改善6111铝合金汽车板成形性及烤漆硬化性预热处理工艺

摘要

本发明涉及一种改善6111铝合金汽车板成形性及烤漆硬化性的预热处理工艺，将6111铝合金板材固溶水淬后，室温下停放2小时～5天，进行预热处理，处理温度180℃～200℃，处理时间7min～15min。该工艺所采用的温度较低，时间很短，不会耗费大量能源和不必增加设备及工艺投资。更重要的是6111合金板材经本发明方法处理后其成形性及烤漆后的强度都能得到比较明显的改善，这有利于汽车生产厂提高冲压成品率，降低冲压成本，并且在无需改变现有烤漆工艺及设备的情况下就能进一步挖掘出铝合金时效硬化的潜力，促进汽车生产厂广泛采用铝合金板材来代替钢板生产汽车外车身冲压件以达到减重的目的，因而它能取得显著的社会经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及合金热处理技术领域，具体涉及改善6111铝合金汽车板成形性及烤漆硬化性的预热处理工艺。

背景技术

节能环保、安全可靠的要求使汽车轻量化势在必行。铝合金材料由于具有比强度高、成形性好、抗蚀易回收等特点而成为汽车轻量化的理想材料。由于轿车车身至少占轿车总重量的30％以上，因此近几年来轿车车身的铝化倍受各国轿车制造商的关注。可热处理强化的6000系铝合金固溶淬火态具有良好的成形性能，借助轿车外车身冲压件的涂装烘烤工艺可进一步发挥其时效硬化潜力，因而成为汽车外车身板的理想替换材料。

可热处理强化的6000系铝合金车身板板材是在材料加工厂进行固溶淬火后运送至汽车厂进行冲压然后烤漆制作成外车身构件，在运输过程中铝合金板材会发生自然时效，两周后达到T4状态，其强度较高冲压成形性能不尽如人意，而且冲压后再经烤漆处理其强度不仅无明显提高，有时甚至还略低于来料的T4状态强度，未能发挥6000系铝合金预期的烘烤硬化效应。这种现象严重阻碍了6000系铝合金薄板在汽车外车身冲压成形件的应用。解决这个问题的途径主要有：一是通过固溶处理后低温储藏、低温运输抑制自然时效，避免其对冲压成形性能的不利影响，但实际生产时这种方式难以实现；二是将原来在材料生产厂进行的固溶淬火工艺改在汽车生产厂完成，以便于淬火后板材未明显自然时效硬化时能立即进行冲压成形及烤漆涂装，但这需要汽车厂改变现成的工艺并需增加额外的固溶处理淬火设备；三是通过提高烤漆温度及延长烤漆时间以发挥材料的时效硬化潜能，但这种方法仅能解决6000系铝合金烤漆后强度无明显提高的问题而对改善合金的成形性能无任何帮助，另外该方法的实施还受汽车生产厂现有烤漆工艺的限制；四是通过在材料生产厂进行适当的预热处理工艺而减弱或消除自然时效对冲压成形及烤漆硬化带来的不利影响。

土耳其学者Yucel Birol研究了AA6016合金固溶淬火后10min内在60-200℃进行2-30min的预热处理，发现了固溶淬火后10min内进行温度在140-180℃之间，时间不长于10min的预时效制度能在不削弱AA6016合金板材冲压成形性能和定型性能的基础上，经烤漆涂装后获得良好的烘烤硬化效应。但该研究结果要求固溶淬火后到预时效处理之间的转移时间太短，工业化生产几乎无法实现。国内关绍康和姚波曾研究了Al-Mg-Si-Cu合金固溶淬火后立即进行150℃预时效5min的预时效工艺，报道了预时效后模拟烘烤的硬度高于未预时效模拟烘烤的硬度的结果，该研究结果同样存在转移时间太短而无法应用于工业化生产，而且其并没有系统研究预时效工艺，也未涉及铝合金板材成形性能的研究内容。

发明内容

针对现有6111铝合金汽车板热处理工艺存在的问题，本发明提供一种能实现工业化生产的改善6111铝合金汽车板成形性及烤漆硬化性的预热处理工艺。

本发明以国外已经应用于生产轿车车身外皮的6000系铝合金中强度最高的6111合金薄板为研究对象，6111合金的成分以质量百分比为：0.6～1.1％Si，0.5～1.0％Mg，0.5～0.9％Cu，0.1～0.45％Mn，0.4％Fe，0.1％Cr，0.15％Zn，0.1％Ti，余量为Al。

本发明预热处理工艺是在将6111铝合金板材固溶处理后、冲压成形前进行的。在系统研究了6111合金薄板在固溶处理过程中强化相溶解程度、晶粒形态及织构演变的影响规律，及其对合金薄板的成形性的影响规律和在板材成形后的烤漆硬化过程中沉淀强化相析出动力学、GP区形成及回溶特征、β″相形核及长大等过程的影响规律研究的基础上，通过进行多种热处理制度研究，优化出最佳热处理制度为：将6111合金薄板固溶淬火处理后，室温下停放2小时～5天，进行预热处理，处理温度180℃～200℃，处理时间7min～15min。由于本发明的方法只需材料生产厂将铝合金板材固溶处理后，在2小时～5天内再进行一次(180℃～200℃)×(7min～15min)的热处理，从工艺上来说2小时～5天的转移时间在现场很容易实现，(180℃～200℃)×(7min～15min)的热处理工艺在现有的铝合金生产线上实施控制简单方便。

本发明方法虽然给材料生产厂增加了一道工序，但该方法所采用的温度较低，时间很短，不会耗费大量能源和不必增加设备及工艺投资。更重要的是6111合金薄板经本发明方法处理后其成形性及烤漆后的强度都能得到比较明显的改善，这有利于汽车生产厂提高冲压成品率，降低冲压成本，并且在无需改变现有烤漆工艺及设备的情况下就能进一步挖掘出铝合金时效硬化的潜力，促进汽车生产厂广泛采用铝合金板材来代替钢板生产汽车外车身冲压件以达到减重的目的，因而它能取得显著的社会经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明工艺作进一步的补充与说明。各实施例采用的6111铝合金成分以质量百分比计为：1.05％Si，0.68％Mg，0.68％Cu，0.29％Mn，0.29％Fe，0.15％Zn，0.1％Cr，0.1％Ti，余量为Al。

实施例1

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放1天后，在烘干箱中进行180℃×10min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例2

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放2小时后，在烘干箱中进行180℃×6min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例3

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放5天后，在烘干箱中进行195℃×8min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例4

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放2天后，在烘干箱中进行190℃×10min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例5

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放3天后，在烘干箱中进行185℃×12min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例6

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放6小时后，在烘干箱中进行200℃×13min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例7

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放5天后，在烘干箱中进行180℃×15min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例8

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放4天后，在烘干箱中进行200℃×7min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例9

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放2天后，在烘干箱中进行183℃×7min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例10

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放1天后，在烘干箱中进行200℃×9min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例11

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放12小时后，在烘干箱中进行195℃×8min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例12

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放3天后，在烘干箱中进行195℃×7min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例13

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放4天后，在烘干箱中进行190℃×15min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例14

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放18小时后，在烘干箱中进行185℃×14min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

实施例15

6111合金铸锭在循环风炉中经470℃×5h+525℃×18h均匀化处理后，切头铣面、热轧并最后冷轧成1.2mm厚的薄板。薄板在盐浴炉中进行540℃×30min固溶处理水淬后，室温停放4小时后，在烘干箱中进行190℃×7min的热处理，再在室温下停放2周后进行拉伸和杯突试验，模拟170℃×30min烤漆加热处理是在烘干箱中进行的。

以实施例1～15所处理的6111薄板供货状态性能指标和烤漆处理后的性能指标同T4状态(固溶处理水淬+室温停放2周)6111合金薄板作比较见表1：

表1  经发明工艺处理后与T4状态6111合金薄板供货状态性能指标和烤漆处理后的性能指标

  实施例  供货状态性能指标  170℃×30min烤漆后σ_0.2(MPa)σ_b(MPa)r₁₅n₁₅I_E(mm)  δ(％)δ_u(％)σ_0.2(MPa)σ_b(MPa)  1  165  285  0.71  0.27  7.5  26  21  210  335  2  170  288  0.68  0.27  7.2  25  20  209  326  3  181  325  0.66  0.27  7.4  25  20  227  322  4  173  307  0.68  0.28  7.7  26  20  201  324  5  175  294  0.73  0.26  7.2  23  19  218  334  6  179  305  0.67  0.27  7.1  26  21  211  321  7  168  300  0.73  0.26  7.2  24  19  215  337  8  162  291  0.71  0.27  7.3  22  18  218  323  9  169  301  0.68  0.26  7.1  23  20  195  323  10  176  323  0.65  0.29  7.8  27  22  202  329  11  166  298  0.72  0.27  7.4  23  19  207  323  12  187  298  0.74  0.26  7.4  22  18  216  330  13  177  304  0.75  0.25  7.0  20  18  219  328  14  182  319  0.67  0.27  7.2  25  19  212  327  15  174  296  0.70  0.28  7.6  25  20  217  331  比较例  190  331  0.65  0.27  7.1  25  19  192  316

由表1可见，经本发明工艺处理后的6111合金薄板供货状态下的冲压性能明显改善，烤漆后的强度均有所提高，这很好地体现了本发明的价值。