[发明专利]一种车用高性能铝合金原生相离散的复合物理场调控方法

说明书

本发明公开了一种车用高性能铝合金原生相离散的复合物理场调控方法，属于铝合金技术领域。该方法包括：配置Al‑Mg‑Si‑Cu‑Zn系合金；中频感应熔炼，熔炼后将熔体降温处理，准备后续电磁+超声复合物理场处理；采用电磁场和超声物理场对合金熔体降温过程进行复合物理场协同作用；将熔体浇注到成型模具中进行冷却；双级热处理调控合金组织和原生富铁相分布状态；热轧处理；顺序进行冷轧+中间退火+冷轧处理。经此方法调控可使合金内原生富铁相不仅尺寸呈多尺度分布特征，而且也能获得均匀离散分布状态。本发明方法适用于汽车以及其他高新技术领域用新型铝合金的制造，特别是对冲压成性能、强度、表面质量和弯边性能等均有较高要求的复杂形状零部件制造。

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种车用高性能铝合金原生相离散的复合物理场调控方法，特别针对汽车领域车身外板用高成形性、高弯边性能铝合金板材而开发，该种处理方法可以有效调控合金基体内原生相的尺寸以及分布状态，进而大幅度提高合金的综合性能。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车数量不断增加，尾气排放和空气污染不容忽视。因此，各国纷纷开展汽车轻量化的相关研究。途径之一是采用轻质铝合金替代原有的钢铁材料，这不仅由于铝合金具有高比强度、易回收以及加工性能好等优点，而且还具有其它特殊性能，如6xxx系铝合金(即Al-Mg-Si系)，其还具有可热处理强化、耐蚀性好、焊接性好、易于表面着色、成形性好以及高烤漆硬化等优点，其非常适合作为车身外板材料。不过与以往的汽车用钢相比其生产成本仍然较高，冲压成形性能仍然有待进一步提高。

考虑到回收铝相对价格较低，如果车身外板用6xxx系铝合金能够直接用回收铝进行熔炼制备，那么其生产成本一定可以获得显著降低。但是回收铝杂质元素较多，尤其杂质元素Fe不仅会广泛存在，而且含量普遍较高，这使得后续6xxx系铝合金用回收铝熔炼时必然会产生AlFeSi或者Al(FeMn)Si相。根据以往大量研究表明，Fe含量浓度增加后，铸态铝合金基体内很容易产生枝晶状、长棒状或者粗大原生富铁相。虽然原生富铁相在后续热加工过程中，如均匀化、热轧、冷轧、中间退火以及固溶处理等，可以发生破碎而得到细化，控制合理还可产生微米级和纳米级共存的多尺度粒子共存现象，此种多尺度分布特征对铝合金组织演化会产生积极影响(如微米级粗大粒子可以在热加工过程中诱发PSN效应而促进再结晶形核率，细小纳米弥散粒子又可以阻碍再结晶晶粒长大而细化合金组织等)，但是不可避免地会残留部分破碎不彻底并在其内部残留有微裂纹的粗大原生富铁相粒子，这些粒子的存在会对合金板材的弯边性能以及冲压成形性能均产生不利影响。因此，如何能在熔铸过程对原生富铁相进行有效调控是制备高性能铝合金板材的关键。在此基础上进一步结合后续热加工才可能使得合金内原生富铁相分布获得应用要求。这一问题的解决对于汽车用低成本铝合金材料的开发和应用具有重要意义，同时对于汽车轻量化进程的加快也具有重要推动作用。

发明内容

本发明为了更好满足汽车轻量化对高性能铝合金板材的迫切需求，针对Al-Mg-Si-Cu-Zn系合金内原生富铁相尺寸构成、分布状态及其对合金综合性能提高促进作用不够理想等问题，开发一种更加有效促进铝合金内原生富铁相离散分布程度的复合物理场调控方法。考虑到超声物理场可产生空化效应，如果能在熔铸时引入超声物理场对原生富铁相进行调控，其尺寸构成以及分布状态等一定可以获得改善。而中频感应熔炼可以引入电磁场，电磁场存在时可以使得熔体上下翻转发生运动。因此，如果在超声场作用的情况下进一步引入电磁物理场，即形成电磁场+超声场的复合物理场，那么在复合物理场协同作用下，熔体内原生富铁相的形核、长大以及离散分布程度一定可以获得有效控制。本发明就是充分利用熔铸时电磁场和超声场协调作用可有有效促进合金内原生富铁相的离散分布程度而开发的。在开发过程中通过控制熔铸过程以及复合物理场协调作用方式、强度以及时间等，同时再辅以后续合理热加工过程对合金组织和原生富铁相分布的综合调控，最终使得冷轧态合金板材内原生富铁相尺寸构成以及离散分布程度获得很好控制，从而实现了有效利用原生富铁相调控合金组织和性能，同时又有效避免其不利影响的目的。