[发明专利]高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用

说明书

本发明公开了一种高强度汽车车身用Al‑Mg‑Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，包括以下质量百分比的元素：Mg：0.5~1.5wt%、Si：1.0~2.0wt%、Cu：0.4~1.0wt%、Sn：0.1~0.5wt%、Mn≤0.05wt%、Fe≤0.10wt%，余量为Al。本发明还公开了高强度汽车车身用Al‑Mg‑Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺和应用。本发明的材料在常温下硬度大于140HV，屈服强度大于280MPa，抗拉强度大于360MPa，并且延伸率可达到10%以上，解决了传统Al‑Mg‑Si合金材料力学性能差的技术缺陷。

技术领域

本发明涉及一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料及制备工艺和应用，属于铝合金技术领域。

背景技术

Al-Mg-Si合金由于具有中高等强度、良好的成形性及耐蚀性，且焊接性好、易着色、烘烤后表面质量良好，可进行热处理强化。为满足工业上的需求，需要对Al-Mg-Si合金进行一系列热处理操作以提高合金的性能，通常首先将轧制后的板材加热至高温进行固溶，并淬火至室温得到过饱和固溶体，即T4态合金。T4态合金将在室温下储存一段时间后运输到汽车装配厂进行冲压成形，再经过组装、焊接、胶结等操作后作为汽车车身构件，最后对其进行涂装烘烤获得时效强化，使合金获得良好的抗凹陷性。

Al-Mg-Si合金作为汽车轻量化关键材料，即使在热处理强化后，仍存在涂装烤漆后强度不足的现象，导致其无法大规模的应用。Serizawa等人[A. Serizawa, S. Hirosawa,T. Sato.Metallurgical and Materials Transactions A, 39A(2008)243-251]在研究Al-Mg-Si合金的早期时效过程时发现两种不同类型的纳米团簇：团簇(1)和团簇(2)，分别在室温和373K温度下形成。团簇(1)和团簇(2)均为Mg-Si-vacancy团簇，但其化学成分有所不同。团簇(1)尺寸较小且具有较宽范围的Mg/Si比（约0~5之间），不能转化为β″相；而团簇(2)尺寸较大且具有较固定的Mg/Si比，近似于1，与β″相的Mg/Si比（Mg/Si= 5:6= 0.83）相似，可以连续转化为β″相。

随着现代工业技术的快步发展，在材料满足强度的条件下，对于材料的轻量化的追求是日益月滋。因此对轻量化材料的研究是大势所向。在汽车或者航天等领域，铝合金这样的轻质材料存在着力学性能差的短板，那么如何克服轻量化材料的力学性能缺点则是矛盾的主要方面，亦是解决目前工业上降低结构能耗的关键钥匙。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料，该材料解决了传统Al-Mg-Si合金材料力学性能差的技术缺陷。

同时，本发明提供一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料的制备工艺，该工艺通过单级固溶处理以及双级时效工艺，经过热处理之后，合金能形成含Cu以及含Sn的析出相。Cu的添加会改变合金析出序列，促进析出动力学，促进团簇(2)的生长，促进β″相细小密集化，提高时效强化作用。由于Sn对空位有较高结合力，起到了调控空位以及扩散的作用，因此形成Sn的析出相会抑制合金在自然时效的不利效果，从而提高合金在人工时效阶段的强度和硬度。同时双级时效工艺中，预时效阶段使合金形成与β″相成分相近的团簇(2)，使得在后续人工时效阶段这些团簇(2)转变成细小密集的β″相，促进合金析出强化作用。

同时，本发明提供一种高强度汽车车身用Al-Mg-Si合金的Cu和Sn复合微合金化材料在汽车领域中作为汽车车身板轻量化材料中的应用，以解决汽车车身板用Al-Mg-Si合金室温放置后烘烤硬化不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：