汽車(chē)覆蓋件用6×××系鋁合金板材預(yù)時(shí)效工藝研究

代陳緒

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶　九龍坡　401326）

汽車(chē)覆蓋件用6×××系鋁合金板材預(yù)時(shí)效工藝研究

代陳緒

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶九龍坡401326）

通過(guò)對(duì)6×××系鋁合金預(yù)時(shí)效處理工藝的研究，開(kāi)發(fā)出能同時(shí)顯著改善6×××系鋁合金車(chē)身板沖壓成形性和烤漆硬化性的熱處理工藝技術(shù)。結(jié)果表明：固溶水淬后室溫停放10min的鋁板，最佳的預(yù)時(shí)效制度為140℃×12min，鋁板經(jīng)上述工藝制度預(yù)時(shí)效處理后的σ0.2≤142MPa、σb≥266MPa、δu≥18.4%、δb≥24%、n≥0.26、r15≥0.66，再經(jīng)170℃30min烤漆后其σ0.2≥225MPa。

6×××系車(chē)身板；預(yù)時(shí)效處理；成形性；FLD

0 前言

近年來(lái)，能否在減輕汽車(chē)自重、降低能耗、減少?gòu)U氣排放、降低噪音及提高效率的基礎(chǔ)上裝備更多的高新科技裝備，成為各大汽車(chē)生產(chǎn)廠家提高競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。而要達(dá)到此目的，關(guān)鍵是減輕汽車(chē)本身的質(zhì)量。有數(shù)據(jù)表明[1]：汽車(chē)自重每降低100kg，油耗就可以減少0.7L/km。與汽車(chē)用鋼鐵材料相比，鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度較高、彈性好、抗沖擊性能好和相當(dāng)高的再回收率、再生率等一系列優(yōu)良特征，因此受到了人們的普遍關(guān)注。據(jù)歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)[2]：今后5年內(nèi)平均汽車(chē)耗鋁量將達(dá)150kg/輛。美國(guó)資深汽車(chē)工程師David Scholes也預(yù)言[3、4]：未來(lái)轎車(chē)上的每一個(gè)零件都有可能用鋁合金生產(chǎn)，10～15年后會(huì)有越來(lái)越多的鋁合金用于汽車(chē)，而且鋁合金制品完全可能比塑料還輕。Rolls-Royce推出的一款轎車(chē)，其車(chē)身框架全部用鋁合金制成，是迄今為止在轎車(chē)上用量最大的鋁合金整體結(jié)構(gòu)[5]。雖然鎂合金的密度更小，僅為鋁的2/3，意大利FIAT公司也成功開(kāi)發(fā)鎂合金使汽車(chē)部件減輕25%[6]，但考慮到鎂合金存在易腐蝕、強(qiáng)度相對(duì)較低、高溫蠕變抗力較差及價(jià)格等綜合因素，鋁合金無(wú)疑是現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的輕質(zhì)材料。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

合金板材化學(xué)成分參照表1。

表1　合金板材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.1熱處理工藝

結(jié)合我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際條件，板材固溶淬火后在室溫停放10min，在很寬的預(yù)時(shí)效加熱溫度范圍（140℃～350℃）、較寬的預(yù)時(shí)效加熱時(shí)間范圍（10s～5min）內(nèi)系統(tǒng)研究了預(yù)時(shí)效工藝制度對(duì)合金板材沖壓成形性及烤漆硬化性的影響。

1.2測(cè)試方法

采用CMT5105－SANS微型電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)定材料的常規(guī)力學(xué)性能和階段n值、平均n值、r值；采用BCS-30D通用板材成形試驗(yàn)機(jī)測(cè)定樣品的IE值（杯突實(shí)驗(yàn)）并對(duì)FLD樣品沖壓成形；采用TE應(yīng)變系統(tǒng)印制網(wǎng)格基圓并測(cè)量計(jì)算沖壓后板材長(zhǎng)短軸對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量；板材的固溶處理采用中溫鹽浴爐進(jìn)行；采用Wolpert公司生產(chǎn)的450SVDTM維氏硬度計(jì)測(cè)量硬度；采用SETARAMDSC131熱分析儀測(cè)量DSC。

2 預(yù)時(shí)效工藝對(duì)板材性能的影響

本文針對(duì)所需合金板材，通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了預(yù)時(shí)效制度對(duì)鋁板成形性和烤漆硬化性的影響規(guī)律。板材經(jīng)固溶（550℃×10min）水淬后，再進(jìn)行不同溫度不同時(shí)間的預(yù)時(shí)效處理。所有合金板材預(yù)時(shí)效處理后再在室溫停放2周（即充分自然時(shí)效，以滿(mǎn)足汽車(chē)車(chē)身用鋁板從鋁合金板材生產(chǎn)廠運(yùn)送至汽車(chē)廠間的物流時(shí)間要求），然后進(jìn)行模擬烤漆處理（170℃×30min）和拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定其基本成形性指標(biāo)及烤漆后的強(qiáng)度和延伸率。為方便比較預(yù)時(shí)效工藝對(duì)鋁板性能的影響，本文還將冷軋鋁板經(jīng)550℃×10min固溶水淬后再在室溫停放2周（即T4態(tài)），然后進(jìn)行模擬烤漆處理（170℃×30min）和拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)定其基本成形性指標(biāo)及烤漆后的強(qiáng)度和延伸率作為參比。

2.1不同預(yù)時(shí)效工藝下鋁板性能的變化

由圖1～圖8中可知，隨著溫度的升高，在相同的預(yù)時(shí)效時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，預(yù)時(shí)效后板材的屈服強(qiáng)度越來(lái)越高，而在相同的預(yù)時(shí)效溫度下，在≤170℃時(shí)，預(yù)時(shí)效溫度小于7min的情況下，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，屈服強(qiáng)度越來(lái)越低，遠(yuǎn)低于參照工藝下的屈服強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)時(shí)效效果，且能在相同烤漆工藝（170℃×30min）下具有良好的烤漆硬化性能，最大BH值大于80MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了使用要求，預(yù)時(shí)效溫度＞170℃時(shí)，隨著預(yù)時(shí)效溫度的升高，預(yù)時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)，預(yù)時(shí)效后的屈服強(qiáng)度越高，且延伸率急速降低，無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)覆蓋件板材的使用要求，只有在較短的預(yù)時(shí)效時(shí)間內(nèi)，才能達(dá)到低溫下長(zhǎng)時(shí)間預(yù)時(shí)效達(dá)到的效果。綜合汽車(chē)覆蓋件板材使用上對(duì)烤漆前板材性能低屈服強(qiáng)度、高延伸率、高n值、r值的要求，擬定出如表2中所示的最佳預(yù)時(shí)效工藝。

圖1　140℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖2　170℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖3　190℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖4　210℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖5　240℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖6　270℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖7　300℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

圖8　350℃預(yù)時(shí)效處理預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁板性能的影響

表2　固溶水淬后室溫停放10min經(jīng)最佳預(yù)時(shí)效工藝處理后的性能指標(biāo)及經(jīng)參比工藝處理后的性能指標(biāo)

對(duì)經(jīng)過(guò)如表2中所示的典型預(yù)時(shí)效工藝處理后的板材進(jìn)行FLD實(shí)驗(yàn)，繪制出的成型極限圖如圖9中所示，由固溶水淬后室溫停放10min+350℃×1min預(yù)時(shí)效后的成形極限圖的FLD0點(diǎn)高于T4態(tài)，因此可以了解平面應(yīng)變點(diǎn)較T4態(tài)的平面應(yīng)變點(diǎn)高，由此可以推斷經(jīng)過(guò)固溶水淬后室溫停放10min+350℃×1min預(yù)時(shí)效制度處理后的合金板材的成形性能較T4態(tài)有所提高。而在“拉-拉”和“拉-壓”兩種方向上的應(yīng)變變化曲線(xiàn)上可以知道，經(jīng)過(guò)固溶水淬后室溫停放10min+140℃×12min預(yù)時(shí)效在兩種應(yīng)變變化趨勢(shì)上發(fā)現(xiàn)板材各個(gè)位置上的應(yīng)變變化不大，板材的各個(gè)位置成形性能比較均勻，由此可以推斷，固溶水淬后室溫停放10min+140℃×12min預(yù)時(shí)效這種處理制度，對(duì)于試驗(yàn)用合金比較有用，對(duì)比T4態(tài)的成形極限曲線(xiàn)則能發(fā)現(xiàn)其在經(jīng)過(guò)這種時(shí)效處理后的合金板材成形性能會(huì)得到改善。

圖9　不同工藝熱處理后板材的FLD　

3 結(jié)論

在固溶工藝550℃×10min處理后水淬，室溫停放10min的鋁板，最佳的預(yù)時(shí)效制度為140℃×12min，鋁板經(jīng)上述工藝制度預(yù)時(shí)效處理后的σ0.2≤142MPa、σb≥266MPa、δu≥18.4%、δb≥24%、n≥0.26、r15≥0.66，再經(jīng)170℃×30min烤漆后其σ0.2≥225MPa。

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（編輯：楊毅）

Pre-aging Process of 6×××Aluminum Alloy Sheet for Automotive Covering Parts

DAI Chen-xu
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

The purposes of the present study are to develop a suitable heat treatment process by which both the pressing formability and the hardening effect during paint baking for 6××× aluminum alloy can be improved. The results show that the optimal pre-aging system is pre-aging at 140℃ for 12min for the aluminum plate which is holding for 10min after water quenching.σ0.2≤142MPa、σb≥266MPa、δu≥18.4%、δb≥24%、n≥0.26、r15≥0.66 can be obtained by above pre-aging process for aluminum sheet, and σ0.2≥225MPa can be obtained after paint baking at 170℃ for 30min.

6××× series aluminum alloy sheets for automotive body; pre-aging treatment; formability; FLD

TG146.21，TG166.3

B

1005-4898(2014)04-0032-06

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.08

代陳緒（1987-），女，重慶九龍坡區(qū)人，東北大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，助理工程師。

2014-05-10