【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝合金，特别针对车身结构件用铝合金板材室温冲压成形性能仍然不够高，以及汽车领域对这一性能要求不断提升的应用现状，提出一种可工业化应用的提高a l-zn-mg-cu-fe-mn系合金室温冲压成形性能的调控方法，该种调控方法可有效控制合金内原生富铁相、沉淀相和溶质元素耦合分布特征，形成对合金室温冲压成形性能有显著促进作用的双梯度组织耦合分布特征。
技术介绍
1、随着汽车工业化的快速发展和国民生活水平的不断提高，汽车保有量大幅增加，随之而来的能源消耗和环境污染问题不容忽视。汽车轻量化是实现节能减排的有效途径之一，已逐渐成为汽车工业发展的重要趋势。铝合金由于重量轻、耐蚀、比强度高、易加工和可回收等系列优点，已经成为汽车轻量化的关键材料。目前，应用在汽车车身内外板的铝合金主要有可热处理强化的6xxx系及不可热处理强化的5xxx系铝合金。其中，5xxx系铝合金具有良好的成形性和较高的耐蚀性，但冲压成形后表面质量较差，常用于汽车内板制造。6xxx系铝合金综合性能优良，兼具中高强度、较好的成形性和烤漆硬化能力，主要用于车身外板制造。7xxx系铝合金兼具有高强度和高韧性，以往主要被广泛应用于航空航天领域。现阶段，钢材仍为汽车结构件的主要材料，除了钢的密度大导致车身加重，还有一个突出问题是钢-铝异种连接存在诸多问题。如，冶金连接产生的fe-a l脆性金属间化合物会严重破坏焊缝的强度和耐久性；机械连接也存在一些问题，主要是由于异质材料力学性能不同而导致的密封不足和接头开裂；此外还存在异质金属间腐蚀问题等。传统5xxx和6xxx系铝合金作
技术实现思路
1、本专利技术为了更好满足汽车轻量化对高性能铝合金板材的迫切需求，针对传统a l-zn-mg-cu系合金板材冲压成形性能欠佳等问题，提出一种有效提高低成本a l-zn-mg-cu-fe-mn系合金板材室温冲压成形性能的双梯度组织耦合分布调控方法。本专利技术充分利用回收铝或普铝普遍含有较高含量的溶质元素fe，通过控制熔铸过程，进而在合金基体内不仅可以固溶一定量的溶质元素zn、mg、fe和cu元素等，而且晶粒内部也可形成溶质元素zn、mg、cu、fe和mn的梯度分布特征，即从晶界向晶内溶质元素浓度逐渐降低而呈梯度特征。随后通过热加工过程调控可进一步对溶质元素分布特征进行多过程精准调控，如短时低温热处理调控可对铸态组织进行适当优化，随后对其进行高温热轧变形，原来的溶质元素梯度分布特征可以进一步遗传到热轧态；此时，如果对其进行双级热处理调控，即第一级使得梯度溶质元素析出不同尺度的沉淀相(包括富铁相和mg-zn-cu沉淀相等)，然后再利用第二级高温热处理不仅可对mg-zn-cu沉淀相回溶和扩散进行精准调控，因为所形成的不同尺度沉淀相可发生不同程度的回溶和扩散，从而构筑出不同的软微区和硬微区耦合分布特征，同时第二级高温热处理调控还可进一步析出细小富铁相粒子；随后对其进行冷轧和中间退火还可对其分布做进一步的优化调控；在此基础上，经后续高温固溶和预时效调控就可以在微区内形成不同梯度分布特征的沉淀相(包括富铁相和mg-zn-cu沉淀相)；合金基体一旦能够构筑出此种梯度组织特征，由于微区内同时存在软微区和硬微区，合金变形过程中可以表现出优异的协调变形能力，从而可以显著提高合金板材的室温冲压成形性能。除此之外，如果对双级高温热处理调控之后的冷轧和中间退火过程同样进行优化设计，即多次反复的小变形冷轧变形+低温短时退火处理，那么合金板材由于变形量较小，合金板材仅在表层产生大量的应变储能，那么在低温短时退火过程中就可以在表层析出一定量的纳米沉淀相(包括富铁相和沉淀相)，经过多次反复的此种小变形冷轧变形+低温短时退火处理，合金从表层到心部的沉淀相(包括富铁相和沉淀相)就可呈梯度分布特征，同时其尺寸较为细小。那么此种梯度分布特征在后续高温固溶过程中就可以与粗大富铁相协同作用有效影响再结晶过程，即粗大富铁相有效刺激再结晶形核，而梯度细小沉淀相就可以有效阻碍再结晶晶粒快速长大，进而可以使得合金板材显微组织得到更进一步有效调控，促进合金板材室温冲压成形性能提高。由此可见，最终基于板材表层至心部的梯度组织以及微区内的沉淀相梯度组织分布耦合调控，必然可以使得a l-zn-mg-cu-fe-mn系合金板材室温冲压成形性能获大幅度提高。
2、根据本专利技术的第一方面，提供一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述铝合金为a l-zn-mg-cu-fe-mn系合金，化学成分及其质量百分比含量为：zn：5.0-7.0wt％，mg：1.0-2.0wt％，cu：1.5-2.5wt％，fe：0.1-0.5wt％，mn：0.05-0.3wt％，ni：0.02-0.07wt％，t i：0.02-0.3wt％，cr:0.01-0.04wt％，s i:0.01-0.05wt％，余量为a l；
3、其特征在于采用如下技术路线：
4、(1)利用回收铝或普铝配制高成形性a l-zn-mg-cu-fe-mn系合金，然后在非真空下利用中频感应熔炼合金，并将其浇铸在水冷钢模具内，控制冷却速率大于30℃/min使得合金晶粒尺寸、溶质元素偏聚和原生相分布满足后续调控要求；
5、(2)根据铸态组织，对铸锭进行短时高温热处理，温度400-440℃，升温速率22-35℃/min，处理时间0.5-3h；然后将高温热处理的铸锭直接进行大变形量热轧变形处理，热轧变形量80-98％；
6、(3)随后对热轧板材进行二次双级高温热处理调控合金富铁相、沉淀相和溶质元素分布特征，第一级热处理温度390-430℃，升温速率22-35℃/min，处理时间1-30h，第二级温度430-500℃，升温速率22-35℃/min，处理时间0.5-30h；
7、(4)随后对二次双级高温热处理调控的合金板材顺序进行四次小变形量冷轧变形处理和三次低温短时退火处理，四次小变形量均为15-40％、三次低温短时退火处理的退火温度均为380-440℃，退火时间均为10min-240min；
【技术保护点】
1.一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，其特征在于，所述铝合金为Al-Zn-Mg-Cu-Fe-Mn系合金，化学成分及其质量百分比含量为：Zn：5.0-7.0wt％，Mg：1.0-2.0wt％，Cu：1.5-2.5wt％，Fe：0.1-0.5wt％，Mn：0.05-0.3wt％，Ni：0.02-0.07wt％，Ti：0.02-0.3wt％，Cr:0.01-0.04wt％，Si:0.01-0.05wt％，余量为Al；
2.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(1)中，在非真空下利用中频感应熔炼合金工艺为：首先将回收铝或普铝全部加入坩埚并熔化，温度控制在780～880℃，然后分别添加Al-20wt％Fe，Al-10wt％Mn，Al-10wt％Ti，Al-5wt％Cr，Al-20wt％Si中间合金，待熔化后再添加Al-50wt％Cu中间合金，然后大功率搅拌熔体10min，随后再添加所需含量的纯Ni到熔体内并用大功率搅拌熔体10min，然后将合金熔体温度控制在720℃以上，分别添加纯Zn和纯Mg，添加纯Mg时用石
3.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(2)中，对铸锭进行短时高温热处理，温度400-435℃，升温速率22-35℃/min，时间0.5-2.5h；然后将高温热处理的铸锭直接进行大变形量热轧变形处理，热轧变形量80-98％，道次变形量5-20％，终轧温度大于280℃，单向轧制。
4.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(3)中，对热轧板材进行二次双级高温热处理调控合金富铁相、沉淀相和溶质元素分布特征，第一级热处理温度390-430℃，升温速率22-35℃/min，处理时间1-30h，第二级温度430-500℃，升温速率22-35℃/min，处理时间0.5-30h,降温速率大于100℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(4)中，对二次双级高温热处理调控的合金板材顺序进行的四次小变形量冷轧变形处理和三次低温短时退火处理，变形量均为15-40％，道次变形量均为2-7％，均为单向轧制；三次低温短时退火处理升温速率均大于100℃/min，升温温度均为390-440℃，退火处理时间均为10min-240min，随后均以降温速率大于50℃/s降温至室温。
6.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(5)中，对第四次小变形量冷轧变形处理后的合金板材进行高温短时固溶处理：固溶温度470-500℃，升温速率大于150℃/min,随后将固溶处理后的合金试样从固溶处理温度淬火冷却到室温，固溶后淬火降温速率大于100℃/s，将淬火态试样在1min内转移到时效炉内进行双级等温预时效处理，第一级温度70-120℃/1-12h，第二级温度20-60℃/5-100h，合金板材在室温状态下可表现出优异的冲压成形性能。
...【技术特征摘要】
1.一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，其特征在于，所述铝合金为al-zn-mg-cu-fe-mn系合金，化学成分及其质量百分比含量为：zn：5.0-7.0wt％，mg：1.0-2.0wt％，cu：1.5-2.5wt％，fe：0.1-0.5wt％，mn：0.05-0.3wt％，ni：0.02-0.07wt％，ti：0.02-0.3wt％，cr:0.01-0.04wt％，si:0.01-0.05wt％，余量为al；
2.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(1)中，在非真空下利用中频感应熔炼合金工艺为：首先将回收铝或普铝全部加入坩埚并熔化，温度控制在780～880℃，然后分别添加al-20wt％fe，al-10wt％mn，al-10wt％ti，al-5wt％cr，al-20wt％si中间合金，待熔化后再添加al-50wt％cu中间合金，然后大功率搅拌熔体10min，随后再添加所需含量的纯ni到熔体内并用大功率搅拌熔体10min，然后将合金熔体温度控制在720℃以上，分别添加纯zn和纯mg，添加纯mg时用石墨钟罩将其压入熔体底部，待其彻底溶化后取出钟罩，调控中频感应炉功率使合金熔体温度重新稳定在740℃后扒渣、加入精炼剂进行除气精炼；然后将熔体温度降至720℃时加入al-5wt％ti-1wt％b晶粒细化剂并进行适当搅拌，最后在此温度720℃保温10min后将熔体浇铸到四周水冷的钢模内，控制冷却速率大于30℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种高成形性铝合金板材双梯度组织耦合分布调控方法，所述制备方法中步骤(2)中，对铸锭进行短时高温热处理，温度400-435℃，升温速率22-35℃/...
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