CN115323203B - 高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用 - Google Patents

高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度汽车车身用Al‑Mg‑Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，包括以下质量百分比的元素：Mg：0.5~1.5wt%、Si：1.0~2.0wt%、Cu：0.4~1.0wt%、Sn：0.1~0.5wt%、Mn≤0.05wt%、Fe≤0.10wt%，余量为Al。本发明还公开了高强度汽车车身用Al‑Mg‑Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺和应用。本发明的材料在常温下硬度大于140HV，屈服强度大于280MPa，抗拉强度大于360MPa，并且延伸率可达到10%以上，解决了传统Al‑Mg‑Si合金材料力学性能差的技术缺陷。

Description

高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料 及制备工艺和应用
技术领域
本发明涉及一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用，属于铝合金技术领域。
背景技术
Al-Mg-Si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、易着色、烘烤后表面质量良好，可进行热处理强化。为满足工业上的需求，需要对Al-Mg-Si合金进行一系列热处理操作以提高合金的性能，通常首先将轧制后的板材加热至高温进行固溶，并淬火至室温得到过饱和固溶体，即T4态合金。T4态合金将在室温下储存一段时间后运输到汽车装配厂进行冲压成形，再经过组装、焊接、胶结等操作后作为汽车车身构件，最后对其进行涂装烘烤获得时效强化，使合金获得良好的抗凹陷性。
Al-Mg-Si合金作为汽车轻量化关键材料，即使在热处理强化后，仍存在涂装烤漆后强度不足的现象，导致其无法大规模的应用。Serizawa等人[A. Serizawa, S. Hirosawa,T. Sato.Metallurgical and Materials Transactions A, 39A(2008)243- 251]在研究Al-Mg-Si合金的早期时效过程时发现两种不同类型的纳米团簇：团簇(1)和团簇(2)，分别在室温和373K温度下形成。团簇(1)和团簇(2)均为Mg-Si-vacancy团簇，但其化学成分有所不同。团簇(1)尺寸较小且具有较宽范围的Mg/Si比（约0~5之间），不能转化为β″相；而团簇(2)尺寸较大且具有较固定的Mg/Si比，近似于1，与β″相的Mg/Si比（Mg/Si= 5:6= 0.83）相似，可以连续转化为β″相。
随着现代工业技术的快步发展，在材料满足强度的条件下，对于材料的轻量化的追求是日益月滋。因此对轻量化材料的研究是大势所向。在汽车或者航天等领域，铝合金这样的轻质材料存在着力学性能差的短板，那么如何克服轻量化材料的力学性能缺点则是矛盾的主要方面，亦是解决目前工业上降低结构能耗的关键钥匙。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，该材料解决了传统Al-Mg-Si合金材料力学性能差的技术缺陷。
同时，本发明提供一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，该工艺通过单级固溶处理以及双级时效工艺，经过热处理之后，合金能形成含Cu以及含Sn的析出相。Cu的添加会改变合金析出序列，促进析出动力学，促进团簇(2)的生长，促进β″相细小密集化，提高时效强化作用。由于Sn对空位有较高结合力，起到了调控空位以及扩散的作用，因此形成Sn的析出相会抑制合金在自然时效的不利效果，从而提高合金在人工时效阶段的强度和硬度。同时双级时效工艺中，预时效阶段使合金形成与β″相成分相近的团簇(2)，使得在后续人工时效阶段这些团簇(2)转变成细小密集的β″相，促进合金析出强化作用。
同时，本发明提供一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在汽车领域中作为汽车车身板轻量化材料中的应用，以解决汽车车身板用Al-Mg-Si合金室温放置后烘烤硬化不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，包括以下质量百分比的元素：Mg：0.5~1.5wt%、Si：1.0~2.0wt%、Cu：0.4~1.0wt%、Sn：0.1~0.5wt%、Mn ≤0.05wt%、Fe ≤ 0.10wt%，余量为Al。
高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1，配料：按照上述组分及质量百分比配制合金原料；
S2，熔炼：首先预热坩埚至200~250℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料并缓慢加热至300~350℃烘干水分，将S1配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住合金熔体的溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；
S3，精炼处理：溶液温度达到650~700℃时加入精炼剂，静止至少10分钟，然后扒除浮渣；
S4，浇铸：溶液温度达到720~760℃时，检测其合金成分，根据合金中各元素的成分含量要求，通过补料或冲淡来调整溶液的实际合金成分，将符合成分含量要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；
S5，去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分，使合金铸锭表面光滑；
S6，梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理：将合金铸锭随炉升温至400~420℃保温2~3小时，然后直接升温至450~470℃保温3~4小时，最后直接升温至540~560℃保温5~6小时；
S7，高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至460~480℃保温3~4小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，高温热轧处理的压下量为90%；获得热轧合金板材；
S8，常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧合金板材放置在四辊轧机上进行冷轧，常温冷轧处理的压下量为80%；得到冷轧合金板材；
S9，单级固溶处理：将冷轧合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理，单级固溶处理处理工艺为560~575℃温度下保温20~30min；
S10，控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金板材淬火冷却至室温；
S11，梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理；第一梯度为80~160℃温度下时效2~3h，第二梯度为25℃下时效1~1.1个月，第三梯度为160~200℃温度下时效2~3h，获得高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料。
所述铸造涂料为滑石粉和水1：3质量比的混合体。
所述覆盖剂为NaF：30wt.%，NaCl：50wt.%，KCl：10wt.%和Na2SiF6：10wt.%的混合物。
所述精炼剂为Al-5Ti-1B晶粒细化剂，所述精炼剂的加入量为合金原料总重量的0.4%~0.6%。
S4中，检测合金成分的方法为电感耦合等离子体光谱法。
S7中，高温热轧处理共分为5道次，使得合金铸锭由50~60mm变为5~6mm。
S8中，常温冷轧处理分为5道次，使得合金铸锭由5~6mm变为1~1.2mm。
S10中，控温淬火处理为将单级固溶处理后的合金板材立即放入温度为0℃的冰水中30~40s，随后放置在空气中回复至室温。
所述高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在常温下硬度大于140HV，屈服强度大于280MPa，抗拉强度大于360MPa，并且延伸率可达到10%以上，相较于Al-Mg-Si合金硬度和屈服强度能够分别提升21%和25%。
高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺获得的高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在汽车领域中作为汽车车身板轻量化材料中的应用。
本发明具有如下有益效果：
1、Al-Mg-Si合金复合添加Cu和Sn元素的根本目的在于抑制合金在自然时效阶段团簇(1)的形成，促进能够直接转化为β″相的团簇(2)的形成。Cu原子与Mg原子之间的相互作用能比Mg原子与Si原子之间的相互作用能强，因此Cu原子可以从Mg-Si团簇中提取一些Mg原子作为Mg-Si-Cu团簇的形核点，从而明显促进合金在人工时效阶段团簇的形成，使合金能够析出密集细小的团簇(2)，为后续合金在基体中析出细小弥散的β″相（β″相横截面直径≤15nm）提供了异质形核点，从而促进合金的析出强化作用。与Cu原子不同，Sn原子对空位有较强的结合力，在人工时效阶段，这种溶质原子与空位的结合会促进其他溶质原子的扩散，从而促进β″相的形成，因此合金能在时效阶段获得较高的峰值硬度（122.4HV），同时Sn的添加会抑制自然时效阶段团簇的形成，降低自然时效阶段硬度的增加。Cu元素与Sn元素的复合添加的耦合作用使合金相较于原始合金Al-Mg-Si以及Cu/Sn元素单独作用的合金在强度和硬度方面有了很大的提升。
2、本发明使用梯度均匀化处理、双级轧制处理和梯度高温时效处理。梯度均匀化处理能够进一步消除铸造缺陷和均匀组织，为后续的轧制做准备。双级轧制处理为了保证合金材料具有足够的压下量和变形量。梯度高温时效处理中选用高温-常温-高温的时效处理方式，既模拟了汽车车身板材料的生产流程，又能有效提高合金的析出强化作用。在一级高温时效阶段，能够形成大量的团簇(2)，这些团簇Mg/Si比接近于1：1，而β″相Mg/Si比接近于5：6，表明团簇(2)具有与β″相类似的Mg/Si比，因而这些团簇能够在后续的二级时效过程中直接转变为β″相，促进β″相的形核，使其更加细小密集分布，提高合金的析出强度。并且抑制二级室温时效的有害作用。对微量添加Cu的Al-Mg-Si合金而言，一级高温时效的强化作用会更为显著。由于Mg原子与Cu原子之间强烈的相互作用能，在一级时效阶段，Al-Mg-Si-Cu合金中形成了大量的Mg-Si-Cu-vacancy团簇， Mg-Si-Cu-vacancy团簇比Mg-Si-vacancy团簇更易转变为β″相，这些团簇能够在后续二级时效过程中直接转变为β″相。
3、铸造涂料中的滑石粉主要成分为含水硅酸镁，化学性能稳定，不与铸造溶液反应，其粒度小，具有悬浮稳定性，涂料层烧结性能也较好，避免坩埚与合金溶液粘连，有利于脱模，使铸件表面光滑，减少杂质元素渗入合金中；一方面覆盖剂会在合金溶液表面形成致密的保护膜，避免空气进入合金发生氧化，另一方面覆盖剂使合金溶液表面张力变小，利于氢的逸出，从而抑制合金吸氢，其次覆盖剂中的发热性成分又利于铝从坩埚壁和熔渣分离开，使铝、渣分离，减少铝的损耗，提高铸造溶液质量。铸造涂料和覆盖剂耦合作用于合金铸造溶液，提高铸造溶液纯度，提高铸造溶液的质量，有利于后续合金材料加工成型。
4、精炼剂的加入，用以降低铸件的杂质含量，提高合金成分准确率。
附图说明
图1为Al-Mg-Si-0.2Sn合金峰值时效的TEM明场像；
图2为Al-Mg-Si-0.5Cu合金峰值时效的TEM明场像；
图3为Al-Mg-Si-0.5Cu-0.2Sn合金峰值时效的TEM明场像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
对比例1：
一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0wt%、Sn：0wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。即，本对比例的材料为原始合金Al-Mg-Si。
具体的，按熔炼 5KG 的铸锭计算，选取工业纯镁0.06KG、选取 Al-40Si中间合金0.0875KG，以及工业纯铝4.8525KG。
S2.熔炼：首先预热坩埚至200℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料（滑石粉和水1：3的质量比的混合体）并缓慢加热至300℃烘干水分，将配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；
S3.精炼处理：合金溶液温度达到700℃时加入精炼剂，静止10分钟，加入 Al-5Ti-1B晶粒细化剂 20g 使合金成分更准确，然后扒除浮渣；
S4.浇铸：合金溶液温度达到760℃时检测其合金成分，根据要求调整其合金成分，将符合成分要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；
S5.去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分（深度约为10mm），使合金铸锭表面光滑；
S6.梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理；梯度均匀化处理工艺为：将合金铸锭随炉升温至400℃保温2小时，然后直接升温至450℃保温3h，最后直接升温至560℃保温5h。
S7.高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至480℃保温3小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，共分为5道次，使得合金铸锭由50mm变为5mm；
S8.常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧板材放置在四辊轧机上进行冷轧，分为5道次，使得合金铸锭由5mm变为1mm，得到1mm的冷轧合金板材；
S9.单级固溶处理：将冷轧后的合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理；固溶工艺为560℃下保温30min；
S10. 控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金在0℃的冰水中淬火冷却至室温；
S11.时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行160℃温度下时效3h。
对比例2
本对比例与对比例1的区别在于：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0wt%、Sn：0.2wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。即，本对比例的材料为合金Al-Mg-Si-0.2Sn。
由图1可见，为 Al-Mg-Si-0.2Sn合金峰值时效的TEM明场像，从图中可以看出：针状β"析出相均匀弥散地分布在铝基体中。
对比例3
本对比例与对比例1的区别仅在于：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0.5wt%、Sn：0wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。即，本对比例的材料为合金Al-Mg-Si-0.5Cu。
由图2可见，为Al-Mg-Si-0.5Cu合金峰值时效的TEM明场像，从图中可以看出：针状β"析出相均匀弥散地分布在铝基体中，与图1相比，其数密度有所增加。
对比例4
本对比例与对比例1的区别仅在于：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0.5wt%、Sn：0.2wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。即，本对比例的材料为合金Al-Mg-Si-0.5Cu-0.2Sn。
实施例1
本实施例与对比例1的区别在于：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0.5wt%、Sn：0.2wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。即，本对比例的材料为合金Al-Mg-Si-0.5Cu-0.2Sn。
S11.梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理。梯度高温时效处理的工艺为：第一梯度为80℃温度下时效2h，第二梯度为25℃下时效1个月，第三梯度为160℃温度下时效3h。
覆盖剂为NaF：30wt.%，NaCl：50wt.%，KCl：10wt.%，Na2SiF6：10wt.%。
由图3可见，为Al-Mg-Si-0.5Cu-0.2Sn合金峰值时效的TEM明场像，从图中可以看出：针状β"析出相均匀弥散地分布在铝基体中，与图1相比，其数密度显著提高，析出相的体积分数增加。
实施例2
本实施例与对比例1的区别在于：
S1. 配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0.5wt%、Sn：0.2wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。
S11. 梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理。梯度高温时效处理的工艺为：第一梯度为120℃温度下时效2h，第二梯度为25℃下时效1个月，第三梯度为180℃温度下时效3h。
实施例3
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.7 wt%、Si：1.3wt%、Cu：0.5wt%、Sn：0.2wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。
S11.梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理。梯度高温时效处理的工艺为：第一梯度为160℃温度下时效2h，第二梯度为25℃下时效1个月，第三梯度为200℃温度下时效3h。
性能测试：
将上述对比例1制备得到的Al-Mg-Si合金以及对比例2~4、实施例1~3采用不同时效工艺获得的合金样品进行常温硬度性能测试和常温拉伸性能测试。
常温硬度性能测试方法如下：
用MH-5L硬度计测试，载荷为500g且保压时间为10s，每个样品会在其整个表面范围内取不少于10个点以确保数据的准确性，且误差不超±3%。
常温拉伸性能测试方法如下：
用 Zwick/RollZ030TH 电子万能材料拉伸试验机，拉伸速率为1mm/min 拉伸，实验开始前需要先将 Zwick/Roll Z030TH 电子万能材料拉伸试验机工作台上升10mm左右，以消除工作台***的自重影响，每组实验同时配备三个平行试样作为对比以减少实验误差。对比例1~4和实施例1~3的合金的硬度和拉伸性能测试结果如表1所示。
表1对比例1~4和实施例1~3的合金的硬度和拉伸性能测试表
Figure 177700DEST_PATH_IMAGE001
通过表1测试结果可知，添加不同微量合金（Cu/Sn或Cu-Sn）对Al-Mg-Si合金具有较大程度的影响。本发明提供的梯度均匀化处理和梯度高温时效处理能最大限度地提高制备的合金的硬度和强度。其中由测试结果可知本发明中Al-0.7Mg-1.3Si-0.5Cu-0.2Sn为最佳成分，梯度高温时效（120℃×2h+25℃×1m+ 180℃×3h）为最佳时效工艺。
由表1可见，材料在常温下硬度大于140HV，屈服强度大于280MPa，抗拉强度大于360MPa，并且延伸率可达到10%以上，相较于Al-Mg-Si合金硬度和屈服强度分别提升21%和25%。
微观结构表征：
β″相通过透射电子显微镜（TEM）观察，在统计β″相的分布时，每个试样获得10张明场像图像，至少1000个析出相。样品尺寸10×10×1mm，依次经过400#，800#，1500#，2000#砂纸打磨后，再用3000#砂纸水磨，直至样品厚度约为50μm，并且保证表面平整无油污，再用酒精清洗并吹干，再使用冲样器冲制成直径为3mm的小圆片，最后采用电解双喷方法StruersTenuPol-5 电解双喷仪上制备样品。双喷液成分为70%甲醇＋30%硝酸，温度为-25℃～-30℃，电压为15～20 V。
析出相数密度的统计方法依照参考文献[C.D. Marioara, S.J. Andersen, H.W. Zandbergen, et al., Metall. Mater. Trans. A 36 (2005)691–702.]，其中数密度ρ为：
ρ = 3N/[A(t+λ)]
其中，N为一张TEM图片中析出相的平均数量，A为图像面积，t为透射样品厚度，λ为析出相的平均长度。
析出相的体积分数V为：
V = ρ × λ × S
其中，ρ为析出相数密度，λ为析出相平均长度，S为析出相的平均横截面积。
综上所述，本发明通过向过剩Si型Al-Mg-Si合金中复合添加Cu和Sn结合多级时效工艺进行合金性能的改善。因此本发明选取最优的Cu-Sn含量以及适当的多级时效工艺，使得合金析出的β″相具有最高的数密度和体积分数（数密度：(4.73±0.25)×10-5，体积分数：(0.18±0.05)%），提高合金析出强化能力，以使Al-Mg-Si合金获得最高的强度（380.5MPa）和硬度（145.8HV）。
综上所述，微合金化和预时效能够显著提高铝合金的力学性能。基于研究，在Al-Mg-Si合金中添加Cu元素可以促进合金的析出强化和析出动力学，并且能够促进团簇(2)的生长，从而提高合金的机械性能。基于Sn元素能够有效地与空位结合，向Al-Mg-Si合金中添加Sn元素可以明显抑制自然时效的作用，并且在人工时效阶段合金获得了更快的硬化速率以及峰值硬度。
据研究在一个较宽的温度范围内（60~200℃）进行预时效都可以提升Al-Mg-Si合金的烘烤硬度，这是因为在这个范围温度下进行预时效使合金内Mg和Si原子形成与β″相化学成分相似的团簇(2)，从而在人工时效阶段这些Mg和Si原子形成的团簇(2)能直接转变成β″相，由于β″相属于合金的强化相，因而促进了Al-Mg-Si合金时效强化作用，提高了合金烘烤硬度。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：0.5wt%、Si：1.0wt%、Cu：0.4wt%、Sn：0.1wt%、Mn：0.04wt%、:Fe：0.08wt%，余量为Al。具体的，按熔炼5KG的铸锭计算，选取Al-20Si中间合金：0.25KG、Al-50Cu中间合金：0.04KG、工业纯Sn：0.005KG、工业纯Mg：0.025KG，以及工业纯铝：4.68KG。
高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1，配料：按照上述组分及质量百分比配制合金原料；
S2，熔炼：首先预热坩埚至200℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料并缓慢加热至300℃烘干水分，将S1配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住合金熔体的溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；
S3，精炼处理：溶液温度达到700℃时加入精炼剂，静止10分钟，然后扒除浮渣；精炼剂Al-5Ti-1B晶粒细化剂的加入量为30g；
S4，浇铸：溶液温度达到760℃时，检测其合金成分，根据合金中各元素的成分含量要求，通过补料或冲淡来调整溶液的实际合金成分，将符合成分含量要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；
S5，去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分，使合金铸锭表面光滑；
S6，梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理：将合金铸锭随炉升温至400℃保温2小时，然后直接升温至450℃保温3h，最后直接升温至560℃保温5h；
S7，高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至480℃保温3小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，共分为5道次，使得合金铸锭由50mm变为5mm，获得热轧合金板材；
S8，常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧合金板材放置在四辊轧机上进行冷轧，分为5道次，使得合金铸锭由5mm变为1mm，得到1mm的冷轧合金板材；
S9，单级固溶处理：将冷轧合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理，单级固溶处理处理工艺为560℃温度下保温30min；
S10，控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金板材淬火冷却至室温；控温淬火处理为将单级固溶处理后的合金板材立即放入温度为0℃的冰水中30s，随后放置在空气中回复至室温；
S11，梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理；第一梯度为80~160℃温度下时效2h，第二梯度为25℃下时效1个月，第三梯度为160~200℃温度下时效3h，获得高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Mg：1.5wt%、Si：2.0wt%、Cu：1.0wt%、Sn：0.5wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al。具体的，按熔炼5KG的铸锭计算，选取Al-20Si中间合金：0.5KG、Al-50Cu中间合金：0.1KG、工业纯Sn：0.025KG、工业纯Mg：0.075KG，以及工业纯铝：4.3KG。
高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1，配料：按照上述组分及质量百分比配制合金原料；
S2，熔炼：首先预热坩埚至250℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料并缓慢加热至350℃烘干水分，将S1配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住合金熔体的溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；
S3，精炼处理：溶液温度达到650℃时加入精炼剂，静止15分钟，然后扒除浮渣；
S4，浇铸：溶液温度达到720℃时，检测其合金成分，根据合金中各元素的成分含量要求，通过补料或冲淡来调整溶液的实际合金成分，将符合成分含量要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；
S5，去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分，使合金铸锭表面光滑；
S6，梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理：将合金铸锭随炉升温至420℃保温3小时，然后直接升温至470℃保温4小时，最后直接升温至540℃保温6小时；
S7，高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至460℃保温4小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，高温热轧处理的压下量为90%；获得热轧合金板材；
S8，常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧合金板材放置在四辊轧机上进行冷轧，常温冷轧处理的压下量为80%；得到冷轧合金板材；
S9，单级固溶处理：将冷轧合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理，单级固溶处理处理工艺为575℃温度下保温20min；
S10，控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金板材淬火冷却至室温；
S11，梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理；第一梯度为100℃温度下时效3h，第二梯度为25℃下时效1.1个月，第三梯度为170℃温度下时效2h，获得高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料。
所述铸造涂料为滑石粉和水1：3质量比的混合体。
所述覆盖剂为NaF：30wt.%，NaCl：50wt.%，KCl：10wt.%和Na2SiF6：10wt.%的混合物。
所述精炼剂为Al-5Ti-1B晶粒细化剂，Al-5Ti-1B晶粒细化剂的加入量为25g。
S4中，检测合金成分的方法为电感耦合等离子体光谱法。
S7中，高温热轧处理共分为5道次，使得合金铸锭由60mm变为6mm。
S8中，常温冷轧处理分为5道次，使得合金铸锭由6mm变为1.2mm。
S10中，控温淬火处理为将单级固溶处理后的合金板材立即放入温度为0℃的冰水中40s，随后放置在空气中回复至室温。
实施例6
一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在汽车领域中作为汽车车身板轻量化材料中的应用，以解决汽车车身板用Al-Mg-Si合金室温放置后烘烤硬化不足的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，其特征在于：包括以下质量百分比的元素：Mg：0.7wt%、Si：1.3wt%、Cu：0.5wt%、Sn：0.2wt%、Mn：0.05wt%、Fe：0.10wt%，余量为Al；
包括以下步骤：
S1，配料：按照上述组分及质量百分比配制合金原料；
S2，熔炼：首先预热坩埚至200℃，在坩埚和工具上均匀涂满铸造涂料并缓慢加热至300℃烘干水分，将S1配制好的合金原料放置于坩埚中熔化得到合金熔体，并用覆盖剂包住合金熔体的溶液表面，以减少增铁、吸气和氧化；
S3，精炼处理：溶液温度达到700℃时加入精炼剂，静止10分钟，加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂20g使合金成分更准确，然后扒除浮渣；
S4，浇铸：溶液温度达到760℃时，检测其合金成分，根据要求调整其合金成分，将符合成分要求的合金熔体浇铸到模具中，吹风冷却至室温得到合金铸锭；
S5，去皮：将浇铸后的合金铸锭去除冒口及表面不均匀部分，使合金铸锭表面光滑；
S6，梯度均匀化处理：将去皮后的合金铸锭在均质炉中进行不同温度和时间的梯度均匀化处理：将合金铸锭随炉升温至400℃保温2小时，然后直接升温至450℃保温3小时，最后直接升温至560℃保温5小时；
S7，高温热轧处理：将去皮和均匀化处理后的合金铸锭加热至480℃保温3小时后取出，放置在四辊轧机上进行热轧处理，共分为5道次，使得合金铸锭由50mm变为5mm；获得热轧合金板材；
S8，常温冷轧处理：将冷却至室温的热轧合金板材放置在四辊轧机上进行冷轧，分为5道次，使得热轧板材由5mm变为1mm，得到冷轧合金板材；
S9，单级固溶处理：将冷轧合金板材放置在马弗炉中进行固溶处理，固溶工艺为560℃温度下保温30min；
S10，控温淬火处理：将单级固溶处理后的合金板材在0℃的冰水中淬火冷却至室温；
S11，梯度高温时效处理：将淬火后的合金板材在马弗炉中进行不同温度下的双级梯度高温时效处理；第一梯度为120℃温度下时效2h，第二梯度为25℃下时效1个月，第三梯度为180℃温度下时效3h，获得高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料；
所述高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在常温下硬度145.8HV，屈服强度301.1MPa，抗拉强度380.5MPa，并且延伸率10.5%。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述铸造涂料为滑石粉和水1：3质量比的混合体。
3.根据权利要求1~2任意一项所述的制备工艺获得的高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在汽车领域中作为汽车车身板轻量化材料中的应用。
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