[发明专利]用于形成具有特制的机械性能的铝合金部件的方法

说明书

一种用于由可热处理的铝合金坯件制作成形部件的方法，该方法包括将坯件设置处于硬化回火状态，例如T6或其他合适的回火状态。所提供的坯件经受选择性加热，使得坯件的第一部分被加热至预定第一温度持续预定第一时间长度并且坯件的第二部分被加热至预定第二温度持续预定第二时间长度。已加热的坯件然后形成为成形部件的期望形状并且冷却至环境温度。选择性加热大幅增加了延展性以促进坯件形成为成形部件的期望形状，并且选择性加热提供与坯件的第一部分和第二部分相对应的成形部件的第一部分和第二部分内的期望的机械性能。

该PCT专利申请要求于2013年7月12日提交的题为“PROCESS FOR FORMINGALUMINUM ALLOY PARTS WITH TAILORED MECHANICAL PROPERTIES”的美国临时专利申请No.61/845,514的权益，该申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并且由此通过参引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于制作成形部件的方法，并且更特别地涉及一种用于将可热处理的铝合金坯件形成为具有特制的机械性能的成形部件的方法。

背景技术

对环境以及能源成本上升的关注已经导致了近些年开发比先前型号更省油的车辆的推进。减轻重量长期以来已被确定为提高汽车燃油经济性的有效方式，诸如例如通过用包括铝和镁合金的较轻的重量材料来代替钢。事实上，车身和动力系的包括发动机缸体和缸盖、车轮以及一些车身面板的若干部件已经由铝合金制造。使用在车身面板应用中的铝的合金不仅趋于能够更容易地形成而且趋于强度更低，如5xxx系列合金。不幸的是，结构部件比如B柱需要使用较高强度的材料，以满足顶部挤压和侧面冲击安全标准。

高强度铝合金是在汽车结构部件中使用的高强度钢的可行的替代。特别地，可热处理的铝合金比如2xxx、6xxx、7xxx和8xxx系列合金可以使用适当的热处理工艺和人工时效工艺来硬化。由于这种合金在其硬化回火状态诸如例如T6回火状态下的不良可形成性，因此通常将用于形成部件的坯件设置在较软的回火状态诸如例如T4。坯件形成为部件的期望形状，然后，部件经受热处理和人工时效以实现期望的机械性能。不幸的是，该方法导致生产时间可能会不切实际的长，原因在于要在从几分钟至数小时范围的整个时间段内进行热处理工艺和人工时效工艺。该方法的另外的问题在于在热处理步骤和老化步骤期间可能会发生成形部件的翘曲，由此需要额外的步骤来校正形状。因此，该方法可能不太适于汽车制造行业或者需要在短的时间尺度内生产大量部件的其他高容量应用。

在Trans.Nonferrous Met.Soc.China 22(2012)1-7的文章“Warm formingbehavior of high strength aluminum alloy AA7075”中，Wang等人讨论了升高的温度对特定的7xxx系列铝合金的机械性能的影响。根据Wang等人，温成形(warm forming)的关键要素是保持高强度回火，尽管文章中呈现的结果表明屈服强度和硬度两者在约180℃与260℃之间的温度下形成之后均较低。此文章的作者得出结论：为了获得不具有任何进一步的热处理的部件，形成温度不应当超过220℃。当然，Wang等人使铝合金经受热处理持续长达300s，这换算成每小时仅约12个加热循环，并且因此，在高容量应用中使用是不切实际的。

另一研究已显示在175℃下温成形含铜AA7075型合金持续一分钟或两分钟对强度几乎没有影响，并且已显示略微升高至200℃减小了强度约50MPa。该研究得出结论：在常见的5步烤漆循环期间，部件的机械性能在较高水平上变得均匀。不幸的是，即使是持续仅一分钟或两分钟的这些相对短的加热时间，由此产生的生产速度仍然太低以致于不能在高容量应用例如汽车工业中非常有用。