CN104451285A - 车身用Al-Mg合金板材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车身用Al-Mg合金板材及其制造方法，该板材各成分含量为：Mg：4.2～5.0wt％、Si≤0.1wt％、Fe≤0.2wt％、Mn≤0.25wt％、Cu≤0.4wt％、Ti≤0.05wt％、B≤0.004wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。该板材制造方法包括以下步骤：将铝合金按上述配比熔炼铸造成锭，接着将铸锭进行铣面、均匀化处理；再将铸锭进行热轧得到热轧板后，在300～350℃进行中间退火处理，时间≥2h；然后中间退火，冷轧至成品厚度，冷轧率为30～70％；冷轧后的板材最后在连续退火炉中进行最终退火，处理温度为450℃～550℃，处理时间为10s～6min。本发明通过控制合金成分和铝合金板材的制备工艺，提高了铝合金板材的延伸率，消除了吕德斯带。

Description

车身用Al-Mg合金板材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金板材及其制造方法，尤其涉及一种用于制造汽车车身的Al-Mg合金板材，以及该板材的制造方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

为了保护地球环境、节约有限的能源，汽车公司正在积极进行汽车的轻量化。铝合金由于具有质轻、耐腐蚀以及良好的加工成形性能等优良特性而成为实现汽车轻量化的理想材料。

使用铝合金板材的汽车部位包括引擎盖、行李箱盖和前后车门。其中车门由于形状复杂，要求板材具有良好的冲压成形性能。5XXX系Al-Mg合金板材具有优异的成形性能和较高的强度，可加工成形状复杂的零部件，比较适合用于车门内板。

现有技术生产的Al-Mg合金，延伸率偏低，导致车门在后期冲压成形中开裂。且深冲过程中通常会在产品表面产生吕德斯带，严重影响车门表面质量，不能满足汽车车身对铝合金板材的要求。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的不足，提供一种延伸率高、冲压成形后表面不产生吕德斯带的车身用Al-Mg合金板材及制造方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种车身用Al-Mg合金板材，该铝合金板材的成分为：Mg：4.2～5.0wt％、Si≤0.1wt％、Fe≤0.2wt％、Mn≤0.25wt％、Cu≤0.4wt％、Ti≤0.05wt％、B≤0.004wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。

前述车身用Al-Mg合金板材的制造方法，包括以下步骤：

①将铝合金按前述配比熔炼铸造成锭，接着将铸锭进行铣面、均匀化处理；

②将铸锭进行热轧得到热轧板后，在300～350℃进行中间退火处理，时间≥2h；中间退火后冷轧至成品厚度，冷轧率为30～70％；

③将冷轧后的板材在连续退火炉中进行最终退火，处理温度为450℃～550℃，处理时间为10s～6min。

进一步地，步骤②中所述热轧初轧温度为450～600℃，终轧温度控制在320～350℃。所述中间退火温度范围为300～350℃。

本发明的效果主要体现在：(1)本发明通过控制合金成分和铝合金板材的制备工艺，提高了铝合金板材的延伸率，消除了吕德斯带；(2)通过本发明方法制备的Al-Mg合金板材屈服强度达到了100～140MPa，抗拉强度达到了250～300Mpa，延伸率≥27％，r值≥0.6，屈服应变≤0.6％，板材质量得到显著提高。

具体实施方式

本发明发明人在探索Al-Mg合金板材制造过程中，发现Al-Mg合金板材中各成分含量对该板材的制造和质量有一定的影响。具体如下：

Mg：Mg是Al-Mg合金中的主要强化元素，主要以固溶状态和熔点较低的β相(Mg₂Al₃或Mg₅Al₈)存在。Mg含量低于4.2％，合金强度太低；Mg含量高于5.0％，最终合金里的Mg固溶原子团太多，变形时固溶原子团与位错相互作用，容易形成吕德斯带。

Si：Si是有害杂质，Si与Mg形成Mg₂Si相，由于Mg含量过剩，降低了Mg₂Si相在基体中的溶解度，所以不但强化作用不大，而且降低了合金的塑性。

Fe：Fe与Mn和Cr形成难溶的化合物，从而降低Mn和Cr在合金中的作用，当铸锭组织中形成较多硬脆化合物时，容易产生加工裂纹。Fe含量超过0.2％后，合金延伸率会降低。

Mn：能起到一定的强化作用。当Mn含量超过0.25wt％时，延伸率会降低。

因此，发明人经过研究，提出一种车身用Al-Mg合金板材，所使用的合金成分如下：Mg：4.2～5.0wt％、Si≤0.1wt％、Fe≤0.2wt％、Mn≤0.25wt％、Cu≤0.4wt％、Ti≤0.05wt％、B≤0.004wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。

应用上述铝合金各成分的配比，本发明按照以下方法制造车身用Al-Mg合金板材，该方法的步骤包括：

(1)熔炼铸造：首先将工业纯铝锭在710～770℃熔化，加入铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、纯镁锭等，熔融净化、除气后进行铸造，铸造过程中在流槽内加入含Ti晶粒细化剂，控制成分含量，Mg：4.2～5.0wt％，Si≤0.1wt％，Fe≤0.2wt％，Mn≤0.25wt％，Cu≤0.4wt％，Ti≤0.05wt％，B≤0.004wt％。

(2)均匀化处理：均匀化是为了使合金里金属间化合物分段，并让溶质元素分布均匀。

(3)热轧：热轧时初轧温度为450～600℃，终轧温度控制在320～350℃，最终得到完全再结晶的热轧板。

(4)中间退火与冷轧：

中间退火：温度范围为300～350℃，退火时间≥2h。退火温度若低于300℃，板材难以发生再结晶；若高于350℃，Al-Mg合金板材表面会发生严重氧化。退火时间小于2小时，材料来不及发生完全再结晶，造成组织不均匀，使材料的成形性降低。

中间退火后的冷轧：保证冷轧率在30～70％之间，冷轧率太小或太大都会导致板材各向异性太大，板材成形性能不好。

(5)最终退火：最终退火采用连续炉退火，连续退火温度控制在450～550℃之间。低于450℃，最终板材的晶粒太小，屈服应变值高，易出现吕德斯带。高于550℃，最终板材晶粒太大，板材强度太低，不能满足汽车板对强度的要求。

上述方法制备得到的铝合金板材，本发明按照以下方法对其性能进行评价：根据GB/T228的要求，沿垂直轧制方向进行取样制备A50拉伸试样，评价板材抗拉强度、屈服强度、延伸率和r值，并测量应力应变曲线上第一个峰值与平台末端的区域，即屈服应变。

以下，对比地说明本发明的实施例和比较例，根据这些实施例和比较例可以进一步印证本发明的技术效果。但是，所列举的实施例仅为本发明优选的实施方式，不应将其理解为本发明上述主题的范围仅限于此，凡基于本发明技术构思所形成的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

实施例1

表1中实施例1-5是按照本发明合金成分制备铝合金板，其工艺为：熔炼、铸造并对铸锭进行铣面和均匀化处理；对均匀化处理后的铸锭进行热轧，热轧开坯温度为500℃，所获得的热轧板厚度为6mm；将热轧板冷轧到2mm，然后利用箱式炉进行中间退火，退火温度为320℃，保温2h，保温完成后空冷。表1中比较例6-9为使用本发明的合金成分之外的合金所制造出的铝合金板的性能，其制备工艺与上述实施例相同。表1中有下划线的数值表示：试验结果中屈服强度不满足100～140MPa之间、延伸率不满足27％以上。

如表1所示的实施例中，序号1-5满足本发明的范围，屈服强度与延伸率满足本发明的要求。另一方面，比较例中，序号6～9因不满足本发明的成分范围，所以导致如下结果：

比较例6因Mg元素含量过低，导致合金屈服强度不满足本发明的范围。

比较例7因Si含量过高，导致合金延伸率过低，不满足本发明要求。

比较例8因Fe含量过高，导致合金延伸率过低，不满足本发明要求。

比较例9因Mn含量过高，导致合金延伸率过低，不满足本发明要求。

实施例2

对表1中的合金编号为B的合金通过不同的工艺进行铝合金板材的制备，其中热轧板厚度为6mm，中间退火保温时间为2h。最终退火制度采用连续退火，退火时间为1min。表2表示制备工艺对合金性能的影响，其中有下划线的数值表示：试验结果中屈服强度不满足100～140MPa之间、延伸率不满足27％以上、屈服应变值不满足0.6％以下，r值不满足0.6以上。

如表2所示实施例中，序号10-13的制备工艺满足本发明的范围，所得铝合金板材的屈服强度、延伸率、屈服应变值满足本发明的要求。另一方面，比较例中，序号14-17因不满足本发明的工艺范围，所以导致如下结果：

比较例14因板材的最终冷轧率超过70％，导致r值低于0.6，不符合本发明的要求。

比较例15因中间退火温度低于300℃，导致板材的延伸率低，不符合本发明要求。

比较例16因最终退火温度低于450℃，导致板材屈服应变值超过0.6％不符合本发明的要求。

比较例17因最终退火温度超过550℃，导致板材的屈服强度太低，不符合本发明的要求。

综上所述，本发明通过合理的工艺，对成分范围内的合金进行铝合金板材的制备，可提供高延伸率、低屈服应变值(不会引起吕德斯带)，强度和r值在汽车板使用要求之内的铝合金板材。

表1：成分对合金性能的影响

表2：实施例与比较例的制造工艺与性能

Claims (3)

1.一种车身用Al-Mg合金板材，其特征在于该铝合金板材的成分为：Mg：4.2～5.0 wt％、Si≤0.1 wt％、Fe≤0.2 wt％、Mn≤0.25 wt％、Cu≤0.4 wt％、Ti≤0.05 wt％、B≤0.004 wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。

2.权利要求1所述车身用Al-Mg合金板材的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

①将铝合金按所述配比熔炼铸造成锭，接着将铸锭进行铣面、均匀化处理；

②将铸锭进行热轧得到热轧板后，在300～350℃进行中间退火处理，时间≥2h；中间退火后冷轧至成品厚度，冷轧率为30～70％；

③将冷轧后的板材在连续退火炉中进行最终退火，处理温度为450℃～550℃，处理时间为10s～6min。

3.根据权利要求2所述的车身用Al-Mg合金板材的制造方法，其特征在于：步骤②中所述热轧初轧温度为450～600℃，终轧温度控制在320～350℃。