[发明专利]一种促进Al‑Mg‑Si‑Cu系合金原生相分布的离散处理方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种可工业化应用的改善Al-Mg-Si-Cu系合金材料显微组织的处理方法，特别针对汽车领域车身外板用高成形性合金板材而开发，该种处理方法可以使得铝合金内原生相分布均匀性大幅度提高，进而显著提高合金的综合性能。

背景技术

随着汽车数量的不断增加，尾气排放对空气污染和气候恶化不容忽视，世界各国对汽车节能、减排的意识不断增强。因此，如何实现汽车轻量化进而达到节能减排的目的已经成为汽车领域进一步发展的关键所在。从高速、舒适、美观、耐用、轻量化、节能、环保、降低成本等综合性能方面来看，铝合金无疑是现代汽车工业轻量化的首选材料，世界许多国家均已大力开展汽车轻量化用铝合金加工、成形和应用的相关研究。目前，汽车工业已经是我国的支柱产业之一，今后一段时间仍会得到持续高速的发展，因此，研制高性能汽车用铝合金材料及其制备方法对于提高我国汽车工业的国际竞争力意义重大，同时也会为我国产生重大的经济和社会效益。目前，汽车轻量化用变形铝合金板材主要包括，分别应用于车身内板和外板的Al-Mg系和Al-Mg-Si系合金板材。相比而言，Al-Mg-Si系合金由于具有如下特点：可热处理强化、耐蚀性好、焊接性好、易于表面着色以及成形性好，而且更为重要的是该系合金普遍具有较高的烤漆硬化特性，所有这些优点使得该系合金非常适合应用于汽车车身外板的加工，而且目前已经有几个牌号的合金获得广泛应用，如AA6016，AA6111以及AA6022等。

以往研究和应用均表明，虽然Al-Mg-Si系合金具有较好的冲压成形性能，r值一般可达0.55以上，但是与钢铁相比仍然存在一定差距。因此，在保证合金烤漆硬化性能较好的情况下如何进一步提高该系铝合金的冲压成形性能是其能够得到更加广泛应用的关键所在。考虑到汽车外板用Al-Mg-Si系合金的制备过程较长且较为复杂，通过改变热加工工艺很好调控组织和织构演化过程，进而实现不同织构的合理搭配难度较大，但是如果合金基体内分布有一定量的粗大粒子(直径d>1μm)，变形态合金在高温热处理过程中会发生粒子刺激再结晶形核(即所谓的PSN效应)，导致粒子周围出现大量再结晶核心，这样不仅可以使得晶粒细化，而且还可以使得织构显著弱化(基本呈随机分布状态)，最终可以使得合金板材的成形性能获得大幅度提高。因此，如何在热加工之前在合金基体内能够获得均匀弥散分布的粗大粒子分布状态成为该系合金组织调控的关键。考虑到熔铸过程中生成的原生相普遍与基体界面结合良好，据此如果能够在熔铸过程合成均匀弥散分布的原生相粒子，那么其在后续热加工过程中一定可以发挥PSN效应而使合金组织和织构得到很好调控，进而使得成形性能获得大幅提高。根据此设计思路，同时考虑到回收铝合金普遍含有溶质元素Fe、Mn和Si等元素，用回收铝合金进行熔炼不仅可以大幅降低汽车用铝合金的生产成本，而且还可以利用引入的溶质元素Fe、Mn和Si等元素在熔铸过程中发生原位反应进而生成Al(Fe,Mn)Si相。但是根据以往研究表明，熔铸过程中生成的富铁相很容易发生偏聚长大，虽然在后续热加工过程中也可以发生破碎而得到细化，但是破碎过程中很容易不彻底而在粗大富铁相内部残留有微裂纹，进而在冲压成形或弯边变形时优先诱发裂纹萌生和扩展，从而抵消了粗大粒子诱发再结晶形核等的有利作用。因此，如何能够使得熔铸过程内生成的富铁相发生细化且均匀弥散分布于合金基体内成为提高铝合金综合性能的关键所在。考虑到如果能够施加物理场对Al-Mg-Si-Cu系合金的熔铸过程进行作用，那么必然可以增加原生富铁相的形核率以及均匀弥散分布程度。本发明就是基于这一调控思路而开发了一种可以有效促进Al-Mg-Si-Cu系合金原生相分布的离散处理方法。

发明内容

本发明为了更好满足汽车轻量化用铝合金板材的实际应用需求，针对Al-Mg-Si-Cu系合金板材成形性能仍然不够高等问题，开发一种更加适合促进铝合金材料内原生相分布状态的处理方法。本发明充分利用熔铸过程的超声物理外场作用可以有效促进合金内原生相的均匀弥散分布状态而开发的。在开发过程中通过控制熔铸过程以及外场作用方式和强度等，并辅以合适的高温处理工艺调控，最终使得合金在热加工之前的组织得到很好调控和提高，从而实现Al-Mg-Si-Cu系合金内原生相呈球形或近球形且呈均匀弥散分布状态的目的。