一种提高7xxx系铝合金薄板材成形性能和强度的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金技术领域，涉及一种可工业化应用的中高强7XXX系铝合金薄板 材的处理方法，特别针对汽车领域车身结构件用中高强铝合金薄板材而开发，该种处理方 法不仅可以使得铝合金薄板材具有优异的成形性能，而且经过进一步时效处理后还具有非 常高的强度。
【背景技术】
[0002] 随着汽车数量的不断增加，尾气排放对空气污染和气候恶化不容忽视，世界各国 对汽车节能、减排的意识不断增强。因此，如何实现汽车轻量化进而达到节能减排的目的已 经成为汽车领域进一步发展的关键所在。从高速、舒适、美观、耐用、轻量化、节能、环保、降 低综合成本等综合性能方面来看，铝合金无疑是现代汽车工业轻量化的首选材料，世界许 多国家均已大力开展汽车轻量化用铝合金加工、成形和应用的相关研究。目前，汽车工业已 经是我国的支柱产业之一，今后一段时间仍会得到持续高速的发展，因此，研制高性能汽车 用铝合金材料及其制备方法对于提高我国汽车工业的国际竞争力意义重大，同时也会为我 国产生重大的经济效益和社会效益。目前，汽车轻量化用变形铝合金板材主要包括，分别应 用于车身内板和外板的5xxx系和6xxx错合金板材，而汽车结构件仍然以强度较高的钢铁材 料为主。随着汽车轻量化用铝合金板材应用范围的不断扩大，使用过程中发现钢铁结构件 与铝合金车身板材焊接时由于热膨胀系数的差异很容易出现开裂现象，因此，如果能够采 用强度较高的铝合金板材制造车身结构件，那么此种问题必然可以有效避免，同时还可以 进一步降低车身重量。
[0003] 截止到目前为止，由于7XXX系铝合金具有较高的强度，以往该系合金主要应用于 航空领域，而且以中厚板材为主，很少研究不同热加工工艺对7χ ΧΧ系铝合金薄板材组织和 性能的影响规律。由于汽车结构件形状复杂，不仅要求7χΧΧ系铝合金板材具有较高的强度 还要求具有优异的冲压成形性能。已有研究表明，7 ΧΧΧ系铝合金由于强度较高如果在峰时 效态进行冲压成形，其很容易在室温冲压成形过程中发生开裂，或者出现滞后开裂现象;如 果选取在其它强度较低的状态进行冲压成形，如，固溶淬火+自然时效态，虽然在一定程度 上有利于提高冲压成形性能，但是一方面提高幅度有限，另一方面进一步时效达到峰值状 态的强度不能满足应用要求。因此，如何通过工艺调控使得中高强7χ ΧΧ系铝合金薄板材能 够同时兼具有优异的冲压成形性能和强度对于该系合金广泛应用于车身结构件具有重要 意义。
[0004] 考虑到合金板材的冲压成形性能主要受组织和织构控制，晶粒细化和织构弱化均 非常有利于提高合金板材的冲压成形性能。同时合金基体内如果存在一定数量的位错，不 仅可以加快溶质元素的扩散速率，而且还会诱发非均匀形核，充分利用沉淀相均匀和非均 匀形核的协同作用，必然可以使得时效析出沉淀相尺寸细小且分布密度增加，最终必然可 以使得高成形性铝合金板材强度获得大幅度提高。本发明就是基于这一思想进行新工艺开 发的，开发过程中通过热加工工艺调控使得固溶淬火态合金晶粒细化且织构获得显著弱 化，显著降低了板材的各向异性，从而实现了高成形性的目的。同时通过对固溶淬火态合金 板材进行合适的预时效处理，不仅可以使得高成形性合金板材性能稳定(便于放置一段时 间供汽车生产厂家冲压成形），而且还可以结合预变形和二次时效处理，最终使得处理合金 峰时效态强度获得大幅度提高(远高于正常T6峰时效态的强度）。
【发明内容】
[0005] 本发明为了更好满足汽车轻量化用铝合金板材的实际应用需求，针对7XXX系铝合 金强度较高而成形性能较差，或成形后即使继续时效合金强度仍然不够高等问题，开发一 种更加适合汽车结构件用中高强铝合金板材的处理方法。本发明充分利用晶粒细化和织构 弱化均非常有利于提高合金板材的冲压成形性能，以及织构的遗传效应这一特点。在开发 过程中通过合适的中间退火处理使得合金基体内形成一定量的不同尺寸弥散粒子，进而在 后续固溶处理过程中能够既发挥粗大粒子的刺激形核(PSN)效应，又发挥细小粒子对再结 晶晶粒的阻碍作用，使得合金板材晶粒细小。同时通过改变冷乳工艺使得变形织构种类和 含量发生变化，最终使得固溶处理后的合金板材织构也获得大幅度弱化，表现出有优异的 冲压成形性能。同时通过对固溶淬火态合金板材进行合适的预时效处理，使得高成形性合 金板材性能稳定(便于放置一段时间供汽车生产厂家冲压成形）。此外，通过预变形处理可 以使得合金基体内产生一定数量的位错线，这些位错线不仅可以加快溶质元素的扩散速 率，而且还会诱发非均匀形核，充分利用沉淀相均匀和非均匀形核的协同作用可以使得合 金时效析出沉淀相尺寸细小且分布密度增加，最终实现高成形性铝合金板材在后续二次时 效过程中峰时效态强度获得大幅度提高(远高于正常T6峰时效态的强度)的目的。
[0006] 据此，本发明提出一种提高汽车结构件用7XXX系铝合金薄板材成形性能和强度的 处理方法，其特征在于米用如下技术路线：热乳板材(厚度4-8mm) -中间退火(温度360-380 °C，时间l_2h)-交叉冷乳变形(交叉乳制角度20° -65°，变形量50-75 % )-快速升温固溶处 理(升温速率l〇〇°C-300°C/s，温度450°C_480°C，时间2min-30min)-冷水淬火处理-预时 效(温度80°C_120°C，时间0.5-1.5h)-预变形(方式单向拉伸，变形量1 )-二次时效 (温度120°C，时间10h-35h)，即可以保证预时效态合金板材具有优异的冲压成形性能和室 温放置稳定性，又可以保证最终二次峰时效态合金具有更高强度(高于传统单级峰时效态 强度）。
[0007] 优选地，上述技术路线中所述中间退火处理制度为:升温速率50-80°C/min，温度 370-375°C，时间 lh
[0008] 优选地，上述技术路线中所述交叉冷乳工艺为:交叉乳制角度30°-60°，变形量50-60%，道次压下量20-30%。
[0009] 优选地，上述技术路线中所述固溶处理工艺为：升温速率100°c-200°c/s，温度 475-480°C，时间2-10min
[0010]优选地，上述技术路线中所述预时效工艺为:保证固溶淬火板材在5min内转移到 预时效炉中，预时效炉温控制在80-120°C，保温时间0.6-1.2h。
[0011] 优选地，上述技术路线中所述预变形工艺为:预变形方式为单向拉伸，预变形量为 2%~8% ,
[0012] 优选地，上述技术路线中所述二次时效工艺为:保证预拉伸样品在30min内转移到 恒温时效炉中，时效炉温度120°C，保温时间根据时效硬度规律确定。
[0013]通过采用上述的技术方案，本发明具有如下优越性:本发明不仅可以使得7XXX系 铝合金薄板材具有优异的冲压成形性能，而且还可以保证合金板材经二次时效后峰时效态 强度远高于普通Τ6峰时效态强度。本发明非常适合应用于汽车车身结构件用铝合金薄板材 的加工和生产，以及对冲压成形性能和强度有特定要求的其它零部件的生产使用，当然也 适合应用于对中高强铝合金成形性能和强度有较高的要求的其它技术行业。
【附图说明】
[0014] 图1 1#和2#合金不同工艺时效硬度变化规律；
[0015] 图2交叉乳制所得1#和2#合金经固溶淬火+预时效处理后自然时效规律；
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施方案对本发明做进一步的补充和说明。
[0017] 实施例所用两种典型7χχχ系铝合金，其化学成分如表1所示。所用材料为99.99 % 高纯Α1、工业纯Mg和纯Ζη，中间合金包括厶1-10%]?1141-20%卩6 41-20%5丨41-50%(：11，八1-10%Zr，Al-10%Ti，晶粒细化剂采用Al-5%Ti-l%B(质量分数）。整个熔炼过程在SG2-12-10型电阻坩埚井式加热炉中进行。具体熔炼为，首先将高纯A1放入坩埚内并加热到790°C熔 化后保温lOmin，然后按照Al-Cu，Al-Si，Al-Mn，Al-Zr，Al-Ti，Al-Fe的顺序加入到装有熔融 态纯A1的坩埚中，待其全部融化后搅拌，保温lOmin。将预留的一块高纯A1加入熔液中，使熔 液温度降至740°C。此时按顺序加入Zn，Mg，由于Mg的密度低且易燃，因此在加入Mg的过程中 需要用石墨钟罩将其压