鋁合金-汽車輕量化技術(shù)-2016

1、汽車輕量化技術(shù)鋁合金主要內(nèi)容汽車輕量化背景汽車輕量化背景1鋁合金基礎(chǔ)知識(shí)鋁合金基礎(chǔ)知識(shí)2汽車用鋁合金現(xiàn)狀汽車用鋁合金現(xiàn)狀3鋁合金汽車板工藝鋁合金汽車板工藝4輕量化發(fā)展方向輕量化發(fā)展方向5一、汽車輕量化背景 1.1 輕量化的必然性 汽車質(zhì)量每減輕%，可節(jié)省燃料消耗0.61.0%； 車輛每減重100 kg，CO2排放量可減少約5 g/km，在轎車中每使用1 kg鋁，可在其使用壽命期內(nèi)減少20 kg尾氣排放； 汽車尾氣排放與油耗成正相關(guān)； 現(xiàn)有汽車越來(lái)越高級(jí)化，附加裝置也越來(lái)越多。同樣使得輕量化成了必然。 1.2 汽車輕量化的主要對(duì)象 由表2可以知：發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身及內(nèi)外裝占轎車總質(zhì)量的比例較大,

2、減重潛力也較大。轎車車身是轎車中重量較大的部件，約占汽車總重量的30，所以車身的鋁化舉足輕重。表 2 轎車各部分的質(zhì)量比例名稱名稱發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)底盤（除傳底盤（除傳動(dòng)系）動(dòng)系）車身車身傳動(dòng)系傳動(dòng)系內(nèi)裝外裝內(nèi)裝外裝其他其他質(zhì)量比例（%）1015192420285102025813鋁合金車身板的應(yīng)用及減重效果 1.3 輕量化的手段 (1)優(yōu)化汽車車身框架結(jié)構(gòu)； (2)用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料。 主要有： 1.高強(qiáng)度鋼板 2.鋁合金 3.鎂合金 4. 鈦合金 5.高分子材料 6.新型復(fù)合材料二、鋁合金基礎(chǔ)知識(shí) 2.1 鋁合金的特點(diǎn)：鋁的密度?。?.7 g/cm），約為鋼（7.8 g/cm）的

3、1/3。用鋁合金代鋼鐵可減重50% 左右,由于鋁的表面易氧化形成致密而穩(wěn)定的氧化膜（鈍化），所以耐蝕性好。鋁有較好的鑄造性，由于鋁的融化溫度低，流動(dòng)性好，易于制造各種復(fù)雜形狀的零件。鋁中加入一種或幾種元素后即構(gòu)成鋁合金，鋁合金相對(duì)于純鋁可以提高強(qiáng)度和硬度，除固溶強(qiáng)化外，有些鋁合金還可以熱處理強(qiáng)化，使有些鋁合金的抗拉強(qiáng)度可超過(guò)600MPa。導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率是鋼的3倍。 2.2 鋁合金分類 根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。 2.3 純鋁與鋁合金牌號(hào)表 2 純鋁與鋁合金牌號(hào)2.4 鋁及鋁合金的分類 2.5 鋁及鋁合金材料分類 2.6 鋁合金基礎(chǔ)代號(hào)變形鋁及鋁合金

4、狀態(tài)代號(hào)命名的基本原則基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)用一個(gè)英文大寫字母表示；細(xì)分狀態(tài)代號(hào)采用基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)后跟一位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字表示2.7 2.7 鋁及鋁合金熱處理分類鋁及鋁合金熱處理分類 退火 產(chǎn)品加熱到一定溫度并保溫到一定時(shí)間后以一定的冷卻速度冷卻到室溫。通過(guò)原子擴(kuò)散、遷移，使之組織更加均勻、穩(wěn)定、，內(nèi)應(yīng)力消除，可大大提高材料的塑性，但強(qiáng)度會(huì)降低。 固溶淬火處理 將可熱處理強(qiáng)化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時(shí)間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過(guò)飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過(guò)飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，因處于高能位狀態(tài)，溶質(zhì)原子隨時(shí)有析出的可能。但此時(shí)材

5、料塑性較高，可進(jìn)行冷加工或矯直工序。 時(shí)效 經(jīng)固溶淬火后的材料，在室溫或較高溫度下保持一段時(shí)間，不穩(wěn)定的過(guò)飽和固溶體會(huì)進(jìn)行分解，第二相粒子會(huì)從過(guò)飽和固溶體中析出（或沉淀），分布在（Al）鋁晶粒周邊，從而產(chǎn)生強(qiáng)化作用稱之為析出（沉淀）強(qiáng)化。 回歸 時(shí)效型合金在時(shí)效強(qiáng)化后，于平衡相或過(guò)渡相的固溶度曲線以下某一溫度加熱，時(shí)效硬化現(xiàn)象會(huì)立即消除，硬度基本上恢復(fù)到固溶處理狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為回歸。合金回歸后，再次進(jìn)行時(shí)效時(shí)，仍可重新產(chǎn)生硬化，但時(shí)效速度減慢，其余變化不大。 三、汽車用鋁合金現(xiàn)狀 3.1 在汽車上的應(yīng)用范圍 鑄造鋁合金與變形鋁合金都在汽車中獲得了應(yīng)用，但是以前者為主。當(dāng)前鋁合金的鑄件主要用于

6、制造發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、殼體類零件和底盤上的其他零件。如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、離合器殼、保險(xiǎn)杠、車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)托架等幾十種零件。 變形鋁合金適合壓力加工，通過(guò)冷變形和熱處理可使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高?？芍瞥砂宀?、管材、棒材以及各種形狀的型材。變形鋁合金主要用于汽車車身。包括：發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂棚、車門、翼子板、行李箱蓋、地板、車身骨架及覆蓋件。過(guò)去用于轎車車身的鋁合金主要有Al-Cu-Mg(2000系)、Al-Mg(5000系)an Al-Mg-Si(6000系)三大系列 除標(biāo)準(zhǔn)鋁合金外，一些鋁合金公司與汽車制造者還研發(fā)了一批具有某些特殊性能的非標(biāo)準(zhǔn)鋁合金。常用標(biāo)準(zhǔn)汽車鋁合金如下表所示。1 系8 系在汽車制造中

7、都或多或少的獲得了應(yīng)用。 C:UsersAdministratorDesktop汽車制造中常用鋁合金.docx在美國(guó)，95%以上的油罐車用鋁材料制造美國(guó)生產(chǎn)的全鋁自卸車美鋁與宇通合作研發(fā)的新一代節(jié)能環(huán)保大巴的鋁合金擠壓框架結(jié)構(gòu)。全鋁公用全鋁公共汽車鋁件的減重效果標(biāo)示圖。與鋼結(jié)構(gòu)相比，框架、輪轂。車身鈑金件、內(nèi)飾件分別減重800kg、170kg、550kg、400kg，合計(jì)減重量近2噸。減重近46%。美鋁公司和宇通公司合作研發(fā)的全鋁公共汽車用鋁部位圖沃爾沃S70的車門外板寶馬M3的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板使用Novelis Fusion AF350 生產(chǎn)的汽車車門內(nèi)板全鋁轎車車身空間框架示意圖奧迪的空間框架鋁

8、合金車身結(jié)構(gòu)技術(shù)鋁合金車身結(jié)構(gòu)沃爾沃越野車縱梁寶馬汽車后車架奧迪公司的油底殼奧迪公司的側(cè)面車架國(guó)外品牌汽車鋁合金防撞梁、吸能盒 3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)外的應(yīng)用現(xiàn)狀美國(guó)：1994年用鋁量為87kg/輛，2000年達(dá)到116kg/輛，2006年達(dá)到了145kg/輛。2000年到2006年6年中的年平均增長(zhǎng)率為3.7。同期（2006年），歐洲、日本輕型汽車中的用鋁量分別為259.28磅/輛（117.6kg/輛）和251.33磅/輛（114.0kg/輛），6年中的CAGR分別為5和3，可見(jiàn)，在過(guò)去的幾年當(dāng)中，歐洲是汽車用鋁發(fā)展最為迅速的地區(qū)。在近年來(lái)出現(xiàn)的全鋁車身以及鋁密集型汽車中，鋁的比例越來(lái)越高。以

9、福特P2000為例：其在白車身和外板上均使用鋁合金。用鋁量達(dá)到了332kg。奧迪A8則達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的546kg。 車身板用鋁合金：用鋁合金材料來(lái)制造汽車車身板,要求既具有一定的強(qiáng)度性能,又具有良好的沖壓成形性能,還要具有良好的焊接性能、抗腐蝕性能,可以在涂漆后的烘烤期間發(fā)生完全的沉淀硬化作用。 車身框架用鋁合金：近年來(lái)提出的全鋁車身結(jié)構(gòu)中，車體結(jié)構(gòu)上大多數(shù)采取無(wú)骨架式結(jié)構(gòu)和空間框架式結(jié)構(gòu),以鋁擠壓型材為主體的空間框架結(jié)構(gòu)大有發(fā)展前途。擠壓型材主要是采用空心材。 2 系鋁合金2000系鋁合金屬于Al-Cu-Mg系，具有優(yōu)良的鍛造性、高的強(qiáng)度、良好的焊接性能，可熱處理強(qiáng)化等特點(diǎn)。但其抗蝕性比其他鋁

10、合金的差。2000系合金中，2036合金已廣泛用于生產(chǎn)車身板。目前2036和2022合金已部分用于汽車車身板材,如法國(guó)貝西內(nèi)公司2000系的AU2G-T4, 美國(guó)雷伊路菲公司的2036-T4等。 5 系鋁合金5000系合金中Al-Mg合金具有良好的抗腐蝕性和焊接性能, 但退火狀態(tài)的Al-Mg合金在加工變形時(shí)可能產(chǎn)生呂德斯線和延遲屈服, 因此主要用于車身內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。目前, HANV 金屬公司開(kāi)發(fā)的HANV5182-O 材料、美國(guó)ALCOA 公司開(kāi)發(fā)的X5085-O及5182-O等材料已用于汽車車身內(nèi)板。 6 系鋁合金 6000系鋁合金強(qiáng)度高，塑性好，具有優(yōu)良的耐蝕性，綜合性能好。美國(guó)7

11、0 年代就研制了6009 和6010 汽車車身板鋁合金, 塑性好,成形后經(jīng)噴漆烘烤可實(shí)現(xiàn)人工時(shí)效強(qiáng)化獲得更高的強(qiáng)度,用于汽車的內(nèi)外層壁板,目前已在轎車上廣泛使用。Audi A8的車身板, 即采用了本系鋁合金。另外為增強(qiáng)汽車的緩沖能力和增強(qiáng)抗疲勞強(qiáng)度, 德國(guó)VAW、日本KOK、中國(guó)西南鋁加工集團(tuán)均以此系合金為基礎(chǔ), 研制和開(kāi)發(fā)了高性能的汽車用鋁板和鋁型材。這種復(fù)雜斷面形狀的鋁合金型材,不僅具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和抗沖擊性好等特點(diǎn),而且具有很好的擠壓成形性能,容易制作,所以在汽車上將得到廣泛應(yīng)用。 目前,國(guó)外鋁制車體大型材用鋁合金主要采用6000 系列合金,如：6009、6010 、6111、6181

12、A 等,美國(guó)汽車制造商多選用具有較高強(qiáng)度的6111 ,歐洲更多采用具有較好成形性能的6016。日本為了達(dá)到緩沖目的、增加抗沖擊強(qiáng)度,十分注重使用6000 系的高強(qiáng)度合金“口”、“日”、“目”、“田”字形狀的薄壁和中空型材,研制開(kāi)發(fā)高性能的汽車用鋁板和增強(qiáng)緩沖性能的鋁擠壓型材。 美國(guó)通用公司的IMPACT牌轎車車身是鋁材制造的。整個(gè)車身零件僅168 種（原型為225種，最少的也有200種以上）沖壓件占40%, 車身有2000個(gè)焊點(diǎn), 120個(gè)鉚接點(diǎn), 質(zhì)量?jī)H134kg。IMPACT的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)被擠壓的鋁制模型，其大部分由高強(qiáng)度膠粘劑和常規(guī)焊接來(lái)粘合。 德國(guó)：奧迪車系 早在1994 年奧迪汽車

13、公司開(kāi)發(fā)了第一代Audi A8 全鋁空間框架結(jié)構(gòu)（ASF），ASF 車身超過(guò)了現(xiàn)代轎車鋼板車身的強(qiáng)度和安全水平，但汽車自身的重量減輕了大約40%。隨后于1999 年在這里誕生的奧迪A2，成為首批采用該技術(shù)的量產(chǎn)車。該車車身采用全鋁空間框架，前柱采用高壓鑄鋁新技術(shù)制成。它的車身重895kg，比這種型式同樣大小的車的通常重量輕150kg。燃油消耗也低于那些相似性能的車。奧迪 A2第二代鋁合金ASF車身奧迪A8 第一代鋁合金ASF車身新奧迪A8第二代鋁合金ASF車身2011年奧迪A8整個(gè)白車車身300.7kg，相當(dāng)于普通B級(jí)車身質(zhì)量的80%。車身鋁合金板鈑金件47.6%；車身擠壓型材結(jié)構(gòu)件18.5%

14、；車身鑄造鋁合金連接件27%；其他6.9%；鋁合金板鈑金件155件；擠壓鋁型材件30件；鑄鋁件25件。 在全新一代A8上，ASF車身也經(jīng)過(guò)了改良，部分鋁合金的厚度比老款的更薄，車身重量也因此降低了6.5kg。此外，新奧迪A8的車身在更輕的同時(shí)，整體剛性也比老款提升了25%左右。ASF車身在構(gòu)造上遵循了仿生學(xué)原理，從自然界中吸取靈感。車身骨架由鋁質(zhì)的擠壓型材和壓鑄零件構(gòu)成。由鋁擠壓成型的多種盒形斷面的梁構(gòu)成空間框架, 稱為ASF。這種梁有直的也有彎曲的,梁的壁厚比相同尺寸的鋼要增加一倍。ASF全鋁車身的各部件通過(guò)沖壓鉚接、自攻螺釘和粘結(jié)等方式連接，組裝自動(dòng)化水平已達(dá)80% 日本：日本的NSX超級(jí)

15、跑車NSX于1991款車型正式發(fā)售，首批量產(chǎn)車型配置全鋁底盤和車身，在保持和鋼制車身同等強(qiáng)度下，自重卻減輕了200kg。 國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀：我國(guó)已經(jīng)成為世界汽車工業(yè)大國(guó)，2012年我國(guó)汽車總產(chǎn)量將超過(guò)1800萬(wàn)輛。因此汽車車身用鋁的研究和開(kāi)發(fā)必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)單車的鋁合金用量在6左右，與國(guó)外還有一定的差距，基本以鑄造鋁合金為主。由于成本、零部件資源等因素的限制，變形鋁合金（鍛造鋁合金和鋁合金板材）的應(yīng)用受到一定的制約。 國(guó)內(nèi)汽車用鋁材發(fā)展的也不平衡，鋁輪轂發(fā)展過(guò)熱，汽車車身板材基本屬于空白。我國(guó)汽車車身用鋁還處于研制、引進(jìn)、吸收、消化的階段。 因此我國(guó)的汽車工業(yè)必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先

16、進(jìn)水平,對(duì)汽車用鋁合金的性能和生產(chǎn)工藝進(jìn)行更深入的研究開(kāi)發(fā)。隨著合金加工技術(shù)和新型合金的不斷開(kāi)發(fā),變形鋁合金應(yīng)用一定會(huì)越來(lái)越多，技術(shù)也更加成熟。車身重量?jī)H有450kg，最高車速可達(dá)85公里/小時(shí)；一次充電4小時(shí)可行駛150公里，而耗電卻只有6度。這輛由蘇州市奧杰汽車技術(shù)有限公司自主研發(fā)的全新電動(dòng)汽車亮相2010年第六屆北京國(guó)際電動(dòng)汽車展覽會(huì)。由于是國(guó)內(nèi)首款采用鋁制骨架車身的電動(dòng)汽車，該車一經(jīng)發(fā)布立即受到業(yè)內(nèi)關(guān)注。四、鋁合金汽車板工藝 4.1 鋁合金汽車板的性能要求 良好的力學(xué)性能與成形性 一定的抗時(shí)效穩(wěn)定性 良好的烘烤硬化性 高的抗凹痕性 良好的翻邊延性 較好的表面光鮮性 良好的表面處理及涂裝

17、性能 常用鋁合金汽車車身板的種類 系合金是可熱處理強(qiáng)化合金，具有良好的成形性和較高的強(qiáng)度，但抗蝕性差，烘烤硬化能力低，主要用于汽車內(nèi)板； 5系合金是非熱處理強(qiáng)化合金，鋁板沖壓成形后表面容易起皺，且延展性和彎曲能力也有所欠缺，多用于內(nèi)板； 6系合金是可熱處理強(qiáng)化合金，具有良好的成形性、烘烤硬化性，是目前汽車板材的主要研究方向。表4-1 汽車車體用鋁合金國(guó)際牌號(hào)和化學(xué)成分（質(zhì)量%）應(yīng)用于汽車車身的6系和5系鋁合金對(duì)比如前所述，鋁合金汽車車身板材主要有6系和5系合金，典型牌號(hào)有6016、6111、6022、6181、5052、5182、5754等鋁合金；轎車用鋁板厚度規(guī)格一般為0.72.0mm左右。

18、（1） 6系系A(chǔ)l-Mg-Si (-Cu)合金合金 Al-Mg-Si-(Cu) 系合金由于具有較高的強(qiáng)度及較好的成形性能而廣泛應(yīng)用于汽車面板等領(lǐng)域。對(duì)這類合金的要求，是在烤漆前具有較好的塑性及在烤漆過(guò)程中具有較高的沉淀硬化能力，即具有較高的烤漆硬化響應(yīng)。Al-Mg-Si-(Cu)合金是可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，具有成形性好、耐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高和較好的耐高溫等性能。鋁合金汽車車身板材料，除上述幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)外，主要考慮該類板材在沖壓成形后經(jīng)油漆烘烤強(qiáng)度會(huì)提高，具有烤漆硬化能力。此外，Al-Mg-Si合金T4態(tài)板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與鋼板相近，n值超過(guò)鋼板。 （2）5系鋁合金系鋁合金 5系鋁合金（ Al-M

19、g系合金）是不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，具有中等強(qiáng)度、耐蝕性好、較好的加工性能及良好的焊接性能等特點(diǎn)。 在Al-Mg系合金中，Mg固溶于鋁基體中，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)使該合金在強(qiáng)度、成形性能和抗腐蝕性等具有普通碳鋼板的優(yōu)點(diǎn)，可用于汽車內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。 但Al-Mg系合金板材在室溫放置后，在拉伸時(shí)容易出現(xiàn)Luders伸長(zhǎng)，沖壓成形后表面起皺，影響外觀質(zhì)量；延展性和彎曲能力也會(huì)由于Fe含量的增加而惡化，經(jīng)歷烤漆容易出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。 Al-Mg系合金用作汽車車身板的缺點(diǎn)：延遲屈服和勒德斯線。當(dāng)晶粒尺寸100m時(shí)，板材易出現(xiàn)“桔皮效應(yīng)”。表4-2 鋁合金和冷軋鋼板力學(xué)性能和沖壓成形性能 歐洲常用含Cu 量

20、較低的AA6016 合金，北美常用含Cu 量高的AA6111 合金，目前這兩種合金都存在著成形性較差的問(wèn)題，不適合作成形性要求較高的內(nèi)面板材料。6022合金含有較低的合金元素，具有比AA6016 ，AA6111 合金更好的成形性及耐腐蝕性，被認(rèn)為既可以做車身外面板材料又可做內(nèi)面板材料，已用于Plymouth prowler 等的車身板。表4-3 歐洲與北美汽車覆蓋件用鋁情況歐洲北美 綜合相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)出應(yīng)用于汽車車身板的成品板材的性能要求：（a）T4(p)狀態(tài)下屈服強(qiáng)度：90140MPa抗拉強(qiáng)度：220285MPa延伸率（總）：20% n值：0.27（拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)） r值：0.65（0）（

21、塑性應(yīng)變比） 0.40（45） 0.55（90）（b）預(yù)變形2%+烘烤后屈服強(qiáng)度：160260MPa鑄錠軋制成薄板并進(jìn)行固溶處理 沖壓 烤漆 板材生產(chǎn)廠板材生產(chǎn)廠汽車生產(chǎn)廠汽車生產(chǎn)廠2 2周以上周以上（運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)）（運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)）4.24.2 鋁合金車身板的生產(chǎn)過(guò)程鋁合金車身板的生產(chǎn)過(guò)程鋁加工廠生產(chǎn)ABS 板、帶材的典型工藝流程示意圖汽車廠用ABS 制造AVT 車身工藝流程示意圖ABS全連續(xù)生產(chǎn)線示意圖6系鋁合金系鋁合金板材加工過(guò)程中的組織演變板材加工過(guò)程中的組織演變半連續(xù)鑄錠半連續(xù)鑄錠冷軋板冷軋板沖壓制品沖壓制品T4(p)狀態(tài)下合金為平均晶粒尺寸為20m的等軸晶4.3 4.3 合金成分的選取合

22、金成分的選取合金設(shè)計(jì)目標(biāo)：合金設(shè)計(jì)目標(biāo)： T4/T4P狀態(tài)下較高的成形性能； 烤漆后有高的強(qiáng)度； 可控制的預(yù)處理工藝；固溶與預(yù)時(shí)效之間的時(shí)間可以盡量長(zhǎng)；預(yù)時(shí)效的效果要盡量長(zhǎng)。6111類合金：含Cu較高，烤漆硬化后的強(qiáng)度高，但深沖性能不佳。該類合金主要在北美地區(qū)生產(chǎn)及使用。6016類合金：含Cu量很低，深沖性能好，但烤漆硬化后的強(qiáng)度比6111類合金低。該類合金在歐洲、日本得到廣泛的應(yīng)用。6022類合金，基本不含Cu，對(duì)鐵元素的含量控制較嚴(yán)格，深沖性能好，但烤漆硬化能力較低、成本相對(duì)較高。Si： 增加Si含量，合金的硬化速度加快并且峰值變大；提高合金的鑄造和焊接流動(dòng)性及耐磨性。Mg：增加Mg含量，

23、由預(yù)時(shí)效（T4P）產(chǎn)生的軟化效應(yīng)會(huì)隨之增大，有利于合金成形；Mg還能提高合金的抗蝕性和可焊性。 Si和Mg形成強(qiáng)化相Mg2Si，其平衡重量比為Mg:Si=1.73。每增加0.1%Mg2Si強(qiáng)度峰值增加5MPa，延伸率少量增加。每增加0.1%初生硅，強(qiáng)度峰值增加10-15MPa，延伸率下降0.25%。Mg含量過(guò)高會(huì)降低Mg2Si在固溶體中的溶解度，過(guò)剩Si不影響Mg2Si的溶解度。Cu：加入Cu元素，促進(jìn)相形核， 相密度增加，改善烘烤性能，同時(shí)CuAl2和CuMgAl2也參與時(shí)效硬化作用，合金強(qiáng)度更高。Cu含量的增加會(huì)降低合金的抗蝕性。為了控制抗腐蝕性能，歐洲：Cu0.2%，日本：Cu0.1%；

24、為高強(qiáng)度，北美：0.7%Cu的AA6111合金。應(yīng)用于汽車車身板的應(yīng)用于汽車車身板的6 6系合金中系合金中合金元素的作用合金元素的作用Mn： 加速板條狀的-AlFeSi相向魚(yú)骨狀的-AlFeSi相轉(zhuǎn)化，同時(shí)促進(jìn)Mg2Si 粒子均勻分布，提高合金的強(qiáng)度、韌性和耐蝕性。Fe： 和合金其它元素形成金屬間化合物，提高含量會(huì)增加含鐵相數(shù)量，合金力學(xué)性能、彎曲能力下降，不利于加工。另外，鋁合金的回收利用可能是廢料中Fe超標(biāo)導(dǎo)致其不可應(yīng)用。 汽車車身板材料中，含鐵量要嚴(yán)格控制。微量微量Cr、Ti：提高再結(jié)晶溫度，抑制再結(jié)晶，控制再結(jié)晶晶粒的大小，并能增加人工時(shí)效后的耐蝕性。稀土稀土：能細(xì)化晶粒，減少合金中的

25、氣體和雜質(zhì)，加速時(shí)效過(guò)程，提高塑性 和強(qiáng)度，并改善表面性能。4.4 4.4 均勻化退火制度的確定均勻化退火制度的確定均勻化處理的目的：均勻化處理的目的： 消除共晶； 使使 類化合物向類化合物向 類化合物轉(zhuǎn)變等類化合物轉(zhuǎn)變等。溫度對(duì)不同合金元素?cái)U(kuò)散系數(shù)的影響4.5 合金板材的合金板材的 成形性能成形性能 加工工藝T4狀態(tài)下： 織構(gòu)類型 織構(gòu)分布 晶粒形狀 晶粒尺寸 組織均勻性 強(qiáng)化相的析出狀態(tài)6xxx系鋁合金的成形性能系鋁合金的成形性能熱軋：熱軋： 再結(jié)晶織構(gòu)； 終軋溫度（打卷溫度）終軋溫度（打卷溫度） 化合物的破碎（類化合物、類化合物等）。冷軋：冷軋： 退火溫度 變形織構(gòu)； 板型控制 剪切帶光

26、學(xué)組織：強(qiáng)烈的織構(gòu)帶W-垂直于軋制方向經(jīng)20%拉伸變形后，兩種不同銳度織構(gòu)的波度；f(g)max 表明織構(gòu)對(duì)起皺的影響在生產(chǎn)中，冷軋的最后道次采用壓光機(jī)小壓下量軋制（小壓下力），以調(diào)整板材的變形毛化紋路。MF（Mill Finish):光面（冷軋態(tài)），一般在北美地區(qū)使用。EDT（Electron Discharge Texture）：電火花鈍化紋理。使用專用的紋理工作輥產(chǎn)生EDT表面紋理，作為冷軋最后道次，壓下率4%，板材達(dá)到規(guī)定的規(guī)格要求。EDT處理的好處：處理的好處：（1）板材具有各向同性，對(duì)成形性能沒(méi)有方向性的影響；（2）潤(rùn)滑單元（lubrication pockets）建立的靜壓力，好

27、處有: (a)低且有規(guī)律的摩擦系數(shù)；(b) 比MF有更好的成形性；(c) 提高沖壓車間工作效率；(d) 減少工具表面附著物；(e) 更加穩(wěn)定的壓力參數(shù)。（3）提高涂漆后的表面質(zhì)量以及零件的匹配性。EBT（Electron Beam Texture）：電子束鈍化處理。相比于EDT，紋理結(jié)構(gòu)更加規(guī)則。EBT具有規(guī)則的獨(dú)立區(qū)，這和經(jīng)過(guò)EBT處理的板材表面形貌及表面粗糙度相同，獨(dú)立的區(qū)域具有更大的容積可以存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑，降低擦傷敏感性，不影響摩擦行為。同時(shí)，使漆分布分布更加均勻。4.6 固溶處理固溶處理固溶處理的目的：固溶處理的目的：再結(jié)晶；獲得細(xì)小、均勻的等軸晶；使化合物盡可能地溶入基體，獲得過(guò)飽和度使

28、化合物盡可能地溶入基體，獲得過(guò)飽和度；產(chǎn)生大量的晶格缺陷，為時(shí)效提供場(chǎng)所等。固溶處理的基本參數(shù)：加熱溫度、保溫時(shí)間、隨后的淬火速率等。6 系鋁合金ABS 固溶處理示意圖4.8 4.8 板材的預(yù)時(shí)效板材的預(yù)時(shí)效Rp0.2烘烤硬化性T4態(tài)下Cluster尺寸鑄錠軋制成薄板并進(jìn)行固溶處理 沖壓 烤漆 材料生產(chǎn)廠材料生產(chǎn)廠 汽車生產(chǎn)廠汽車生產(chǎn)廠兩周以上兩周以上（運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)）（運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)）6xxx系鋁合金時(shí)效析出序列：系鋁合金時(shí)效析出序列： (ssss) clusters /GP 區(qū)區(qū) + Q + Si預(yù)處理預(yù)處理Al-Mg-Si(-Cu)合金的自然時(shí)效的本質(zhì)合金的自然時(shí)效的本質(zhì) 在自然時(shí)效狀態(tài)下形成大

29、量的Si Vacancy 原子簇，不能成為的形核核心； Si Vacancy 原子簇的形成，消耗了大量的空位，延遲了時(shí)效過(guò)程； 提高強(qiáng)度，降低了成形性能； 烤漆后強(qiáng)度上升幅度很小，甚至降低。T4態(tài)板材組織若預(yù)時(shí)效過(guò)程中形成的相與位錯(cuò)之間的關(guān)系是繞過(guò)型的，那么能促進(jìn)位錯(cuò)的增殖，也會(huì)促進(jìn)加工硬化；可調(diào)整溶質(zhì)原子的狀態(tài)，即不容易發(fā)生clustering，又能保證較高的n值。預(yù)時(shí)效 T4/T4P態(tài)的屈服強(qiáng)度、n值提高6 系鋁合金汽車外鈑金件烘烤性能的兩種熱處理示意圖4.9 板材的表面處理板材的表面處理表面處理的目的（1）有利于吸附潤(rùn)滑劑，很好地沖壓成形；（2）增強(qiáng)板材與油漆的結(jié)合，形成牢固的漆層；（3

30、）易于后續(xù)加工。表面處理過(guò)程：表面處理過(guò)程：MF/EDT/EBT+清洗（堿洗+酸洗）+轉(zhuǎn)化處理+潤(rùn)滑堿洗：限于槽洗；酸洗：硫酸+磷酸+氫氟酸，濃度5%，酸洗溫度：5070；化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層：鉻化膜：鉻化膜：性能好，但有毒； 鋯鋯/鈦類轉(zhuǎn)化膜鈦類轉(zhuǎn)化膜：Alodine類、Garbond類、Envirox類； 陽(yáng)極氧化涂層陽(yáng)極氧化涂層：薄的阻擋層，和化學(xué)法相當(dāng)，導(dǎo)電，可以焊接；厚些的阻擋層+多空層。潤(rùn)滑：潤(rùn)滑：板材要沖壓成三維部件，因此，板材均經(jīng)過(guò)預(yù)潤(rùn)滑。部件沖壓是汽車生產(chǎn)的第一階段，在安裝、焊接、車身噴漆之前）。潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑：采用工業(yè)油，主要在北美使用，這和軋制面Mill Finish表面聯(lián)合使用。干潤(rùn)滑膜干潤(rùn)滑膜：蠟類型潤(rùn)滑劑，主要在歐洲使用，這和粗毛化的各向同性表面紋理（如EDT）聯(lián)合使用干潤(rùn)滑膜優(yōu)勢(shì)干潤(rùn)滑膜優(yōu)勢(shì)：增加深沖性能；對(duì)于難加工部件，使用較多的潤(rùn)滑劑；運(yùn)輸及存儲(chǔ)過(guò)程中更穩(wěn)定；裝卸更容易；聯(lián)接及噴漆工藝的相容性與潤(rùn)滑油的一致。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需要根據(jù)不同模具設(shè)計(jì)采用不同的潤(rùn)滑劑；在模具內(nèi)堆積，定期清理；焊接較困難；日本、美國(guó)及歐洲乘人車用鋁合金板及其表面處理4.10 板材性能的表征板材性能的表征 微觀組織 織構(gòu)