[發(fā)明專利]一種車用高性能鋁合金原生相離散的復(fù)合物理場調(diào)控方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911303514.3
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111057979B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭明星;莊林忠;張濟山;吳長旻;鄒小俊;王磊;齊珮欣
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué);南京啟智浦交科技開發(fā)有限公司;南京依維柯汽車有限公司
• 主分類號: C22F1/053
• 分類號: C22F1/053;C22C21/10;C22C1/03
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明公開了一種車用高性能鋁合金原生相離散的復(fù)合物理場調(diào)控方法，屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：配置Al?Mg?Si?Cu?Zn系合金；中頻感應(yīng)熔煉，熔煉后將熔體降溫處理，準(zhǔn)備后續(xù)電磁+超聲復(fù)合物理場處理；采用電磁場和超聲物理場對合金熔體降溫過程進(jìn)行復(fù)合物理場協(xié)同作用；將熔體澆注到成型模具中進(jìn)行冷卻；雙級熱處理調(diào)控合金組織和原生富鐵相分布狀態(tài)；熱軋?zhí)幚恚豁樞蜻M(jìn)行冷軋+中間退火+冷軋?zhí)幚怼＝?jīng)此方法調(diào)控可使合金內(nèi)原生富鐵相不僅尺寸呈多尺度分布特征，而且也能獲得均勻離散分布狀態(tài)。本發(fā)明方法適用于汽車以及其他高新技術(shù)領(lǐng)域用新型鋁合金的制造，特別是對沖壓成性能、強度、表面質(zhì)量和彎邊性能等均有較高要求的復(fù)雜形狀零部件制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種車用高性能鋁合金原生相離散的復(fù)合物理場調(diào)控方法，特別針對汽車領(lǐng)域車身外板用高成形性、高彎邊性能鋁合金板材而開發(fā)，該種處理方法可以有效調(diào)控合金基體內(nèi)原生相的尺寸以及分布狀態(tài)，進(jìn)而大幅度提高合金的綜合性能。

背景技術(shù)

隨著人們生活水平的提高，汽車數(shù)量不斷增加，尾氣排放和空氣污染不容忽視。因此，各國紛紛開展汽車輕量化的相關(guān)研究。途徑之一是采用輕質(zhì)鋁合金替代原有的鋼鐵材料，這不僅由于鋁合金具有高比強度、易回收以及加工性能好等優(yōu)點，而且還具有其它特殊性能，如6xxx系鋁合金(即Al-Mg-Si系)，其還具有可熱處理強化、耐蝕性好、焊接性好、易于表面著色、成形性好以及高烤漆硬化等優(yōu)點，其非常適合作為車身外板材料。不過與以往的汽車用鋼相比其生產(chǎn)成本仍然較高，沖壓成形性能仍然有待進(jìn)一步提高。

考慮到回收鋁相對價格較低，如果車身外板用6xxx系鋁合金能夠直接用回收鋁進(jìn)行熔煉制備，那么其生產(chǎn)成本一定可以獲得顯著降低。但是回收鋁雜質(zhì)元素較多，尤其雜質(zhì)元素Fe不僅會廣泛存在，而且含量普遍較高，這使得后續(xù)6xxx系鋁合金用回收鋁熔煉時必然會產(chǎn)生AlFeSi或者Al(FeMn)Si相。根據(jù)以往大量研究表明，F(xiàn)e含量濃度增加后，鑄態(tài)鋁合金基體內(nèi)很容易產(chǎn)生枝晶狀、長棒狀或者粗大原生富鐵相。雖然原生富鐵相在后續(xù)熱加工過程中，如均勻化、熱軋、冷軋、中間退火以及固溶處理等，可以發(fā)生破碎而得到細(xì)化，控制合理還可產(chǎn)生微米級和納米級共存的多尺度粒子共存現(xiàn)象，此種多尺度分布特征對鋁合金組織演化會產(chǎn)生積極影響(如微米級粗大粒子可以在熱加工過程中誘發(fā)PSN效應(yīng)而促進(jìn)再結(jié)晶形核率，細(xì)小納米彌散粒子又可以阻礙再結(jié)晶晶粒長大而細(xì)化合金組織等)，但是不可避免地會殘留部分破碎不徹底并在其內(nèi)部殘留有微裂紋的粗大原生富鐵相粒子，這些粒子的存在會對合金板材的彎邊性能以及沖壓成形性能均產(chǎn)生不利影響。因此，如何能在熔鑄過程對原生富鐵相進(jìn)行有效調(diào)控是制備高性能鋁合金板材的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合后續(xù)熱加工才可能使得合金內(nèi)原生富鐵相分布獲得應(yīng)用要求。這一問題的解決對于汽車用低成本鋁合金材料的開發(fā)和應(yīng)用具有重要意義，同時對于汽車輕量化進(jìn)程的加快也具有重要推動作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了更好滿足汽車輕量化對高性能鋁合金板材的迫切需求，針對Al-Mg-Si-Cu-Zn系合金內(nèi)原生富鐵相尺寸構(gòu)成、分布狀態(tài)及其對合金綜合性能提高促進(jìn)作用不夠理想等問題，開發(fā)一種更加有效促進(jìn)鋁合金內(nèi)原生富鐵相離散分布程度的復(fù)合物理場調(diào)控方法。考慮到超聲物理場可產(chǎn)生空化效應(yīng)，如果能在熔鑄時引入超聲物理場對原生富鐵相進(jìn)行調(diào)控，其尺寸構(gòu)成以及分布狀態(tài)等一定可以獲得改善。而中頻感應(yīng)熔煉可以引入電磁場，電磁場存在時可以使得熔體上下翻轉(zhuǎn)發(fā)生運動。因此，如果在超聲場作用的情況下進(jìn)一步引入電磁物理場，即形成電磁場+超聲場的復(fù)合物理場，那么在復(fù)合物理場協(xié)同作用下，熔體內(nèi)原生富鐵相的形核、長大以及離散分布程度一定可以獲得有效控制。本發(fā)明就是充分利用熔鑄時電磁場和超聲場協(xié)調(diào)作用可有有效促進(jìn)合金內(nèi)原生富鐵相的離散分布程度而開發(fā)的。在開發(fā)過程中通過控制熔鑄過程以及復(fù)合物理場協(xié)調(diào)作用方式、強度以及時間等，同時再輔以后續(xù)合理熱加工過程對合金組織和原生富鐵相分布的綜合調(diào)控，最終使得冷軋態(tài)合金板材內(nèi)原生富鐵相尺寸構(gòu)成以及離散分布程度獲得很好控制，從而實現(xiàn)了有效利用原生富鐵相調(diào)控合金組織和性能，同時又有效避免其不利影響的目的。