一种高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al‑Mg‑Si‑Cu合金及其制备方法，所述合金按质量计由以下组分组成：Mg：1‑2.8wt.％；Si：0.3‑1wt.％；Cu：0.5‑1.5wt.％，控制合金的Mg/Si比大于2，Mn：≤0.5wt.％；Fe：≤0.2wt.％，其余为Al。该合金通过同时提高合金的Mg/Si比和含Cu量，设计出一种以无序结构L相为主强化相的新型过剩Mg高Cu的6000系铝合金，该合金相对于目前工业中广泛应用的AA6022合金，该合金不仅具有较低的T4态屈服强度，而且在人工时效时具有更高的析出动力学，烘烤硬化性和热稳定性，且对耐蚀性影响不大，在汽车车身外板的应用上具有巨大潜力。

Al Mg Si Cu alloy and method for a new type of high strength automobile rapid hardening method

The invention relates to the use of Al Mg Si Cu alloy and method for a new type of high strength automobile rapid hardening of the alloy preparation method, according to the quality plan consists of the following components: Mg:1 2.8wt.% Si:0.3; 1wt.%; Cu:0.5 1.5wt.% control Mg/Si alloy is larger than 2, Mn less than 0.5wt.%; Fe: = 0.2wt.%, the rest is Al. The alloy by increase the Mg/Si ratio and Cu content, we design a kind of disordered L phase is the main phase model of excess Mg high Cu 6000 Aluminum Alloy, this alloy compared with AA6022 alloy is widely used in industry at present, the T4 state alloy not only has lower yield strength, but also has the precipitation kinetics of higher in artificial aging, bake hardening property and thermal stability, and has little effect on the corrosion resistance, has great potential application in automobile body outer panel of the.

【技术实现步骤摘要】
一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法
本专利技术涉及一种铝合金材料，具体涉及一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法。
技术介绍
汽车轻量化是降低能耗、减少排放最为有效的措施之一，相关研究表明汽车重量每减轻10％，可降低燃油消耗6％～8％，排放量下降4％。国际先进汽车企业已通过选用轻量化材料在实现整车轻量化方面取得巨大进展，而铝合金材料是目前首选的轻量化材料。6000系铝合金由于具有中高等强度，良好的成形性及耐蚀性，且焊接性好，烘烤后表面质量高，可进行热处理强化，是目前汽车车身轻量化的关键材料，以6016，6111，6022，6014等为主铝板材已经在国外制造的汽车车身外板得到了越来越广泛的应用，如车顶盖、后行李箱盖、发动机盖板及车门等。近些年，国内铝加工企业在开发车身铝板材做了大量工作，以国外开发的6016合金为主，基本掌握了制备工艺，并将其板材在汽车厂进行验证和试用，但还没有规模化用于中国汽车的制造。中国汽车制造体量和车身较低铝化程度为铝合金行业提供巨大的市场和发展机遇。为使6000系铝合金能应用在汽车车身上，该合金在T4态需要具有较低的屈服强度以保证良好的成形性，而在烘烤硬化后需要具有较高的强度以保证足够的抗凹陷性。因此，抑制自然时效的不利影响、提高合金的析出动力学一直是推进汽车车身用6000系铝合金发展的关键问题。6000系铝合金的性能主要是通过调控Mg，Si和Cu的含量来控制。目前工业上通过调控合金的成分已经开发出了一系列商用的6000系铝合金，但是这些合金都存在成形性、烘烤硬化性及耐蚀性难以兼顾等问题。如欧洲汽车生产商采用的低Cu的6016合金虽然具有较高的成形性和耐蚀性，但是烤漆后强度偏低，抗凹陷性不足，而北美广泛采用的高Cu的6111合金虽然具有良好的烘烤硬化性，但成形性偏低，且对晶间腐蚀较为敏感。Alcoa公司新开发的6022合金虽然成形性、耐蚀性和表面质量都有一定提高，但烘烤硬化后的屈服强度依然不高。造成这种现象的根本原因是仅仅弄清楚了单独Mg/Si或Cu含量对合金织性能的影响，但是6000系铝合金的性能主要是Mg/Si和Cu共同影响决定的，而Mg/Si和Cu共同变化对合金组织性能的影响还没有认识清楚。调控合金的性能必须要考虑到Mg/Si和含Cu量之间的相互影响规律。结合近十年来的相关文献报告，可以发现过剩Si低Cu、高Cu合金，过剩Mg低Cu合金的组织性能都有大量研究，而过剩Mg高Cu合金基本未研究过。针对以上现有技术，铝合金领域有必要提出对过剩Mg高Cu合金进行深入的研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于通过调整Mg/Si比和含Cu量，设计出一种过剩Mg高Cu的6000系铝合金，具体为提供一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金，所述合金组成如下：Mg：1-2.8wt.％；Si：0.3-1wt.％；Cu：0.5-1.5wt.％；Mn：≤0.5wt.％；Fe≤0.2wt.％，控制合金的Mg/Si比大于2，其余为Al。优选的，所述合金组成如下：Mg：1.17wt.％；Si：0.57wt.％，Cu：0.5wt.％，Mn：0.06wt.％，Fe：0.17wt.％，其余为Al。2、一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金的制备方法，包括如下步骤：采用99.98％工业纯铝、纯Mg、Al-Si中间合金和Al-Cu中间合金为原料，在熔炼温度为660℃的条件下，首先添加工业纯铝待完全熔化后加入Al-Si中间合金；待完全融化后加入Al-Cu中间合金，待完全融化后加入纯Mg，保证熔液均匀混合后，将熔液浇注到水冷钢模具中成型，随后对铸锭进行切头，并依次进行均匀化处理、固溶水淬、时效处理。优选的，所述均匀化处理如下：以50℃/h升温至560℃，保温6h，炉外风扇强制冷却；上下铣面10mm，侧面铣面5mm；随后将铸锭放入事先升温至510℃的炉内保温2h，热轧至6mm，最后将板材冷轧至1mm。优选的，所述固溶水淬如下：将冷轧板材首先进行560℃条件下维持30min的固溶处理，并后水淬至室温。优选的，所述时效处理如下：固溶水淬后在室温下存储两周，进行自然时效。优选的，所述时效处理如下：固溶水淬后直接进行180℃人工时效。优选的，所述时效处理如下：固溶水淬后先在室温下停放两周，再进行180℃人工时效。优选的，所述水冷钢模具尺寸长宽高分别为300mm、200mm、60mm。本专利技术的有益效果在于：现有合金的研究与开发应用中，均是以β″、或β″+Q′相为主强化相的合金设计理念。而本专利技术通过同时调整合金的Mg/Si比和含Cu量，提出一种以L相为主强化相的Al-Mg-Si-Cu新型合金设计思路。通过过剩Mg高Cu设计，利用Mg原子和Cu原子之间强烈的相互作用力。在人工时效初期阶段中由于Mg和Cu之间强烈的相互作用力加速原子团簇的细化程度，在随后的时效阶段，Mg和Cu原子结合可以促进L相的形成，使合金具有强大的强化能力和热稳定性。同时过剩Mg高Cu合金还可以发挥过剩Mg合金自然时效速率低和耐蚀性高的优点，使合金在具有较高时效强度的同时，保证合金在T4P态具有良好的成形性和耐蚀性。所以本专利技术提出的一种新型过剩Mg高Cu合金，与目前商用的6022铝合金相比，不仅具有较低的T4态屈服强度，而且在人工时效过程中明显具有更高的析出动力学，烘烤硬化性和热稳定性，且对耐蚀性影响不大，在汽车车身板的应用上具有巨大潜力。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为过剩Mg高Cu合金和AA6022合金不同时效阶段的硬度曲线，其中(a)自然时效硬度曲线；(b)淬火后直接进行180℃人工时效；(c)自然时效2周后进行180℃人工时效；图2为商用AA6022合金和过剩Mg高Cu合金T4P态和烘烤硬化态屈服强度对比；图3为两种合金加速腐蚀后的截面形貌，(a)AA6022合金，(b)过剩Mg高Cu合金；图4为两种合金淬火后的DSC曲线；图5为图5两种合金180℃峰值时效的TEM明场像，(a)AA6022合金，(b)过剩Mg高Cu合金；图6为峰值时效的析出相HAADF-STEM高分辨(a)β″，(b)Q′和(c)L相，析出相的晶胞用黄线标出。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1一种过剩Mg高Cu合金的按质量计由以下成分组成：Mg：1.17wt.％；Si：0.57wt.％，Cu：0.5wt.％，Mn：0.06wt.％，Fe：0.17wt.％，其余为Al。所述合金采用99.98％工业纯铝、纯Mg、Al-Si中间合金和Al-Cu中间合金为原料，在熔炼温度为660℃的条件下，首先添加工业纯铝待完全熔化后加入Al-Si中间合金；待完全融化后加入Al-Cu中间合金，待完全融化后加入纯Mg，保证熔液均匀混合后，将熔液浇注到长宽高分别为300mm、200mm、60mm的水冷钢模具中成型，随后对铸锭进行切头，并依次进行均匀化处理、固溶水淬、时效处理。将冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al‑Mg‑Si‑Cu合金，所述合金组成如下：Mg：1‑2.8wt.％；Si：0.3‑1wt.％；Cu：0.5‑1.5wt.％；Mn：≤0.5wt.％；Fe：≤0.2wt.％，控制合金的Mg/Si比大于2，其余为Al。

【技术特征摘要】
1.一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金，所述合金组成如下：Mg：1-2.8wt.％；Si：0.3-1wt.％；Cu：0.5-1.5wt.％；Mn：≤0.5wt.％；Fe：≤0.2wt.％，控制合金的Mg/Si比大于2，其余为Al。2.根据权利要求1所述一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金，其特征在于，所述合金组成如下：Mg：1.17wt.％；Si：0.57wt.％；Cu：0.5wt.％；Mn：0.06wt.％；Fe：0.17wt.％，其余为Al。3.权利要求1～2任一项所述一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用99.98％工业纯铝、纯Mg、Al-Si中间合金和Al-Cu中间合金为原料，在熔炼温度为660℃的条件下，首先添加工业纯铝待完全熔化后加入Al-Si中间合金；待完全融化后加入Al-Cu中间合金，待完全融化后加入纯Mg，保证熔液均匀混合后，将熔液浇注到水冷钢模具中成型，随后对铸锭进行切头，并依次进行均匀化处理、固溶水淬、时效处理。4.根据权利要求3所述一种新型高强度快速硬化的汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志宏，丁立鹏，邹芸，翁瑶瑶，刘庆，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50