一种提高6xxx系铝合金板材成形性能的成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车车身用6XXX系铝合金板材的成形方法，用这种方法能够协 同提高铝合金板材的成形性能及服役强度性能。
【背景技术】
[0002] 近年来，在国家大力提倡低碳环保、节能减排的背景下，汽车产业正向着绿色环保 和车身轻量化的方向发展，其中提高车身铝化率是非常有效的方法之一。以6009、6022、 6111为典型代表的6XXX铝合金具有良好的烤漆硬化特性和较好的成形性能(相对于2XXX 系铝合金)，是目前车身用铝合金的首选合金，被奥迪、宝马、捷豹路虎、福特等各大汽车生 产商广泛应用于车身内外板的生产，但是6XXX铝合金应用也存在一些问题，面临的最主要 的问题是成形性能和服役强度性能不理想。
[0003] 造成这两大主要性能不理想的原因是，板材从原材料供应商运输到汽车生产商需 要一定时间，在此过程中，6XXX铝合金会发生自然时效，即"停放效应"（aging delay)，形 成大量早期析出相，使得板材冲压前的屈服强度过高，冲压开裂，成形性能较差。与此同时， 由于自然时效生成的大量早期析出相会在烤漆条件下溶解，使主要强化相β "相在短时间 烤漆条件下析出滞后，造成服役强度达不到要求。
[0004] 以6016铝合金为例，行业要求供货状态屈服强度不大于130MPa，延伸率不小于 24%，屈强比不大于0. 55,塑性应变比不小于0. 54,应变硬化指数不小于0. 26,服役抗拉强 度不小于220MPa。然而，一般原材料供应商以T4态供货，比如6061-T4合金屈服强度为 170MPa，延伸率为25%，硬化指数为0. 22,塑性应变比为0. 5,因此，板材成形性能和服役强 度性能无法满足汽车制造业的要求，所以，目前国内各大研宄机构正着力研宄汽车车身用 6XXX系铝合金板材，国内外研宄工作者主要通过预时效、预应变抑或温成形的方式，试图提 高成形性能和(或）服役强度性能：通过预时效、预应变方法，在成形之前抑止自然时效过 程早期析出物的生成，生成有利于主要强化相β "相的核点，通过此种方法来提升烤漆硬 化能力和避免损害成形性能而导致的冲压开裂，然而，预时效、预应变的方法要么未明显提 升甚至损害成形性能，要么对最终服役强度性能不利；而温成形方式在汽车用5ΧΧΧ系铝合 金方面研宄较多，在6ΧΧΧ系铝合金上研宄较少，并且并未考虑温成形对服役强度性能的影 响。
[0005] 预时效处理方面，土耳其Yucel Birol教授研宄了 ΑΑ6016合金在固溶处理后10分 钟内在60-200°C进行2-30分钟的预热处理，得出固溶后10分钟内在140-180°C温度之间 时间小于10分钟的预时效制度能在保持合金冲压成形性前提下改善烘烤硬化性(烘烤硬 化性能的改善有利于提高服役强度性能)，但实际上此方法改善烘烤硬化的能力很有限。国 内刘宏和关绍康等人分别研宄了 Al-Mg-Si-Cu合金固溶处理后立即进行170°C预时效5-10 分钟和150°C预时效5分钟的预处理工艺，其烤漆后结果虽然高于未进行预时效烤漆后的 结果，但其转移时间短不易控制且烤漆前强度过大成形性降低。田妮等人提出的固溶水淬 后室温停放2小时~5天，然后在180~200°C处理7-15分钟的方法实际上是世界专利WO 00/70115和WO 2005/071127的特例，其提高服役强度的性能有限。
[0006] 温成形方式方面，Daoming Li和Amit K. Ghosh研宄发现错合金成形温度在 200~350°C之间可得到比较理想的成形性能，对于Al 6111-T4,在变形温度为200°C时并未 产生明显的软化效果。S. Mahabunphachai等人发现，当变形温度为300°C时，液压胀形延 伸率达到60、70%，拉伸试验当中至多30%，成形性能大幅提高。P.J. Bolt等人研宄了 100 至250°C温成形提高冲压性能的可行性，对于6016-T4铝合金来说，冲头不加热，模具温度 设置为175°C，盒子形状的deep-drawn成品深度提高25%，超过125mm，室温100mm。模具温 度设置为250°C，圆锥stretched-drawn成品可提高65%。但是，目前有关温成形研宄工作 主要集中于5XXX系铝合金及其成形性能提高，6XXX系铝合金研宄较少，而且，并未考虑到 服役强度性能是否满足要求。
[0007] 所以，尚未有一种协同大幅提高成形性能与服役强度性能的方法，为了显著协同 提升其成形性能和服役强度性能，在高于室温的较高温度下变形成为一种较有效的方式。 所以确定一个具有保证服役强度性能的同时大幅提升成形性能的变形温度具体范围的成 形方法，具有重要意义。
【发明内容】
[0008] 本发明是围绕解决自然时效对汽车车身用6XXX系铝合金服役强度性能以及成形 性能的消极影响，发明的铝合金板材的温成形方法来协同提高服役强度性能和成形性能。
[0009] 经过系统研宄汽车车身板用铝合金自然时效状态下纳米沉淀相和温成形状态下 的纳米沉淀相析出序列、稳定性及结构演化关系，结合析出相与性能关系的研宄，本发明的 温成形技术方案按以下步骤进行： 一、 安装模具到冲压设备，调整凹凸模具对中，冲压凹模内部含有加热器件，凸模内部 有冷却装置； 二、 将厚度为〇. 8~1. 5mm，热处理状态为T4的6XXX系铝合金板材置于冲压凹模之上， 然后冲压凹模加热至160°C ~250°C，凸模温度保持室温，保温过程控制在3~15分钟； 三、 保温过程之后，启动冲压机程序，进行温成形处理，控制整个冲压过程时间在5~25 分钟范围内； 四、 成形结束后，保持压头位置不变，对板材进行保压，保压过程不超过5分钟； 五、 取出成形后板材，空冷至室温，即完成汽车车身用6XXX系铝合金板材的温成形处 理。
[0010] 本发明包含以下有益效果： 本发明的方法可在低于热成形(再结晶)的温度范围内对T4态6XXX系铝合金板材进行 温成形，解决了室温条件下冲压开裂的情况，在大幅提升成形性能的基础上，不仅避免了对 服役强度性能的损害，而且充分发掘6XXX系铝合金烘烤硬化潜能，提高服役强度。
[0011] 优选方案为： 一、 安装模具到冲压设备，调整凹凸模具对中，冲压凹模内部含有加热器件，凸模内部 有冷却装置； 二、 将厚度为〇. 8~1. 5mm，热处理状态为T4的6XXX系铝合金板材置于冲压凹模之上， 然后冲压凹模加热至200°C ~250°C，凸模温度保持室温，保温过程控制在3~10分钟； 三、 保温过程之后，启动冲压机程序，进行温成形处理，控制整个冲压过程时间在5~20 分钟范围内； 四、 成形结束后，保持压头位置不变，对板材进行保压，保压过程不超过5分钟； 五、 取出成形后板材，空冷至室温，即完成汽车车身用6XXX系铝合金板材的温成形处 理。
[0012] 进一步优选方案为： 一、 安装模具到冲压设备，调整凹凸模具对中，冲压凹模内部含有加热器件，凸模内部 有冷却装置； 二、 将厚度为〇. 8~1. 5mm，热处理状态为T4的6XXX系铝合金板材置于冲压凹模之上， 然后冲压凹模加热至220°C ~240°C，凸模温度保持室温，保温过程控制在3~5分钟； 三、 保温过程之后，启动冲压机程序，进行温成形处理，控制整个冲压过程时间在5~15 分钟范围内； 四、 成形结束后，保持压头位置不变，对板材进行保压，保压过程不超过5分钟； 五、 取出成形后板材，空冷至室温，即完成汽车车身用6XXX系铝合金板材的温成形处 理。
[0013] 以上方案所述铝合金为6061铝合金。
[0014] 本发明方法协同提高汽车冲压件服役强度性能和成形性能，使得产品性能更佳， 由于成形性能的大幅提高，使其产品合格的稳定性提高，从成品率角度有效降低了生产成 本，同时，对于汽车车身板，高强度性能表现出更佳的抗凹陷性能，提升了产品竞争力。以上 优势将促进铝合金板材替代钢板减轻车体重量，从而在取得良好的经济效益的同时节约能 源减少排放量。
【附图说明】
[0015] 图1为试验1和3温成形工艺和室温成形工艺模拟烤漆前后硬度对比 图2为试验1~4温成