一种适合于汽车车身板制造的铝合金材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种综合性能优异的、适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其基础成分组成及范围为：Si?0.6～1.2wt％，Mg?0.7～1.3wt％，Zn?0.25～0.8wt％，Cu?0.02～0.20wt％，Mn?0.01～0.25wt％，Zr?0.01～0.20wt％，余者为Al和附带的元素；同时满足2.30wt％≤(Si+Mg+Zn+2Cu)wt％≤3.20wt％。优选地，所述合金含有：Si?0.6～1.2wt％，Mg?0.7～1.2wt％，Zn?0.3～0.6wt％，Cu?0.05～0.20wt％，Mn?0.05～0.15wt％，Zr?0.05～0.15wt％；同时满足2.50wt％≤(Si+Mg+Zn+2Cu)wt％≤3.00wt％，0.75≤10Mg/(8Si+3Zn)≤1.15，0.15wt％≤(Mn+Zr)wt％≤0.25wt％。本发明专利技术还涉及与该合金材料相匹配的制备方法。该材料表现出优异的快速烤漆时效硬化响应能力，在具有良好成形性的同时能够在现有汽车烤漆生产线上获得高的烤漆硬化性能，是制造汽车车身板的理想材料。

【技术实现步骤摘要】
一种适合于汽车车身板制造的铝合金材料及制备方法
本专利技术涉及铝合金及其制备加工
，特别是由国际铝业协会所命名的6XXX系(Al-Mg-Si系)铝合金；更具体地，本专利技术涉及一种适合于汽车车身板制造的铝合金材料及其制备方法。
技术介绍
汽车工业的发展是人类文明与社会进步的重要标志，也是经济发展的强大动力。但是，随着汽车工业的飞速发展，由此带来的能源消耗和环境污染问题愈发严重。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。作为降低汽车燃料消耗率、节省能源的有效途径，汽车的轻量化已经成为世界汽车工业发展的潮流。研究显示，汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6-8％；若一辆中型汽车(约1500Kg)减少350Kg，则这辆汽车在使用年限内至少能降低约5250Kg的废气。汽车轻量化的途径有两种：一是优化汽车框架结构；另一种是采用轻质材料。工业发达国家实践表明前者已无太大潜力可挖，因而汽车行业普遍注重于开发轻量化材料来解决这一难题。在高强轻质材料中，复合材料难以回收且造成环境污染，镁合金因其抗蚀性和成形性差限制了它们的应用在汽车车身板材上的应用，而铝资源丰富，铝合金的比重仅为钢的1/3，铝合金具有质轻、耐磨、耐腐蚀、比强度高，抗冲击性能好，易表面着色等特点，并且80％以上的铝材可以回收再利用，使得铝合金成为理想的汽车轻量化材料。而且在承力相同的情况下，铝合金比钢轻50％左右；当承受同样的冲击时，铝板比钢板多吸收50％的冲击能，更具安全性。正是因为铝合金在汽车上应用的诸多优点，铝合金在工业发达国家汽车制造工业的应用逐年上升。汽车车身是汽车中重量较大的部件，约占汽车重量的30％，所以车身的铝化举足轻重，而汽车车身板铝合金材料的开发是关键，备受铝加工行业和汽车制造商的关注。已用于汽车车身的铝合金主要有Al-Cu-Mg(2XXX系)、Al-Mg(5XXX系)和Al-Mg-Si(6XXX系)三大系列。其中，5XXX系铝合金虽具有优良的成形性，但是其强度比2XXX系和6XXX系低，而且在冲压过程中，表面容易产生“橘皮”和滑移线痕影响板材表面质量，并且烤漆过程中常伴有软化现象。可热处理强化型2xxx系铝合金虽具有高的强度和良好的焊接性和锻造性，但合金的耐蚀性能较差，而且该系合金通常烤漆时效响应速度慢，在低温人工时效时表现为强度下降，烤漆时要获得足够的强度，则需要较高的温度和较长的时间，使得其在烤漆过程中的时效硬化效应受到明显限制。而6xxx系铝合金同时兼具T4/T4P态良好的成形性和较高的烤漆时效硬化响应能力(烤漆前后合金屈服强度的增量)，且不存在冲压过程中易出现的影响表面质量的吕德斯带，耐蚀性及焊接性优于2XXX系铝合金；同时，6XXX系铝合金可热处理强化的特点，恰与现有汽车车身生产体系相匹配，可以先将制备加工好的该系铝合金板材在材料厂进行固溶和预时效处理、以使其具有良好的成形性，然后到汽车厂进行冲压成形制造车身构件，随后可以直接借助原有钢质汽车车身构件的烤漆涂装加热生产线实现时效处理，获得明显的强度性能提高，使其铝合金车身构件具有高的抗凹性。因此6XXX系铝合金材料被认为是汽车车身用最有前景的铝合金材料。从上世纪70年代起，欧美、日本等汽车工业发达国家在6XXX系铝合金车身板材料研制方面投入了大量的人力和物力，相继开发注册了6009、6010、6016、6111、6022等国际铝合金牌号，并申请和获得了一大批相关的合金成分设计与关键工艺技术方面的专利。上世纪70年代中期，美国率先研发了6009和6010铝合金，6009-T4铝合金和6010-T4铝合金的烤漆硬化性较2036-T4铝合金好，合金的耐蚀性和焊接性都有很大提高，但边缘成形性不如2036铝合金好；80年代初期北美和欧洲分别研发了高Cu的6111铝合金和低Cu的6016铝合金，6111铝合金在6010铝合金的基础上烤漆硬化性和成形性得到明显提高，且6111铝合金烤漆处理后具有较高的强度；6016铝合金则表现出更佳的成形性和耐蚀性；90年代中期北美研发了6022铝合金，该合金的成形性、抗蚀性和烤漆硬化性均优于6111铝合金，其6022-T4E29(为Aloca内部热处理)已专利化，并投入工业化生产，在FordCrow，CrandMarquis和Taurus/Sable等车型的外板和内板上获得了应用。目前获得应用的汽车车身板用6XXX系铝合金主要有6016、6111、6022铝合金，欧洲汽车制造商多选用具有较好成形性能的低Cu的6016铝合金，美国则更多采用具有较高强度性能的6111铝合金和6022铝合金。截止目前，欧美等发达国家在铝合金车身板方面已形成了较为完善的研发和生产体系，并在汽车车身应用方面取得了骄人的业绩，但现有铝合金车身板在协调其高成形性和高烤漆时效硬化性上仍存在着困难，还难以充分体现出用铝合金板取代钢板的优越性，加上其制造成本偏高，很大程度上制约了其在汽车车身制造中的全面应用。对汽车车身板的基本要求是尽可能高的冲压成形性能、足够高的抗凹陷能力、良好的焊接性以及优异的耐腐蚀性能。汽车车身用6XXX系铝合金板材通常以T4(固溶+自然时效)或T4P(固溶+人工预时效)状态供货。一般要求该材料在汽车厂冲压成形前所具有的屈服强度较低(小于150MPa，最好小于140MPa)、加工硬化率及延伸率较高(大于25％)为好，从而提供良好的成形性能，冲压构件在最后的烤漆(制度通常为170～180℃/20～30min)过程中通过时效硬化获得尽可能高的强度(至少大于200MPa，同时为获得良好的抗冲击性能需低于290MPa)，以保证汽车车身板铝合金材料在服役过程中具有较高的抗凹陷和抗冲击性能。国际上现有商用6XXX系车身板铝合金中，6111铝合金烤漆硬化性较好，但其冲压前的屈服强度较高(通常超过150MPa，甚至更高)，造成该材料成形性能明显下降、翻边延性较差，难以全面满足汽车车身板的成形性要求；同时该合金的Cu含量较高，降低了材料的耐蚀性能。6016、6022铝合金中Cu含量较低，具有较好的成形性，但其(特别是6016合金)烤漆硬化性相对6111铝合金较低。针对以上铝合金材料存在的不足，经过国内外科学工作者十多年的努力，通过控制合金中主合金元素Mg、Si和Cu的含量及其配比、采用多种微合金化(Mn、Fe、Cr、Ti、Zr等)手段、优化变形和预时效等工艺措施进行改善，较好地增强了合金高成形性和高烤漆时效硬化性的匹配性，在保证满足车身板成形性的要求下使合金烤漆时效硬化响应能力从早期的30～40MPa左右提升到了目前60～90MPa的水平，但受烤漆前低屈服强度要求和已定烤漆工艺参数的限制，其烤漆硬化响应能力已基本接近极限水平、可挖潜力非常有限，距离汽车生产方对铝合金车身板发展提出的、在保持良好成形性的前提下烤漆后屈服强度提高100MPa以上的设计目标还存在一定的差距。为更好地满足汽车工业发展对铝合金车身板的要求，近年来国内外一些研究机构和企业大力投入，在现有汽车用6XXX系铝合金的基础上，通过合金成分和制备加工工艺优化设计，开展创新性工作，对开发全新的高性能6XXX铝合金车身板进行大量的探索研究，相继获得了一些性能良好的汽车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中的成分和重量百分比为：Si0.6～1.2wt％，Mg0.7～1.3wt％，Zn0.25～0.8wt％，Cu0.02～0.20wt％，Mn0.01～0.25wt％，Zr0.01～0.20wt％，余者为A1和附带的元素；同时满足2.30wt％≤(Si+Mg+Zn+2Cu)wt％≤3.20wt％。

【技术特征摘要】
1.一种适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中的成分和重量百分比为：Si0.6～1.2wt％，Mg0.7～1.2wt％，Zn0.25～0.8wt％，Cu0.05～0.20wt％，Mn0.01～0.25wt％，Zr0.01～0.20wt％，余者为Al和附带的元素；同时满足配比关系2.30wt％≤(Si+Mg+Zn+2Cu)wt％≤3.20wt％。2.根据权利要求1所述的适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中的成分和重量百分比为：Si0.6～1.2wt％，Mg0.7～1.2wt％，Zn0.3～0.6wt％，Cu0.05～0.20wt％，Mn0.05～0.15wt％，Zr0.05～0.15wt％，余者为Al和附带的元素；同时满足配比关系2.50wt％≤(Si+Mg+Zn+2Cu)wt％≤3.00wt％。3.根据权利要求2所述的适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，在所述铝合金中，0.75≤10Mg/(8Si+3Zn)≤1.15。4.根据权利要求2所述的适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，在所述铝合金中，0.15wt％≤(Mn+Zr)wt％≤0.25wt％。5.根据权利要求2所述的适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，所述的附带的元素是在制造铝合金锭坯过程中，作为杂质或随晶粒细化剂带入的元素，附带的元素含有Fe和Ti和选自其它附带元素中的一种或几种，其中，Fe≤0.40wt％，Ti≤0.15wt％，其它附带元素的每种≤0.15wt％、且其它附带元素总和≤0.25wt％。6.根据权利要求5所述的适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，所述的附带的元素是在制造铝合金锭坯过程中，作为杂质或随晶粒细化剂带入的元素，其中Fe≤0.20wt％，Ti≤0.10wt％，其它附带元素的每种≤0.05wt％、且其它附带元素总和≤0.15wt％。7.根据权利要求2所述的适合于汽车车身板制造的铝合金材料，其特征在于，在所述铝合金中，Fewt％≤(2Mn)wt％；其中，Fe为附带的元素。8.生产该铝合金材料的方法，其包括以下步骤：(1)制造如权利要求1～7中任一项所述的铝合金材料的铸锭；(2)对所得铸锭进行均匀化热处理；(3)对经均匀化热处理的铸锭进行热轧变形和冷轧变形加工，从而得到所需规格的铝合金板材；(4)对变形加工后的铝合金板材进行固溶热处理；(5)将经固溶热处理后的铝合金板材迅速冷却到室温；和(6)对铝合金板材进行自然时效或人工预时效处理获得良好的性能匹配，以满足汽车厂车身板制造的需要。9.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤(1)中，采用熔炼、除气、除夹杂及半连续铸造的方式进行铸锭的制造；在熔炼过程中，以Mg、Zn为核心来精确控制元素含量，通过在线成分检测分析，快速补充调整合金元素之间的配比，并完成全部的铸锭制造过程。10.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤(1)中，在熔炼、除气、除夹杂及半连续铸造过程中，进行电磁搅拌、超声搅拌或机械搅拌。11.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤(2)中，所述均匀化热处理通过选自下组的方式中的一组的方式进行：1)在360～560℃范围内，进行总时间为16～60h的连续升温均匀化热处理，且1℃/h<升温速率≤30℃/h；和2)在400～560℃范围内，进行总时间为12～60h的多级均匀化热处理。12.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤(3)中包括以下工序：1)先对锭坯进行预热处理，预热温度为380～460℃，时间为1～6h，再通过交替换向轧制或顺轧的方式对锭坯进行热轧变形加工，初轧温度为380～450℃，终轧温度为320～400℃，总变形量大于60％，得到5～10mm厚度规格的热轧坯料；2...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊柏青，李锡武，张永安，李志辉，刘红伟，王锋，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：