[發明專利]一種車身結構用低成本高成形性鋁合金板材及其制備方法

有效

• 申請號: 202010460504.7
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111593239B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 郭明星;袁亮亮;莊林忠;張濟山;吳長旻
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;南京啟智浦交科技開發有限公司
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03;C22F1/053;C21D9/00;B21B1/46;B21B3/00;B21B37/00;B21B37/74
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公布一種車身結構用低成本高成形性鋁合金板材及其制備方法，屬于鋁合金技術領域。其可利用回收鋁或普鋁配制Al?Zn?Mg?Cu?Fe系合金，在非真空下利用中頻感應熔煉合金，并將其澆鑄在水冷鋼模內冷卻；對鑄錠進行一定時間的低溫熱處理，然后一定溫下熱軋；短時均勻化調控沉淀相、溶質元素分布和原生富鐵相分布狀態；隨后進行二次熱軋(根據原生富鐵相濃度確定熱軋變形量)，順序進行一定量冷軋+中間退火+二次冷軋處理；高溫短時固溶處理，隨后將固溶處理后的合金板材淬火冷卻至室溫；將淬火態試樣快速轉移至時效爐內進行等溫預時效處理，穩定合金組織和性能。該系合金不僅可充分利用回收鋁或普鋁熔鑄，降低成本，而且工藝調控后還可具有優異的室溫沖壓成形性能。

技術領域

本發明屬于鋁合金技術領域，特別針對車身結構件用高強度鋁合金板材成本較高，室溫沖壓成形性能較低等問題，以及汽車領域對低成本高強高成形性鋁合金板材的迫切需求，提出一種車身結構用低成本高強高成形性鋁合金板材及其制備方法，其可以有效利用和調控合金內原生富鐵相尺寸和分布，并對合金組織和性能產生積極影響。

背景技術

隨著汽車數量的增加，能源消耗和空氣污染已引起全球各國的重視。而汽車輕量化是解決上述問題的有效途徑之一。鋁合金由于質輕、耐蝕、比強度高、易加工、表面美觀、儲量豐富以及可回收循環利用等特性，已成為汽車輕量化的關鍵材料。此外，據統計在汽車中采用鋁合金所節省的能量是生產該零件所用原鋁耗能的6～12倍。因此，汽車輕量化用先進鋁合金板材的開發和應用已經引起全球汽車生產廠家以及科研人員的廣泛重視，而且近幾年汽車用鋁量也在逐年增加。

除鑄造鋁合金之外，汽車輕量化更為重要的是變形鋁合金的開發和應用。由于系列鋁合金的性能差異，其在車身上的應用也有重大差異。5xxx系鋁合金由于成形性能好，普遍應用于車身內板的制造，而6xxx系鋁合金由于成形性能和烤漆硬化增量均較好，普遍應用于車身外板的制造。隨著應用的不斷深入，近期研究和應用過程中發現，如果車身結構件仍然使用鋼板制造，車身外板鋁合金與鋼結構件連接會存在較多問題，如鋼鋁焊接難，應力腐蝕等問題。因此，以往主要應用于航空領域的7xxx系鋁合金開始被關注，并期望能夠廣泛應用于車身結構件的制造，從而更好解決上述鋼鋁連接等問題。但是高強度7xxx系鋁合金普遍存在成本高、沖壓成形性能較差等問題，這是制約其在車身結構件上廣泛應用的關鍵。近期，已有大量研究表明，熱成形或溫成形均可促進該系合金板材的成形性能，但是成形工藝復雜，生產成本較高，而且溫、熱成形時很容易影響沉淀相的分布進而使得合金板材強度降低，這非常不利于該系合金在車身結構件上的廣泛應用。由此可見，為了更好滿足實際應用需求，急需充分利用回收鋁或普鋁熔鑄合金并結合進一步的成分設計優化以及熱加工工藝對合金組織演化進行調控，進而在保證大幅降低其生產成本的同時，也能保證其室溫沖壓成形性能優異，只有這樣才能快速推進其在汽車車身結構件上的廣泛應用，同時對于加快汽車輕量化進程也具有重要促進作用。

發明內容

為了更好滿足車身結構件對低成本、高強、高成形性Al-Zn-Mg-Cu系合金的迫切需求，同時為了解決該系合金板材傳統熱加工工藝復雜，生產成本高，以及所生產的合金板材室溫沖壓成形性能較低等問題，本發明提出一種車身結構用低成本高強高成形性Al-Zn-Mg-Cu-Fe系鋁合金板材及其制備方法。

一種車身結構用低成本高成形性鋁合金板材，其特征在于，所述車身結構用低成本高強高成形性鋁合金為Al-Zn-Mg-Cu-Fe系合金，化學成分及其質量百分比含量為：Zn：4.5～6.8wt％，Mg：1.0～2.2wt％，Cu：1.0～2.2wt％，Fe：0.15～0.7wt％，Mn：0.05～0.3wt％，Ni：0.01～0.06wt％，Ti：0.05～0.2wt％，B0.01wt％，Si0.01wt％，余量為Al。

優選的，所述Al-Zn-Mg-Cu-Fe系合金化學成分及其質量百分比含量為：Zn：4.6～6.0wt％，Mg：1.0～2.0wt％，Cu：1.5～2.2wt％，Fe：0.2～0.7wt％，Mn：0.08～0.3wt％，Ni：0.03～0.06wt％，Ti：0.08～0.2wt％，B0.01wt％，Si0.01wt％，余量為Al。