高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高强度汽车车身用Al

【技术实现步骤摘要】
高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用


[0001]本专利技术涉及一种高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用，属于铝合金


技术介绍

[0002]Al
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Mg
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Si合金由于具有中高等强度、良好的成形性及耐蚀性，且焊接性好、易着色、烘烤后表面质量良好，可进行热处理强化。为满足工业上的需求，需要对Al
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Mg
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Si合金进行一系列热处理操作以提高合金的性能，通常首先将轧制后的板材加热至高温进行固溶，并淬火至室温得到过饱和固溶体，即T4态合金。T4态合金将在室温下储存一段时间后运输到汽车装配厂进行冲压成形，再经过组装、焊接、胶结等操作后作为汽车车身构件，最后对其进行涂装烘烤获得时效强化，使合金获得良好的抗凹陷性。
[0003]Al
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Mg
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Si合金作为汽车轻量化关键材料，即使在热处理强化后，仍存在涂装烤漆后强度不足的现象，导致其无法大规模的应用。Serizawa等人[A. Serizawa, S. Hirosawa,T. Sato.Metallurgical and Materials Transactions A, 39A(2008)243
‑
251]在研究Al
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Mg
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Si合金的早期时效过程时发现两种不同类型的纳米团簇：团簇(1)和团簇(2)，分别在室温和373K温度下形成。团簇(1)和团簇(2)均为Mg
‑
Si
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vacancy团簇，但其化学成分有所不同。团簇(1)尺寸较小且具有较宽范围的Mg/Si比（约0~5之间），不能转化为β
″
相；而团簇(2)尺寸较大且具有较固定的Mg/Si比，近似于1，与β
″
相的Mg/Si比（Mg/Si= 5:6 = 0.83）相似，可以连续转化为β
″
相。
[0004]随着现代工业技术的快步发展，在材料满足强度的条件下，对于材料的轻量化的追求是日益月滋。因此对轻量化材料的研究是大势所向。在汽车或者航天等领域，铝合金这样的轻质材料存在着力学性能差的短板，那么如何克服轻量化材料的力学性能缺点则是矛盾的主要方面，亦是解决目前工业上降低结构能耗的关键钥匙。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，本专利技术提供一种高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，该材料解决了传统Al
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Mg
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Si合金材料力学性能差的技术缺陷。
[0006]同时，本专利技术提供一种高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，该工艺通过单级固溶处理以及双级时效工艺，经过热处理之后，合金能形成含Cu以及含Sn的析出相。Cu的添加会改变合金析出序列，促进析出动力学，促进团簇(2)的生长，促进β
″
相细小密集化，提高时效强化作用。由于Sn对空位有较高结合力，起到了调控空位以及扩散的作用，因此形成Sn的析出相会抑制合金在自然时效的不利效果，从而提高合金在人工时效阶段的强度和硬度。同时双级时效工艺中，预时效阶段使合金形成与β
″
相成分相近的团簇(2)，使得在后续人工时效阶段这些团簇(2)转变成细小密集的β
″
相，促进
合金析出强化作用。
[0007]同时，本专利技术提供一种高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在汽车领域中作为汽车车身板轻量化材料中的应用，以解决汽车车身板用Al
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Mg
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Si合金室温放置后烘烤硬化不足的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，包括以下质量百分比的元素：Mg：0.5~1.5wt%、Si：1.0~2.0wt%、Cu：0.4~1.0wt%、Sn：0.1~0.5wt%、Mn ≤ 0.05wt%、Fe ≤ 0.10wt%，余量为Al。
[0009]高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，包括以下步骤：S1，配料：按照上述组分及质量百分比配制合金原料；S2，熔炼：首先预热坩埚至200~250℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料并缓慢加热至300~350℃烘干水分，将S1配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住合金熔体的溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；S3，精炼处理：溶液温度达到650~700℃时加入精炼剂，静止至少10分钟，然后扒除浮渣；S4，浇铸：溶液温度达到720~760℃时，检测其合金成分，根据合金中各元素的成分含量要求，通过补料或冲淡来调整溶液的实际合金成分，将符合成分含量要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；S5，去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分，使合金铸锭表面光滑；S6，梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理：将合金铸锭随炉升温至400~420℃保温2~3小时，然后直接升温至450~470℃保温3~4小时，最后直接升温至540~560℃保温5~6小时；S7，高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至460~480℃保温3~4小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，高温热轧处理的压下量为90%；获得热轧合金板材；S8，常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧合金板材放置在四辊轧机上进行冷轧，常温冷轧处理的压下量为80%；得到冷轧合金板材；S9，单级固溶处理：将冷轧合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理，单级固溶处理处理工艺为560~575℃温度下保温20~30min；S10，控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金板材淬火冷却至室温；S11，梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理；第一梯度为80~160℃温度下时效2~3h，第二梯度为25℃下时效1~1.1个月，第三梯度为160~200℃温度下时效2~3h，获得高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料。
[0010]所述铸造涂料为滑石粉和水1：3质量比的混合体。
[0011]所述覆盖剂为NaF：30wt.%，NaCl：50wt.%，KCl：10wt.%和Na2SiF6：10wt.%的混合物。
[0012]所述精炼剂为Al
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5Ti...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，其特征在于：包括以下质量百分比的元素：Mg：0.5~1.5wt%、Si：1.0~2.0wt%、Cu：0.4~1.0wt%、Sn：0.1~0.5wt%、Mn ≤ 0.05wt%、Fe ≤ 0.10wt%，余量为Al。2.根据权利要求1所述的高强度汽车车身用Al
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Mg
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Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：S1，配料：按照上述组分及质量百分比配制合金原料；S2，熔炼：首先预热坩埚至200~250℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料并缓慢加热至300~350℃烘干水分，将S1配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住合金熔体的溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；S3，精炼处理：溶液温度达到650~700℃时加入精炼剂，静止至少10分钟，然后扒除浮渣；S4，浇铸：溶液温度达到720~760℃时，检测其合金成分，根据合金中各元素的成分含量要求，通过补料或冲淡来调整溶液的实际合金成分，将符合成分含量要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；S5，去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分，使合金铸锭表面光滑；S6，梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理：将合金铸锭随炉升温至400~420℃保温2~3小时，然后直接升温至450~470℃保温3~4小时，最后直接升温至540~560℃保温5~6小时；S7，高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至460~480℃保温3~4小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，高温热轧处理的压下量为90%；获得热轧合金板材；S8，常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧合金板材放置在四辊轧机上进行冷轧，常温冷轧处理的压下量为80%；得到冷轧合金板材；S9，单级固溶处理：将冷轧合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理，单级固溶处理处理工艺为560~575℃温度下保温20~30min；S10，控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金板材淬火冷却至室温；S11，梯度高温时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家浩，翁瑶瑶，程翔翔，孙琪琛，解茂轩，陶思节，刘晓冬，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：