CN101985707A

CN101985707A - 6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料

Info

Publication number: CN101985707A
Application number: CN 201010545142
Authority: CN
Inventors: 纪艳丽; 钟皓; 胡平; 郭富安
Original assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Current assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-03-16

Abstract

本发明提供一种6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其成分：Si 0.50～1.00wt％，Mg 0.60～1.30wt％，Cu 0.01～0.30wt％，Mn 0.05～0.20wt％，Cr≤0.10wt％，Ti≤0.15wt％，Fe 0.05～0.25wt％，余量为Al。材料铸造成型后，进行均匀化退火处理，然后热轧、冷轧、固溶处理，然后自然时效。其冲压前的屈服强度低于130MPa，而烤漆后屈服强度大于230MPa、抗拉强度大于310MPa。该材料具有较高的烘烤硬化性能，同时材料的成形性能满足使用需要，是制造汽车车身的理想材料。

Description

6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料

技术领域

本发明涉及一种6系铝合金，尤其涉及一种具有较高烘烤硬化性的6xxx系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，属于铝合金技术领域。

背景技术

汽车轻量化是汽车的发展方向之一，而汽车的铝合金化则是轻量化的重要手段。近年来，汽车车身铝合金板的开发一直是国内外研究的重点，其主要集中在2xxx系，5xxx系和6xxx系三大系列。但目前发展趋势是开发6xxx系车身板用铝合金。

该系合金通常以T4(固溶淬火+自然时效)或T4P(固溶淬火+预时效)状态供货。一般要求该材料在汽车厂冲压前屈服强度较低，加工硬化率及延伸率较高，从而提供良好的成形性能，冲压制品在最后的烤漆过程中通过时效强化获得较高的强度，以保证汽车板材料在服役过程中具有较高的抗冲击性能。目前获得应用的汽车车身板用6xxx系铝合金主要有AA6111合金、AA6016和AA6022铝合金。国内由于汽车板材冲压成形的问题不能妥善解决还无法进行汽车车身用6xxx系铝合金板的工业化生产，国产汽车车身板的铝化率基本为零。

目前国内对6xxx系铝合金的研究主要集中在AA6111合金上。AA6111合金烘烤硬化性较好，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下降、翻边延性较差，难以全部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合金为低Cu合金，具有较好的成形性能，但其烘烤硬化性相对6111合金的低。

因此需要开发一种低Cu的6xxx系铝合金，且该合金具有较高的烘烤硬化性能同时，满足成形性能的需要，成为汽车车身材料开发的关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有汽车车身用铝合金性能的不足，在现有车身用铝合金成分的基础上，通过合金成分的调整，提供一种兼顾较好的烘烤硬化性能及成形性能的6xxx系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，成分的质量百分含量为：Si0.50～1.00wt％，Mg 0.60～1.30wt％，Cu 0.01～0.30wt％，Mn 0.05～0.20wt％，Cr≤0.10wt％，Ti≤0.15wt％，Fe 0.05～0.25wt％，余量为Al。

进一步地，上述的6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其中，Si 0.50～0.75wt％，Mg 0.60～0.80wt％，Cu 0.10～0.30wt％，Mn 0.05～0.10wt％，Cr≤0.10wt％，Ti≤0.15wt％，Fe 0.05～0.15wt％，余量为Al。

更进一步的，上述的6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其中，镁的质量百分含量大于1.3-0.66×Si，Mn 0.10～0.20wt％，Fe 0.15～0.25wt％。

上述6xxx系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，铸造成型后，进行均匀化退火热处理，然后热轧、冷轧、固溶处理；在冲压成形前至少自然时效一天。其冲压前的屈服强度低于130MPa；而烤漆后屈服强度大于230MPa、抗拉强度大于310MPa。该材料具有较高的烘烤硬化性能，且其成型性能满足加工要求。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明控制6xxx系铝合金中主要合金元素Mg、Si、Cu的含量，使材料具有较高烘烤硬化性能，同时保证材料具有较高加工硬化能力、成形性能；另一方面合理控制微量元素Fe、Mn的含量，以控制材料的晶粒尺寸等，从而达到进一步提供材料成形性能的目的。多种技术措施确保材料具有较好的综合力学性能，是制造汽车车身的理想材料，较好满足汽车工艺的使用要求。

具体实施方式

针对现有商业用汽车车身用6系铝合金或是强度较低，成形性能较差(尤其是冲压前屈服强度过高)的现状，通过合理调整各合金元素的含量，以达到兼顾较好的成形性能与烘烤硬化性的目的。

本发明6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，成分的质量百分含量为：Si 0.50～1.00wt％，Mg 0.60～1.30wt％，Cu 0.01～0.30wt％，Mn0.05～0.20wt％，Cr≤0.10wt％，Ti≤0.15wt％，Fe 0.05～0.25wt％，余量为Al。理想的成分配比为：Si 0.50～0.75wt％，Mg 0.60～0.80wt％，Cu0.10～0.30wt％，Mn 0.05～0.10wt％，Cr≤0.10wt％，Ti≤0.15wt％，Fe0.05～0.15wt％，余量为Al。镁的质量百分含量大于1.3-0.66×Si，Mn 0.10～0.20wt％，Fe 0.15～0.25wt％。

Mg、Si元素是6xxx系铝合金中的主要合金元素，其含量及比例不仅决定了材料的强度水平(烤漆性能)，也决定了材料的成形性能。通常材料中Mg较高时，材料的加工硬化指数较高，成形性能较好。但Mg含量过高，冲压部件表面容易出现吕德斯带，从而影响部件的表面质量；在6xxx系铝合金中，通常含有过量的Si元素(相对于平衡的Mg₂Si成分而言)，以增大烘烤硬化性。但Si元素过多则容易在组织中形成过量的Mg₂Si或过剩Si颗粒，此时材料的强度不能得到提高，反而出现成形性能下降的现象；Cu在6xxx系铝合金中主要起提高烘烤硬化性的目的。但Cu含量过高，则降低材料的耐蚀性能。因此当Si 0.50～1.00wt％，Mg 0.60～1.30wt％，Cu0.01～0.30wt％时，材料即能具有较高烘烤硬化性能，又能具有较高的成形性能及耐蚀性能。

Mn、Fe元素为主要微量添加元素，目的为控制材料的晶粒尺寸。Mn的含量为0.05～0.20wt％，Fe 0.05～0.25wt％。Mn、Fe含量过低，达不到控制晶粒尺寸的目的，过高则形成大量的粗大化合物，从而降低材料的成形性能。当Si 0.50～0.75wt％，Mg 0.60～0.80wt％时，Mn可为0.05～0.10wt％，Fe为0.05～0.15wt％。一方面保证了细化晶粒的效果，另一方面避免过多的Mg、Si元素与Mn、Fe元素结合，从而降低强化效果；同时当材料中镁的质量百分含量大于1.3-0.66×硅的质量百分比。由于Mg、Si元素含量较多，材料中可能会出现过剩的Mg₂Si相，降低材料的成形性能。此时Mn、Fe元素可为其含量的上限，即Mn 0.10～0.20wt％，Fe可为0.15～0.25wt.％。较高的Mn、Fe含量，能够消耗掉部分多余的Mg、Si元素，并形成控制晶粒尺寸的第二相。

同时Cr应保证小于等于0.1wt％；Ti小于等于0.15wt％，则可进一步保证材料的成形性能。

以上获得的合金，铸造成型后，进行均匀化退火热处理，然后热轧、冷轧、固溶处理，自然时效1天以上，其屈服强度低于130MPa；而烤漆后屈服强度大于230MPa、抗拉强度大于310MPa。

实施例1

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.50wt％，Mg 0.60wt％，Mn 0.20wt％，Fe 0.05wt％，Cu 0.30wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例2

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.60wt％，Mg 1.30wt％，Mn 0.18wt％，Fe 0.25wt％，Cu 0.01wt％，Ti 0.10wt％，Cr 0.08wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例3

铝合金成分以质量百分比计为：Si 1.00wt％，Mg 0.60wt％，Mn 0.05wt％，Fe 0.05wt％，Cu 0.20wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例4

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.75wt％，Mg 0.60wt％，Mn 0.05wt％，Fe 0.15wt％，Cu 0.10wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例5

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.50wt％，Mg 0.80wt％，Mn 0.10wt％，Fe 0.05wt％，Cu 0.30wt％，Ti 0.12wt％，Cr 0.09wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例6

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.70wt％，Mg 0.75wt％，Mn 0.08wt％，Fe 0.08wt％，Cu 0.25wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例7

铝合金成分以质量百分比计为：Si 1.00wt％，Mg 0.70wt％，Mn 0.10wt％，Fe 0.15wt％，Cu 0.01wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例8

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.50wt％，Mg 1.00wt％，Mn 0.20wt％，Fe 0.25wt％，Cu 0.30wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例9

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.70wt％，Mg 1.05wt％，Mn 0.16wt％，Fe 0.20wt％，Cu 0.15wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

比较例1

铝合金成分以质量百分比计为：Si 0.80wt％，Mg 1.50wt％，Mn 0.08wt％，Fe 0.10wt％，Cu 0.30wt％，Ti 0.20wt％，Cr 0.08wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

比较例2

铝合金成分以质量百分比计为：Si 1.30wt％，Mg 1.40wt％，Mn 0.05wt％，Fe 0.16wt％，Cu 0.30wt％，Ti 0.15wt％，Cr 0.10wt％，余量为Al。铝合金铸锭经均匀化处理后，热轧并冷轧至1mm的薄板；薄板经过固溶处理后水淬，自然时效两周后模拟冲压并烤漆处理(2％预变形+175℃×30min)。

实施例1～9所示的薄板固溶后自然时效两周后及模拟烤漆后的性能指标与比较例1～2的性能对比，详细见表1。

表1

综上所述，本发明通过合理调整6xxx系铝合金中Si、Mg、Cu的含量，从而使材料兼顾较好的成形性能及烘烤硬化性能；同时优化微量元素，进一步提高材料的成形性能。多种技术措施确保材料具有较好的综合力学性能，是制造汽车车身的理想材料，较好满足汽车工艺的使用要求，市场应用前景广阔。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其特征在于其成分的质量百分含量为：

Si 0.50～1.00wt％；

Mg 0.60～1.30wt％；

Cu 0.01～0.30wt％；

Mn 0.05～0.20wt％；

Cr ≤0.10wt％；

Ti ≤0.15wt％；

Fe 0.05～0.25wt％；

余量为Al。

2.根据权利要求1所述的6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其特征在于成分的质量百分含量为：

Si 0.50～0.75wt％；

Mg 0.60～0.80wt％；

Cu 0.10～0.30wt％；

Mn 0.05～0.10wt％；

Cr ≤0.10wt％；

Ti ≤0.15wt％；

Fe 0.05～0.15wt％；

余量为Al。

3.根据权利要求1所述的6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其特征在于：镁的质量百分含量大于1.3-0.66×Si，Mn 0.10～0.20wt％，Fe 0.15～0.25wt％。

4.根据权利要求1所述的6系汽车车身用高烘烤硬化性铝合金材料，其特征在于：所述材料冲压前的屈服强度低于130MPa，而烤漆后屈服强度大于230MPa、抗拉强度大于310MPa。