鋁合金-汽車輕量化技術(shù)概述

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)有汽車越來越高級(jí)化，附加裝置也越來越多。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，形成過飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過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)定的過飽和固溶體會(huì)進(jìn)行分解，第二相粒子會(huì)從過飽和固溶體中析出（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，通過冷變形和熱處理可使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高?？芍瞥砂宀摹⒐懿?、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汽車制造中常用鋁合金.docx在美國，95%以上的油罐車用鋁材料制造美國生產(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

8、空間框架示意圖奧迪的空間框架鋁合金車身結(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)面車架國外品牌汽車鋁合金防撞梁、吸能盒 3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀 國外的應(yīng)用現(xiàn)狀美國：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，在過去的幾年當(dāng)中，歐洲是汽車用鋁發(fā)展最為迅速的地區(qū)。在近年來出現(xiàn)的全鋁車身以及鋁密集

9、型汽車中，鋁的比例越來越高。以福特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

10、強(qiáng)化等特點(diǎn)。但其抗蝕性比其他鋁合金的差。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,如法國貝西內(nèi)公司2000系的AU2G-T4, 美國雷伊路菲公司的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 金屬公司開發(fā)的HANV5182-O 材料、美國ALCOA 公司開發(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

11、的耐蝕性，綜合性能好。美國70 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VAW、日本KOK、中國西南鋁加工集團(tuán)均以此系合金為基礎(chǔ), 研制和開發(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,國外鋁制車體大型材用鋁合金主要采用6000 系列合金,如：6009、60

12、10 、6111、6181A 等,美國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)量僅134kg。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)焊接來粘合。 德國：奧迪車系

13、 早在1994 年奧迪汽車公司開發(fā)了第一代Audi A8 全鋁空間框架結(jié)構(gòu)（ASF），ASF 車身超過了現(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

14、身擠壓型材結(jié)構(gòu)件18.5%；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

15、% 日本：日本的NSX超級(jí)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。 國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀：我國已經(jīng)成為世界汽車工業(yè)大國，2012年我國汽車總產(chǎn)量將超過1800萬輛。因此汽車車身用鋁的研究和開發(fā)必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國內(nèi)單車的鋁合金用量在6左右，與國外還有一定的差距，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。 國內(nèi)汽車用鋁材發(fā)展的也不平衡，鋁輪轂發(fā)展過熱，汽車車身板材基本屬于空白。我國汽車車身用鋁還處于研制、引進(jìn)、吸收、消化的階段。 因此我

16、國的汽車工業(yè)必須瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)水平,對(duì)汽車用鋁合金的性能和生產(chǎn)工藝進(jìn)行更深入的研究開發(fā)。隨著合金加工技術(shù)和新型合金的不斷開發(fā),變形鋁合金應(yīng)用一定會(huì)越來越多，技術(shù)也更加成熟。車身重量僅有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年第六屆北京國際電動(dòng)汽車展覽會(huì)。由于是國內(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

17、鮮性 良好的表面處理及涂裝性能 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

18、般為0.72.0mm左右。（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值超過鋼板。 （2）5系鋁合金系鋁合

19、金 5系鋁合金（ Al-Mg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，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

20、形性能 歐洲常用含Cu 量較低的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)

21、） r值：0.65（0）（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、倉儲(chǔ)）（運(yùn)輸、倉儲(chǔ)）4.24.2 鋁合金車身板的生產(chǎn)過程鋁合金車身板的生產(chǎn)過程鋁加工廠生產(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程中的組織演變板材加工過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

22、 4.3 合金成分的選取合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；預(yù)時(shí)效的效果要盡量長。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。

23、Mg：增加Mg含量，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含量過高會(huì)降低Mg2Si在固溶體中的溶解度，過剩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%，

24、日本：Cu0.1%；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)

25、化晶粒，減少合金中的氣體和雜質(zhì)，加速時(shí)效過程，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)；

26、 板型控制 剪切帶光學(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)成形性能沒有方向性的影響；（2）潤滑單元（lubrication pocket

27、s）建立的靜壓力，好處有: (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

28、基體，獲得過飽和度使化合物盡可能地溶入基體，獲得過飽和度；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、倉儲(chǔ)）（運(yùn)輸、倉儲(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

29、自然時(shí)效狀態(tài)下形成大量的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)效過程中形成的相與位錯(cuò)之間的關(guān)系是繞過型的，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）有利于吸附潤滑劑，很好地沖壓成形；（2）增強(qiáng)板材與油漆的結(jié)合，

30、形成牢固的漆層；（3）易于后續(xù)加工。表面處理過程：表面處理過程：MF/EDT/EBT+清洗（堿洗+酸洗）+轉(zhuǎn)化處理+潤滑堿洗：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； 陽極氧化涂層陽極氧化涂層：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。潤滑：潤滑：板材要沖壓成三維部件，因此，板材均經(jīng)過預(yù)潤滑。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）。潤滑劑潤滑劑：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。干潤滑膜干潤滑膜：蠟類型潤滑劑，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)合使用干潤滑膜優(yōu)勢(shì)干潤滑膜優(yōu)勢(shì)：增加深沖性能；對(duì)于難加工部件，使用較多的潤滑劑；運(yùn)輸及存儲(chǔ)過程中更穩(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)采用不同的潤滑劑；在模具內(nèi)堆積，定期清理；焊接較困難；日本、美國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