CN112708836A - 一种铝合金零件和包含该零件的汽车及零件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝合金零件的制备方法，将铝合金板料依次进行固溶处理、淬火处理、冲压成形、第一次时效处理及第二次时效处理获得铝合金零件，通过该方法可实现复杂形状铝合金零件的冷冲压成形，且对成形设备和成形过程的控制精度要求较低，可大幅降低零件制造成本；利用本发明的制备方法制作的铝合金零件，强度和塑性得到改善，本发明的制备方法也可用于制作汽车中复杂的结构件，减轻汽车的整体重量。

Description

一种铝合金零件和包含该零件的汽车及零件的制备方法
技术领域
本发明涉及金属制品加工技术领域，具体涉及一种铝合金零件和包含该铝合金零件的汽车及零件的制备方法。
背景技术
随着汽车保有量的迅速增加，石油资源的消耗速度骤增，汽车尾气排放对环境和气候变化的影响也愈发严重，因此汽车节能减排已经受到世界各国的重视。汽车轻量化技术是降低油耗和减少尾气排放的重要手段，也是汽车行业持续稳定发展的关键，成为了近年来学者和企业的研究热点。
铝合金的密度仅为钢的三分之一，且具有较高的比强度、比刚度、抗冲击性能和耐腐蚀性能，同时还具备相当高的再回收率，被认为是最理想的汽车轻量化材料，被广泛应用于汽车零件中。目前应用于汽车工业中的铝合金材料主要为5系铝合金和6系铝合金，其中5系铝合金主要元素成分为Al和Mg，常温下成形性能优异，但成形后零件的表面质量难以控制，通常应用于车身内板；6系铝合金的主要元素成分为Al-Mg-Si，可热处理强化，综合性能较好，主要用于汽车车身外板。目前，汽车车身结构件仍以高强度的钢铁材料为主。7系铝合金是一种可热处理强化的高强度铝合金，其强度可达5系铝合金和6系铝合金的2-3倍，具有良好的耐磨性和抗腐蚀性能，可替代5系和6系铝合金应用于汽车内外板进一步降低零件厚度实现减重，同时也具有替代高强钢应用于汽车高负载结构件的潜力。但是，目前7系铝合金成形存在以下问题：在高温下的成形性较差，零件成形后的性能相较于峰值时效的T6态板材有所下降且成形后的零件质量稳定性也相对较低。同时现有技术中，7系铝合金零件的成形工艺的成本较高，难以进行大批量生产。上述问题限制了7铝合金的发展及应用。
发明内容
针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种铝合金零件的制备方法，用于解决7系铝合金成形性差、成形成本高及7系铝合金零件成形后性能下降的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种铝合金零件的制备方法，包括以下步骤：
将待加工的铝合金板料进行固溶处理；
将经过所述固溶处理的所述铝合金板料淬火；
将经过所述淬火的所述铝合金板料压制成铝合金零件；
将所述铝合金零件进行第一次时效处理；
将经过所述第一次时效处理的所述铝合金零件进行第二次时效处理。
于本发明的一实施例中，所述铝合金板料为F态7系铝合金板料。
于本发明的一实施例中，所述固溶处理的固溶温度为450～510℃，所述固溶处理的保温时间为0～10分钟。
进一步地，所述固溶处理的升温时间小于或等于15分钟。
于本发明的一实施例中，从所述铝合金板料固溶处理结束到开始淬火的时间间隔小于或等于10秒。
于本发明的一实施例中，所述淬火处理的淬火介质为温度低于50℃的水。
于本发明的一实施例中，从所述淬火结束至开始压制成形的间隔时间小于或等于16小时。
于本发明的一实施例中，所述第一次时效处理的温度为105～125℃，所述第一次时效处理的时间为4.5～5.5小时。
于本发明的一实施例中，所述第二次时效处理的温度为170～200℃，所述第二次时效处理的时间为15～25分钟。
本发明的第二个方面是提供一种根据上述铝合金零件的制备方法制备的铝合金零件。
本发明的第三个方面是提供一种包含依据上述铝合金零件的制备方法制备的铝合金零件的汽车。
如上所述，本发明提供一种铝合金零件的制备方法，将铝合金板料经固溶处理、淬火处理后进行合模冲压，将冲压成形后的铝合金零件配合快速时效处理进行时效强化，上述方法可提高铝合金成形性，制备结构复杂的零件，且时效强化的时间大大缩短，提高效率，节约制造成本；采用该制备方法制备的铝合金零件，其力学性能得到进一步的提升，成形后的零件质量稳定；由于上述制备方法可制备结构复杂、力学性能优异的零件，因此可用于制造汽车部件，实现汽车轻量化。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1显示为本发明的铝合金零件的制备方法的流程图。
图2显示为本发明于一实施例中的制备铝合金零件的温度-时间图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本发明提供一种铝合金零件的制备方法，在提升铝合金零件性能的同时减少时效强化的时间，大幅度降低制造成本。
请参阅图1，本发明提供一种铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将待加工的铝合金板料进行固溶处理；
S2、将经过所述固溶处理的所述铝合金板料淬火；
S3、将经过所述淬火的所述铝合金板料压制成铝合金零件；
S4、将所述铝合金零件进行第一次时效处理；
S5、将经过所述第一次时效处理的所述铝合金零件进行第二次时效处理。
具体的，步骤S1中，铝合金板料为F态(自由加工状态)的7系铝合金板料，对7系铝合金板料进行固溶处理的固溶温度为450～510℃，固溶处理的保温时间为0～10分钟，可选择保温时间为4～6分钟。固溶温度的选择会影响铝合金的力学性能，固溶温度过低，导致固溶处理后铝合金的过饱和程度不高，导致后期合金时效析出难度增大，从而使铝合金强度下降，固溶温度过高则会导致合金过烧，严重影响铝合金的综合力学性能。固溶温度选择在460～480℃之间，例如固溶温度可选择460℃、470℃、480℃等。
步骤S1中，加热铝合金板料时，可选择空气循环式加热或者接触式加热，例如，可选择接触式加热，即将铝合金板料放入加热炉中加热至固溶温度，其中，加热至固溶温度的时间小于或等于15分钟，其升温速率大于31.3℃/分钟。在一些实施例中，将铝合金板料加热至固溶温度的升温时间控制在10分钟以内，其升温速率大于40℃/分钟。固溶处理时，提高升温速率可降低固溶处理时间，避免长时间加热造成晶粒粗化，影响铝合金的力学性能。
具体的，步骤S2中，淬火处理的淬火介质为水，用于淬火处理的水的温度低于50℃，在一些实施例中，淬火处理的水的温度低于35℃。铝合金板料固溶处理结束后应立即进行淬火处理，从固溶处理结束至开始淬火的间隔时间小于或等于10秒，优选为5秒以内。
为了保持铝合金冲压成形时干燥，淬火处理结束后，还需对铝合金板料进行烘干处理，烘干处理的温度低于50℃，在一些实施例中，可选择烘干温度低于30℃，烘干处理的温度不宜太高，温度过高，铝合金内的强化相会脱溶析出，影响铝合金的冲压成形。在一实施例中，可使用无水乙醇擦拭淬火处理后的铝合金板料，然后在常温下自然风干。
具体的，步骤S3中将淬火后的铝合金板料转移至模具中压制成铝合金零件，其中，从淬火结束至开始压制的时间间隔小于或等于16小时，优选为8小时以内，在一些实施例中，从淬火结束至开始压制的时间间隔小于2小时，从淬火结束到开始冲压的时间间隔越短，铝合金中的强化相析出的越少，越有利于铝合金冲压成形。因此，从淬火结束至开始压制的时间间隔优选为小于0.5小时。
具体的，步骤S4中的第一次时效处理(人工时效)的时效温度为105～125℃，例如，人工时效温度可选择105℃、115℃或125℃等，人工时效的时间为4.5～5.5小时，例如人工时效的时间可选择4.5小时、5小时或5.5小时。本发明的人工时效的时间大大缩短，提高了铝合金零件的制备速率。
具体的，步骤S4中的第二次时效处理(烘烤处理)的温度为170～200℃，例如烘烤处理的温度选择170℃、185℃或200℃等，烘烤处理的时间为15～25分钟，例如可选择15分钟、20分钟或25分钟等。在第一次人工时效的基础上进行烘烤处理，使得铝合金零件的强度得到进一步的提高。
本发明的铝合金零件的制备方法通过人工时效和烘烤处理相结合的方法，将铝合金零件的热处理时间缩短80％以上，同时铝合金的综合性能提升8％以上。
本发明还提供一种采用上述铝合金制备方法制备的铝合金零件，该铝合金零件的强度、塑性得到了很大的改善，同时成形率高，质量稳定。在一些实施例中，铝合金零件为汽车部件，其中汽车部件可包括汽车车身外板、汽车车身内板、汽车车身结构件等。
本发明还提供一种包含上述铝合金制备方法制备的铝合金零件的汽车，该汽车的质量轻，油耗少、尾气排放少。
下面列举一些具体的实施例对本发明的铝合金零件的制备方法进行描述。
以下实施例均采用一种典型的7xxx系铝合金，牌号为7075，主要元素成分为Si-0.4％,Fe-0.5％,Cu-0.6％,Mg-2.4％,Cr-0.5％,Zn-5.6％,Ti-0.2％,Al-余量。利用激光切割2毫米厚的F态7075铝合金板料至模具规定的板料尺寸。
请参阅表1的数据，在一实施例中，将7075铝合金板料放入加热炉中进行固溶处理，其中，固溶温度为470℃，保温时间5分钟，铝合金板料在加热过程中用热电偶进行实时监测，其中铝合金板料的平均升温速度为48℃/分钟。固溶完成后将铝合金板料快速转移至20℃的常温水中进行淬火，转移时间控制在5秒以内，淬火速率大于500℃/秒；淬火完成后通过无水乙醇擦拭铝合金板料并在常温下风干，去除铝合金板料表面的水分；然后将其转移至准备好的模具中进行冲压成形，其中淬火处理结束至冲压成形开始的时间间隔控制在30分钟以内，冲压速度为200毫米/秒。7075铝合金零件冲压完成后转移至加热炉进行人工时效处理，人工时效的温度为115℃，人工时效的时间为5小时，人工时效结束后将7075铝合金零件进行烘烤处理，烘烤的温度为185℃，烘烤的时间为20分钟，烘烤结束得到铝合金零件A。本实施例中的制备铝合金零件A各阶段对应的温度-时间参见图2。
请参阅表1的数据，在另一实施例中，将7075铝合金板料放入加热炉中进行固溶处理，其固溶温度为450℃，保温时间为10分钟，加热过程中的平均升温速度为48℃/分钟；固溶完成后，将铝合金板料快速转移至20℃的水中进行淬火，转移时间控制在10秒；淬火完成后，淬火完成后通过无水乙醇擦拭铝合金板料并在常温下风干，去除铝合金板料表面的水分；铝合金板料干燥后将其转移至准备好的模具中进行冲压成形，其中淬火处理结束至冲压成形开始的时间间隔控制在2个小时，冲压速度为200毫米/秒。7075铝合金零件冲压完成后转移至加热炉进行第一次时效处理，第一次时效的温度为125℃，第一次时效的时间为4.5小时，第一次人工时效结束后将7075铝合金零件进行烘烤处理，烘烤的温度为200℃，烘烤的时间为15分钟，烘烤结束得到铝合金零件B。
请参阅表1的数据，在又一实施例中，将7075铝合金板料放入加热炉中进行固溶处理，其固溶温度为510℃，保温时间为5分钟，加热过程中的升温速率为48℃/分钟；固溶完成后，将铝合金板料快速转移至20℃的水中进行淬火，转移时间控制在5秒内，淬火速率大于500℃/秒；淬火完成后，淬火完成后通过无水乙醇擦拭铝合金板料并在常温下风干，去除铝合金板料表面的水分；铝合金板料干燥后将其转移至准备好的模具中进行冲压成形，其中淬火处理结束至冲压成形开始的时间间隔控制在6个小时，冲压速度为200毫米/秒。7075铝合金零件冲压完成后转移至加热炉进行第一次时效处理，第一次时效的温度为105℃，第一次时效的时间为5.5小时，第一次时效结束后将7075铝合金零件进行烘烤处理，烘烤的温度为170℃，烘烤的时间为25分钟，烘烤结束得到铝合金零件C。
按照ASTM E8/E8M标准测试铝合金零件A、铝合金零件B和铝合金零件C的抗拉强度、屈服强度及延伸率，测试结果参见表1。
在铝合金零件A的不同位置取样，按照ASTM E8/E8M标准测试零件样品的抗拉强度、屈服强度和延伸率，测试结果参见表2。
表1为列举的实施例的参数及性能检测对比。
表1
Figure BDA0002825256410000061
Figure BDA0002825256410000071
表2为铝合金零件A在不同位置取样进行的性能检测对比。
表2
Figure BDA0002825256410000072
表1中的测试结果显示，本发明提供的铝合金的制备方法制备的铝合金零件的抗拉性能、屈服强度及断裂延伸率都得到了明显的提高。表2中的测试结果显示铝合金零件A不同位置的抗拉强度相差不大，说明采用本发明的制备方法制备的铝合金零件质量稳定，性能较好。
综上所述，本发明提供的铝合金零件的制备方法工艺简单，在铝合金板料进行淬火处理后进行冷压处理，成形效果好，可用于制作结构复杂的铝合金板料；将短时人工时效处理和烘烤处理相结合的方法，将零件热处理时间缩短80％以上，同时可将零件的性能提升8％以上。在降低零件制造成本的同时有效提升零件性能，适合于对冲压成形性能和零件强度要求较高的汽车用高强7xxx系铝合金结构件的制造。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金零件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待加工的铝合金板料进行固溶处理；
将经过所述固溶处理的所述铝合金板料淬火；
将经过所述淬火的所述铝合金板料压制成铝合金零件；
将所述铝合金零件进行第一次时效处理；
将经过所述第一次时效处理的所述铝合金零件进行第二次时效处理。
2.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，所述铝合金板料为F态7系铝合金板料。
3.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的固溶温度为450～510℃，所述固溶处理的保温时间为0～10分钟。
4.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，从所述铝合金板料固溶处理结束到开始淬火的时间间隔小于或等于10秒。
5.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，所述淬火处理的淬火介质为温度低于50℃的水。
6.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，从所述淬火结束至开始压制成形的间隔时间小于或等于16小时。
7.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，所述第一次时效处理的温度为105～125℃，所述第一次时效处理的时间为4.5～5.5小时。
8.根据权利要求1所述的铝合金零件的制备方法，其特征在于，所述第二次时效处理的温度为170～200℃，所述第二次时效处理的时间为15～25分钟。
9.一种铝合金零件，其特征在于，根据权利要求1～8任一所述铝合金零件的制备方法制备。
10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包含权利要求9所述的铝合金零件。
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