Al-Mg-Si-Cu-Mn汽車車身用鋁合金板材的研究.pdf

1、本研究為國家教育部重點項目“汽車車身用鋁合金板材研制”和國家“863”計劃項目“高精度深沖鋁合金板材及相關(guān)技術(shù)開發(fā)”的部分內(nèi)容。旨在開發(fā)出一種用于汽車外車身板的新型鋁合金材料及其相應的熱處理工藝。 在大量的實驗研究和理論計算的基礎上，研制出一種適用于車身板的鋁合金材料，成分為Al-1.29Mg-1.22Si-0.48Cu-0.69Mn，其余0.3Fe，0.2Zn和0.1Cr(質(zhì)量分數(shù))，同時成功地探索出一種針對6000系合金車身

2、板的預時效處理工藝。這種新合金沖壓前的n15、r15值分別為0.272和0.832，經(jīng)170℃×30min模擬烤漆后的屈服強度和抗拉強度分別達到了273MPa和376MPa。所有性能均超過了國家“863”項目制定的鋁合金車身板的性能指標，且優(yōu)于國外的6111合金，為汽車板鋁合金材料的國產(chǎn)化奠定了基礎。 掃描電鏡能譜、X射線衍射、透射電鏡以及金相分析結(jié)果表明，6000系車身板合金鑄態(tài)結(jié)晶相的類型主要為Al1.9CuMg4.1Si3

3、.3(即Q相)、Al5(FeMn)Si、Al8(FeMn)2Si、Al4(MnFe)3Si2和Al5(MnFe)12Si7相及Mg2Si相，Mg含量較低時，出現(xiàn)純Si相。提高含Mg量，對于Si過剩合金，Q相增多；對于Mg過剩合金，Q相減少，但Mg2Si相均增多。提高含Mn量，在低Fe(Fe＜0.1％)合金中，形成Al4(MnFe)3Si2相，其數(shù)量隨之減少；在含F(xiàn)e量較高的合金中，不僅形成Al5(MnFe)12Si7相，還形成Al5(F

4、eMn)Si和Al8(FeMn)2Si相，且隨含Mn量的增加，Al5(FeMn)Si相數(shù)量減少，Al5(MnFe)12Si7和Al8(FeMn)2Si相增多。鑄錠均勻化處理時，Q相為可溶相；Mg2Si及Al4(MnFe)3Si2和Al5(MnFe)12Si7結(jié)晶相變化不大。但Al5(FeMn)Si發(fā)生向Al8(FeMn)2Si相的轉(zhuǎn)變，且隨含Mn量增加，轉(zhuǎn)變更完全。結(jié)晶相中的Mn、Fe或Cr具有相互替代作用。 杯突、硬度及拉伸試

5、驗等實驗結(jié)果表明，合金元素對T4(固溶水淬+自然時效兩周)和T4P(固溶水淬+短時人工時效+自然時效兩周)態(tài)(除時效硬化性能優(yōu)異的合金外)性能的影響規(guī)律基本相同。提高Mg/Si質(zhì)量比和Mn含量(Mn＜0.8％)，對Si過剩合金，其T4和T4P硬度及強度增大，塑性下降，不利于合金的成形性；對Mg過剩合金，T4P硬度和強度高于T4硬度和強度，合金的成形性提高。而合金元素對不同處理態(tài)人工時效硬化作用，一是通過增加含Mn量及添加微量元素Cr和T

6、i產(chǎn)生的彌散強化和細晶強化增大合金的初始硬度；二是通過提高Mg2Si在基體中過飽和度以增加合金時效初期強化相的析出數(shù)量而促進烤漆強化。T4態(tài)鋁合金車身板進行170℃×30min模擬烤漆均出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而合金成分對于改善這種不利影響的作用不大。相比之下預時效處理制度對烤漆硬化性的影響比合金元素的作用更有效，不僅保證在交貨條件下具有比T4態(tài)更低的屈服強度，有利于汽車車身覆蓋件的沖壓成形，同時促進烤漆過程合金的顯著強化。 通過熱力學計

7、算得到了不同處理態(tài)合金在隨后加熱過程各亞穩(wěn)相析出激活能，證明了T4P(2.5～10min)狀態(tài)下進行烤漆比T4態(tài)及固溶淬火態(tài)更易于獲得β"相(即獲得更高的強度)。綜合硬度法、電導率法及DSC實驗等結(jié)果分析，揭示了合金預時效后組織中存在著大量的β"核心具有雙重作用的機制：這種尺寸較大、密度較高的β"核心降低了其周圍基體溶質(zhì)的過飽和度，抑制其在室溫下繼續(xù)形成GP區(qū)，保證了合金板材沖壓時具有較低的強度；同時這些β"核心在烤漆時迅速轉(zhuǎn)變成β"相