1.5％，0.1％≤Mn≤0.5％，0.05％≤Fe≤0.5％，0.05％≤Zr≤0.2％，0.01％≤Ti≤0.15％，其余为Al和其他不可避免杂质。本发明专利技术采用与上述铝合金成分体系相对应的双级均匀化热处理工艺，提高了合金的晶粒细化和弥散强化效果及烤漆或短时人工时效过程中的时效硬化速率，以及提高析出相的数量密度和弥散分布，从而提高铝合金最终零件的强度，同时具有较高的塑性。

A high strength and high elongation aluminum alloy plate and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高延伸率铝合金板材及其制造方法
本专利技术属于铝合金板带制造领域，具体涉及一种高强度高延伸率铝合金板材及其制造方法，尤其适用于有轻量化需求的汽车结构件和安全件。
技术介绍
为了响应各国政府对汽车节能减排的号召，世界各大汽车制造厂商均把车身轻量化作为汽车发展的重要任务。铝合金由于具有密度低、良好的成形性能、碰撞吸能性、耐腐蚀性能及可回收利用性等优点，被认为是最有效的汽车轻量化用材。目前，铝合金板材在发动机罩、行李箱盖及车门等汽车覆盖件上的应用日益广泛。随着各国政府日益严苛的油耗法规规定，仅在覆盖件上采用铝合金板材已不能满足各大车企汽车轻量化的需求，汽车结构件用材轻量化是必然的发展趋势。此外，由于新能源汽车动力电池的重量就达到了数百公斤，为了弥补电池的增重，新能源汽车的车身轻量化更加迫切。因此，A柱、B柱、底盘、碰撞系统等汽车结构件和安全件用高强度铝合金在传统汽车和新能源汽车都有很大的应用潜力。大交通领域常用的铝合金板材有7xxx系、6xxx系和5xxx系铝合金。7xxx系Al-Zn-Mg-Cu铝合金是高强度变形铝合金，是航空航天最重要的结构材料之一。但由于其抗疲劳性能和可焊性较差，有明显的应力腐蚀开裂倾向，且成本较高，在汽车上应用仍需时日。5xxx系Al-Mg系铝合金为热处理不可强化铝合金，主要靠固溶强化和加工硬化来提高强度，由于没有时效强化效果，很难达到汽车结构件的强度要求。而6xxx系Al-Mg-Si铝合金由于具有良好的成形性能、力学性能、耐腐蚀性能及烘烤硬化性能，是最受青睐的汽车用铝合金板材。<br>目前汽车覆盖件所用的6xxx系铝合金板材主要为6016、6111、6022等常规牌号，主要合金元素为Mg和Si，主要通过时效过程中形成β-Mg2Si相亚稳相β”来实现时效强化。汽车覆盖件用6xxx系铝板一般在固溶预时效(T4P)状态供货，此时Mg和Si原子固溶于铝基体中形成α-Al过饱和固溶体，铝板具有较低的屈服强度和较好的成形性能，以满足汽车零件冲压成形的要求。铝板在冲压成汽车零件后会经过烘烤过程，相当于一个短时的人工时效过程。由于烘烤温度和时间限制，β”强化相不能完全析出，合金仍处于欠时效状态，屈服强度和抗拉强度仍较低，满足不了汽车结构件和安全件的强度要求。因此，如果运用各种材料强化手段提高6xxx系铝合金的强度是推动6xxx系铝合金在汽车结构件和安全件上的广泛应用的关键。中国专利CN1974814公开了一种Al-Mg-Si-Cu合金。该Al-Mg-Si-Cu合金成分为(以质量百分比计)：Mg：0.4～2wt％，Si：0.5～1.5wt％，Cu：0.01～0.5wt％，Fe：0.05～0.15wt％，Mn：0.01～0.1wt％，Cr：0～0.15wt％，Zn：0～0.30wt％，合金中Si含量与Mg含量之比为1.6～2.2：1。该Al-Mg-Si-Cu合金的加工工艺包括：将熔铸得到的铸锭在450～600℃下均匀化退火10～20小时，然后在400～550℃下保温1～2小时后进行热轧；热轧结束后，板材在280～560℃保温退火1～2小时，接着进行冷轧；冷轧结束后，在530～580℃之间保温1～2小时进行固溶处理。该铝合金在烤漆后屈服强度≥160MPa，抗拉强度≥280MPa，仍不满足汽车结构件的强度要求。鉴于此，日益发展的汽车制造业亟需一种铝合金板材，具有高强度和较好的塑性，可以实现规模化大工业生产，可用于制造汽车结构件等对强度要求较高的汽车零部件，以满足汽车轻量化的进一步需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度高延伸率铝合金板材及其制造方法，该铝合金板材经固溶和预时效处理后具有较高的屈服强度(Rp0.2：190-230MPa)和延伸率(A50≥25％)，有利于汽车零件冲压成形，且成形后进行烤漆或短时人工时效可进一步提高屈服强度，具体如，模拟烤漆处理后屈服强度≥320MPa，短时人工时效后屈服强度≥360MPa，特别适用于制造对强度有较高要求的汽车覆盖件内外板、结构件和安全件。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：铝合金板材在冲压成汽车零件后会在170～205℃进行烘烤，相当于人工时效处理，由于烘烤时间很短(一般在30min左右)，常见6xxx系铝合金中主要强化相β”相无法完全析出，不能实现峰值时效。本专利技术通过增加合金中Cu含量，提高铝合金人工时效时β”析出相析出速率，并形成额外的Q’和θ”析出相，从而提高烘烤过程中析出相的数量密度，大幅提高合金的时效强化效果；通过添加Zr元素来增强合金的晶粒细化和弥散强化效果，进一步提高合金的屈服强度；通过合理优化合金的制造工艺，改善各种弥散相和析出相的分布和尺寸，使得合金还具有较高的延伸率。具体的，本专利技术的一种高强度高延伸率铝合金板材，其化学成分质量百分比为：0.8％≤Mg≤1.5％，0.8％≤Si≤1.5％，1.2％<Cu≤1.5％，0.1％≤Mn≤0.5％，0.05％≤Zr≤0.2％，0.05％≤Fe≤0.5％，0.01％≤Ti≤0.15％，其余为Al和其他不可避免杂质。进一步，所述高强度高延伸率铝合金板材的微观组织为α(Al)基体、均匀分布的颗粒状和/或短棒状结晶相以及点状细小弥散相；在成形后烤漆或人工时效形成铝合金最终零件时，材料中还存在纳米尺寸的Mg2Si亚稳相β”，Q-AlCuMgSi相的亚稳相Q’以及θ-Al2Cu的亚稳相θ”相三种析出相。优选的，所述高强度铝合金板材的微观组织中α(Al)基体的平均晶粒尺寸≤30μm。优选的，所述高强度高延伸率铝合金板材的微观组织中颗粒状和/或短棒状结晶相的平均尺寸≤3μm。优选的，所述高强度高延伸率铝合金板材的微观组织中点状细小弥散析出相包括亚微米级的ɑ-Al(Fe,Mn,Cu)Si相和Al3Zr相。又，本专利技术所述高强度高延伸率铝合金板材经固溶和预时效处理后屈服强度为190-230MPa，延伸率A50≥25％；模拟烤漆处理2％预拉伸+185℃保温20min后屈服强度≥320MPa，延伸率A50≥15％；短时人工时效处理190℃加热4h后屈服强度为≥360MPa，延伸率A50≥10％。本专利技术所述的铝合金板材中的各化学元素的设计原理如下：Mg和Si：Mg和Si原子可以在本专利技术铝板成形后烤漆或人工时效后结合形成Mg2Si的亚稳相β”相，β”相与α(Al)基体共格，具有很强的析出强化效果，但是由于烘烤工艺限制，β”相无法全部析出，导致烘烤后合金的屈服强度仍较低。当Mg和Si含量低于所限定的范围时，烘烤时Mg和Si不能结合形成足够的β”强化相，也不能与Cu结合形成足够的Q’相，达不到预期的屈服强度要求。当Mg和Si含量高于所限定的范围时，对合金的塑性和成形性能产生有害影响。因此，本专利技术中Mg、Si含量均限定在0.8～1.5％范围内。Cu：由于Cu原子与Mg原子和Si原子间具有很强的结合力，Cu的添加可以大大增加时效过程中Cu、Mg、Si原子团簇(GP区)的形成及弥散分布，也加快了由GP区生成Mg2Si的亚稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高延伸率铝合金板材，其化学成分质量百分比为：/n0.8％≤Mg≤1.5％，0.8％≤Si≤1.5％，1.2％<Cu≤1.5％，0.1％≤Mn≤0.5％，0.05％≤Zr≤0.2％，0.05％≤Fe≤0.5％，0.01％≤Ti≤0.15％，其余为Al和其他不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度高延伸率铝合金板材，其化学成分质量百分比为：
0.8％≤Mg≤1.5％，0.8％≤Si≤1.5％，1.2％<Cu≤1.5％，0.1％≤Mn≤0.5％，0.05％≤Zr≤0.2％，0.05％≤Fe≤0.5％，0.01％≤Ti≤0.15％，其余为Al和其他不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的高强度高延伸率铝合金板材，其特征在于，所述高强度高延伸率铝合金板材的微观组织为α(Al)基体、均匀分布的颗粒状和/或短棒状结晶相以及点状细小弥散相；在成形后烤漆或人工时效形成铝合金最终零件时，材料中还存在纳米尺寸的Mg2Si亚稳相β”、Q-AlCuMgSi相的亚稳相Q’以及θ-Al2Cu的亚稳相θ”相三种析出相。


3.根据权利要求2所述的高强度高延伸率铝合金板材，其特征在于，所述高强度铝合金板材的微观组织中α(Al)基体的平均晶粒尺寸≤30μm。


4.根据权利要求2所述的高强度高延伸率铝合金板材，其特征在于，所述高强度高延伸率铝合金板材的微观组织中颗粒状和/或短棒状结晶相的平均尺寸≤3μm。


5.根据权利要求2所述的高强度高延伸率铝合金板材，其特征在于，所述高强度高延伸率铝合金板材的微观组织中点状细小弥散析出相包括亚微米级的ɑ-Al(Fe,Mn,Cu)Si相和Al3Zr相。


6.根据权利要求1-5任一项所述的高强度高延伸率铝合金板材，其特征在于，所述高强度高延伸率铝合金板材的屈服强度为190～230MPa，延伸率A50≥25％；模拟烤漆处理2％预拉伸+185℃保温20min后屈服强度≥320MPa，延伸率A50≥15％；短时人工时效处理190℃加热4h后屈服强度≥360MPa，延伸率A50≥10％。


7.如权利要求1-6任一项所述的高强度高延伸率铝合金板材的制造方法，主要步骤包括：
1)冶炼、铸造；
按权利要求1所述的化学成分冶炼、铸造；
2)铸锭均匀化
在300～400℃均匀化5～20小时，再在520～570℃均匀化5～15小时；
3)热轧<...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑锡妮，杨兵，曾渝，徐世伟，蒋浩民，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31