系汽车车身板铝合金的合金化及组织性能的研究.pdf
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轻合金加工技术2004,V。
132N016XXX系汽车车身板铝合金的合金化及组织性能的研究刘宏一,刘艳华,赵刚,刘春明,左良(I东北大学材料与冶金学院。
辽宁沈阳I10004;2山东轻3-业学院机电工程学院。
山东济南250100)摘要:
采用力学性能试验和光学金相分析法,研究了和Mn等元素对6系汽车板铝合金组织及性能的影响。
结果表明:
Mg和Mn是提高6XXX系汽车板铝合金时效初期硬化值的元素,但对时效初期硬化速度影响不大。
提高Mg和Mn含量,合金经170C30min时效后的强度增大,伸长率降低。
合金固溶处理淬火后的晶粒尺寸和形态不随含量而改变,但随Mn含量增加而显著细化。
关键词:
汽车车身板铝合金;时效硬化速度;合金化中图分类号:
TG14621文献标识码:
A文章编号:
10077235f200401一OO4404ResearchofAlloyingandMicrostructureandPerformanceof6000SeriesAluminiumAlloysforAutomobileBodySheetsHUHong一,HUYanhua,ZHAOGang,HUChunming,ZU0Hang(1NortheasternUniversityShenyang110006,China;2ShandongInstituteofUgiltIndustry,Jinan250100,China)Abstract:
Bymeansoftensilepropertiesexperimentsandopticsmetallographicanalysismethod,thepaperresearchestheeffectofalloyelementsofMgandMnetconmicrostructureandperformanceof6XXXseriesaluminiuInalloysforautomobilebodysheetsResultsindicatethatMgandMnareelementsofenhancinghardeningvalueof6xxseriesaluminiumalloysduringanginitialstages,buteffectofthemonagehardeningspeedduringinitialstaarefewEnhancingMgandMncontents,angstrengthsofalloysatl70f0r30minincreaseelongationpercentagesreduceGrainsizesandmorphologyofalloysaftersolutionheattreatmentdontchangebyMgcontents,butwithincrementofMncontents,grainstructuresaresignificantlyrefinedKeywords:
aluminiumalloysforautomobilebodysheets;agehardeningspeed;alloying随着世界各国汽车保有量的持续增长,燃油消耗及其废气污染在日益加剧,汽车制造商不得不将降低燃料消耗和限制汽车尾气排放列为汽车发展的重要目标之一。
车身轻量化是实现这一目标的有效途径,因此,近年来铝合金作为轻质材料在车身上的应用越来越受到青睐。
可热处理强化的6XX系铝合金比较适合用于汽车车身板材料。
在欧洲,常用低Cu的AA6016合金作车身板。
在北美,由于注重强度,汽车制造商更喜欢含Cu较高的AA6111合金。
目前这些合金虽然仍存在强度低和成形性差等问题,但它们已在FordCrowVictoria,CrandMarques和TaurusSable等车型上得到应用llJ。
6XX系铝合金板材冲压车身构件时,其强度并不高,在随后的涂装烘烤过程中获得时效强化。
但车身构件涂装过程的加热温度不高(通常低于180),保温时间也较短(通常小于30min),不能充分发挥6XXX系合金的时效硬化潜力。
因此开发时效速度较快的合金,最大限度地利用涂装加热工艺使合金强化越来越引起重视。
本工作旨在通过对收稿日期:
20031103基金项目:
教育部科学技术研究重大项目(0208),国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2002AA331050),国家教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划。
第一作者简介:
刘宏(1959一),女,湖南邵阳人,博士研究生,副教授。
维普资讯http:
/2004,Vo132,N01轻合金加工技术456系铝合金进行合金化及组织性能的研究,探求Mg和Mn等元素的合金化条件对合金在涂装烘烤过程时效硬化的影响规律,为开发新型国产化的6系汽车板铝合金奠定基础。
l试验方法11材料的制备熔炼合金的原料为999高纯铝、电解铜、工业纯镁、工业纯锌以及A195Si、A19Mn、A14Cr、A13Ti等中间合金。
将上述原料按照一定的添加顺序放入电阻坩埚炉熔化,然后在水冷铜模中浇铸成220nlnl120mill20nlnl的铸锭,其化学成分见表1。
其中58样合金,加入999的工业纯铁,8样合金为6111合金。
将铸锭进行54o16h的均匀化处理后,切头铣面。
加热至430热轧成厚度为45mill的板料,再经410C1h中间退火,然后冷轧成12Inln厚的薄板。
拉伸样品的标距宽度为10nlln,长度45Inln。
拉伸轴向与板材轧向平行。
表1合金的化学成分(质量分数)合金编号SiMgCuMnFeZnCrTi12材料的热处理及组织性能测定样品经54o30min固溶处理水淬,室温停留30min,再进行人工时效处理。
其中用作硬度测量的样品在170时效不同时间,冷至室温后,5min之内测完硬度;用作拉伸试验的样品进行17030min时效处理后,6h之内完成拉伸试验。
硬度测量使用HVA一10A型小负荷维氏硬度计,拉伸试验采用AG一250KNE型电子万能拉伸试验机。
用LEICAMPS30型金相显微镜进行组织观察。
2试验结果与讨论21时效硬化速度曲线合金板材样品固溶处理淬火后,在17012It效不同时间的硬度变化曲线如图13所示(图中所标数字为合金号)。
其中a图为合金时效30min之内硬度的变化,可反映合金在烤漆条件下的时效硬化速度;b图为合金时效24h之内硬度的变化,可间接反映合金时效初期的变化特征。
14#合金为主加元素si、Cu、Mn含量不变的条件下,改变Mg含量形成的合金。
由图la可见,Mg含量的变化对合金在17030min之内时效硬化的速度没有显著影响。
但与8#(6111)合金相比,其时效硬化速度略有提高,这表明Fe含量提高并同时加入zn、Cr、Ti微量元素,有降低合金在170oC时效初期(30min之内)硬化速度的作用。
随着Mg含量的增加,合金时效初期的硬化水平提高,其峰值硬度也同时升高。
但当含Mg量大于12时,峰值硬度不再增加(如图1b)。
这是因为影响合金时效的初始硬化水平与Mg和si形成的Mgsi溶质原子集团产生的硬化作用有关l。
显然,增加含Mg量,Mgsi溶质原子集团的数量增多,合金时效的初始硬化水平增大。
而人工时效过程中的峰值硬度通常与8,到B(即Q)的转变有关,两相的析出行为在有足够si的合金中主要受Mg含量的控制【引。
由于是Mg2Si的初期相,Q是Q(A15Cu2MgsSi6和A14CurgsSi4)的过渡相,在峰值时效状态下一Q转变时,将导致Mg过剩而si不足,因而对于si含量保持不变的14#合金,当增加Mg含量达到一定的数量后,再进一步提高合金中的,其峰值硬度便不会继续增大。
57#合金为Msi、cu和Fe含量不变的条件下,改变Mn含量形成的合金。
由图2a可见,随含Mn量的增加,合金时效初期的硬度升高,但时效硬化速度没有明显的差异。
且不含zIl、Cr、Ti微量元素合金的时效硬化速度略快于含微量元素的8#(6111)合金。
通过比较14样合金与8样合金的差异,可证明降低硬化速度的作用并非是Fe元素。
22显微组织对17030min时效的合金进行显微组织观察。
发现14#合金随含Mg量的增加,结晶相随之增多,而晶粒大小没有明显的变化(如图3a、3b所示)。
添加Fe的5#7#合金随Mn含量由011(5#合金)增加到063(6#合金)时,合金组织显著细化(图3c和3d),当达到087(7#合金)时,合金基本未发生再结晶(图3e)。
这表明Mn有强烈的细化合金固溶处理水淬后晶粒和阻碍在这一过程中发生再结晶的作用。
8#(6111)合金由于添加了Cr和Ti微量元素,合金的晶粒组织也明显细化(图3f)。
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嘶嘴嘶jl1)#234567(#8维普资讯http:
/46轻合金加工技术2004Vo132Nol图114#、8#合金170C时效不同时间的硬度变化曲线e7合金f8合金125120ll5ll0105Z1009590858075图257#、8#合金170C时效不同时间的硬度变化曲线23170C时效30min的力学性能6XXX系铝合金汽车板是在rr4状态(固溶处理图3合金经17030rain时效的晶粒组织+自然时效)下冲压成车身构件,然后经涂装烤漆获得进一步强化,而涂装烤漆过程通常在170C以上,大约经过30min。
因此,固溶处理水淬后17030min的时效状态,相当于模拟工业化烤漆条件。
表2为模拟合金烤漆条件170C时效30min的力学性能。
14#合金随Mg含量的增加,强度提高,而伸长率下降。
这与Mg含量对硬度的影响是相同的。
MgSi溶质原子集团的增加虽然可提高强度,但合金的塑性将随之下降。
此外,随Mg含量增加,未溶结晶相的数量增加,也会影响合金的塑性。
57#合金随Mn含量增加,其强度和伸长率的变化规律与14#合金的相同。
但一般认为Mn并不形成时效强化相,因此Mn的作用与Mg的作用有所不同。
提高含Mn量,合金晶粒显著细化,细晶强化效果能使合金时效初期的硬度和强度提高。
Mn形成的弥散相对硬度和强度提高也有贡献I5J。
但随Mn含量增加,合金中未溶解的结晶相增多,对合金的塑性将产生不利的影响。
8#合金中由于Cr和rri强烈细化晶粒的作用l_67J,而且不产生过多的未溶结晶相,因此合金在得到强化的同时,仍保持较高的伸长率。
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/2004,Vo132,Nol轻合金加工技术47表2170C30min时效处理后合金的力学性能3结论
(1)Mg和Mn是提高6系汽车板铝合金时参考文献:
效初期硬化值的元素。
随Mg和Mn含量增加,合金17030rain的时效强度增大,但伸长率降低。
(2)增加Mg含量对合金固溶处理淬火后的晶粒尺寸和形态影响不大。
但增加Mn含量,合金固溶处理淬火后的晶粒显著细化并阻碍再结晶。
(3)提高Mg和Mn含量对6OOO系汽车板铝合金时效初期硬化速度影响不大,但未添加Cr、Ti和zn微量元素的试验合金的时效硬化速度略快于试验的611l合金。
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144152关绍康,姚波,王迎新Ti和ce对一Mgsi基合金板材成形性能的影响J中国有色金属学报,No4Aug2002,Vo112:
759762西南铝业公司热连轧扁锭加热炉从高奇公司引进西南铝业(集团)有限责任公司(1+4)式热连轧生产线的扁锭加热炉共有4台,现在先建2台,它们是从世界著名的冶金炉设计制造企业高奇公司引进的。
目前引进的2台加热炉可装质量131t的锭36块,装炉量4716t,锭的最大宽度1800咖,最大厚度520mm。
待建的2台加热炉可装质量21t的扁锭36块,装炉量可达766t。
(王祝堂)坐坐业坐登电集团铝加工公司新增1台铸轧机登电集团铝加工有限公司原有2台q6801111111600toni双辊式连续铸轧机,为配合其3801050toni1700lnnl4辊不可逆式冷轧机的投产,又新建1条l000toni1850nllll铸轧生产线。
该生产线由洛阳正扬机械设备有限公司设计,洛铜集团冶金设备厂制造,于2003年9月份安装完毕。
(王祝堂)=1rLrLrLrLr;维普资讯http:
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