材料合成与制备-汽车铝合金板材(ppt 35张)
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《铝合金制备与加工》课件
熔炼是铝合金制备过程中的重要 环节，通过将金属原材料加热至 熔点以上，使其成为液态，然后
进行合金化处理。
熔炼设备
常用的熔炼设备有感应熔炼炉、电 弧熔炼炉和坩埚熔炼炉等，根据不 同的熔炼需求选择合适的设备。
熔炼工艺参数
熔炼过程中需要控制温度、时间、 搅拌速度等工艺参数，以确保合金 成分的准确性和均匀性。
详细描述
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，铝合金的发展历程也经历了多个阶段。从早期的传统铸 造工艺，到现代的挤压、锻造等加工工艺，铝合金的性能和应用领域得到了极大的提升和拓展。未来 ，随着新材料和加工技术的不断涌现，铝合金的应用前景将更加广阔。
02 铝合金制备技术
CHAPTER
熔炼技术
熔炼原理
详细描述
根据添加的金属元素和用途，铝合金可以分为多种类型，如防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。防锈铝合金 主要用于防腐要求较高的场合，硬铝合金和超硬铝合金则主要用于航空、建筑、汽车等领域，其中超硬铝合金具 有更高的强度和硬度，适用于制造承受较大载荷的结构件。
铝合金的发展历程
总结词
铝合金的发展经历了从传统铸造工艺到现代挤压、锻造等加工工艺的演变，不断提高其性能和应用领 域。
铸造技术
01
02
03
铸造原理
铸造是将液态金属倒入模 具中，冷却凝固后获得所 需形状和尺寸的铝合金制 品的过程。
铸造方法
根据不同的铸造需求，可 以选择不同的铸造方法， 如砂型铸造、金属型铸造 、压力铸造等。
铸造缺陷
铸造过程中可能会出现气 孔、缩孔、裂纹等缺陷， 需要采取相应的措施进行 控制和预防。
塑性加工技术
《铝合金制备与加工》PPT课 件
目录
CONTENTS
进行合金化处理。
熔炼设备
常用的熔炼设备有感应熔炼炉、电 弧熔炼炉和坩埚熔炼炉等，根据不 同的熔炼需求选择合适的设备。
熔炼工艺参数
熔炼过程中需要控制温度、时间、 搅拌速度等工艺参数，以确保合金 成分的准确性和均匀性。
详细描述
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，铝合金的发展历程也经历了多个阶段。从早期的传统铸 造工艺，到现代的挤压、锻造等加工工艺，铝合金的性能和应用领域得到了极大的提升和拓展。未来 ，随着新材料和加工技术的不断涌现，铝合金的应用前景将更加广阔。
02 铝合金制备技术
CHAPTER
熔炼技术
熔炼原理
详细描述
根据添加的金属元素和用途，铝合金可以分为多种类型，如防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。防锈铝合金 主要用于防腐要求较高的场合，硬铝合金和超硬铝合金则主要用于航空、建筑、汽车等领域，其中超硬铝合金具 有更高的强度和硬度，适用于制造承受较大载荷的结构件。
铝合金的发展历程
总结词
铝合金的发展经历了从传统铸造工艺到现代挤压、锻造等加工工艺的演变，不断提高其性能和应用领 域。
铸造技术
01
02
03
铸造原理
铸造是将液态金属倒入模 具中，冷却凝固后获得所 需形状和尺寸的铝合金制 品的过程。
铸造方法
根据不同的铸造需求，可 以选择不同的铸造方法， 如砂型铸造、金属型铸造 、压力铸造等。
铸造缺陷
铸造过程中可能会出现气 孔、缩孔、裂纹等缺陷， 需要采取相应的措施进行 控制和预防。
塑性加工技术
《铝合金制备与加工》PPT课 件
目录
CONTENTS
铝合金材料加工与应用 151页PPT文档
• 2019年中国电解铝的生产能力达427万吨，产 量已达342.7万吨，超过美国（336万吨）。
• 2019年年产量已达667.1万吨，稳居世界榜首， 成了名符其实的铝业大国。截至2019年底，中 国铝加工企业超过1100家，铝加工材年生产力 达500万吨以上，年产量已达450万吨以上，位 居世界第2。2019年中国再生铝产量超过200万 吨，铝合金铸造产品超过120万吨，走到世界前 列。2019年中国铝消费量达618万吨，占据世 界第2，而人均耗铝量也由80年代的0.8kg/（年. 人），猛增到2019年的5.0kg/（年.人）。
广西大学简介
• 广西大学现设有30个学院，学科涵盖了 哲、经、法、文、理、工、农、管、教、 艺术等十大学科门类。有97个本科专业， 31个一级学科硕士点，175个二级学科硕士 点，7个一级学科博士点，46个二级学科博 士点，7个博士后科研流动站。目前拥有在 校全日制本科生22631人，在校研究生总数 16270人；广西大学现有教职工3672人， 其中专任教师2019人。
铝合金材料的加工与应用
胡治流 广西大学材料科学与工程学院
13517811572163
主要内容
1.铝工业的发展概况 2.铝及铝合金相关基础知识 3.铝及铝合金主要加工方法
3.1铝及铝合金的熔炼与铸造技术 3.2铝及铝合金的压力加工工艺 4、铝加工产品开发分析 5、铝加工产业发展形势 6、广西铝工业发展的初步思考
2.1 铝及铝合金的特性及应用领域
• 铝具有面心立方点阵，无同素异构转变。 • 银白色轻金属，质轻，密度为2.7 g/cm3,约
为铁的1/3。但比强度高，可与合金钢相比。 • 铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高
而升高，当纯度为99.996%时，熔点为 660.24℃。 • 铝具有优良的电导性、热导性，其电导性仅 次于银和铜，居第三位，约为纯铜电导率的 62%。
汽车车身材料介绍ppt课件
具有优异的机械性能、耐热性、耐候 性和尺寸稳定性，用于制造汽车零件 。如聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚 甲醛(POM)等。
受热固化成型，再次受热不软化。如 酚醛树脂、环氧树脂等。
复合材料的种类与性能
01
玻璃纤维增强复合材料(GFRP)
以玻璃纤维为增强材料，树脂为基体，具有轻质高强、耐腐蚀、可设计
利用胶粘剂将不同材料粘合在一 起，具有连接强度高、密封性好 等优点。
提高车身材料利用率与降低成本措施
材料优化利用
通过合理排版、套裁等手段，提高材料的利用率，减 少浪费。
采用新工艺
如热成型、激光切割等先进工艺，提高生产效率和产 品质量，降低成本。
加强供应链管理
优化采购策略，与供应商建立长期合作关系，降低采 购成本。
03
铝合金材料
铝合金的种类与性能
铝合金种类
包括1系、2系、3系、5系、6系 、7系等，不同种类的铝合金具有 不同的成分和性能特点。
铝合金性能
具有密度小、强度高、耐腐蚀、 易加工成型等优点，同时具有良 好的导电性和导热性。
铝合金车身的应用现状
高端车型应用
铝合金车身在高端车型中得到了广泛 应用，如奥迪A8、捷豹XFL等。
缺点
比强度和比刚度相对较低，耐疲劳性能一般。
应用
广泛应用于中低端汽车的车身、零部件制造以及汽车内饰件。
金属基复合材料
优点
具有高的比强度和比刚 度，良好的耐磨性、耐 疲劳性和高温性能。
缺点
价格较高，加工难度较 大。
应用
主要用于汽车发动机、 刹车系统、传动系统等 关键部件的制造。
新型材料的优缺点及选用原则
新型车身材料
碳纤维增强复合材料
受热固化成型，再次受热不软化。如 酚醛树脂、环氧树脂等。
复合材料的种类与性能
01
玻璃纤维增强复合材料(GFRP)
以玻璃纤维为增强材料，树脂为基体，具有轻质高强、耐腐蚀、可设计
利用胶粘剂将不同材料粘合在一 起，具有连接强度高、密封性好 等优点。
提高车身材料利用率与降低成本措施
材料优化利用
通过合理排版、套裁等手段，提高材料的利用率，减 少浪费。
采用新工艺
如热成型、激光切割等先进工艺，提高生产效率和产 品质量，降低成本。
加强供应链管理
优化采购策略，与供应商建立长期合作关系，降低采 购成本。
03
铝合金材料
铝合金的种类与性能
铝合金种类
包括1系、2系、3系、5系、6系 、7系等，不同种类的铝合金具有 不同的成分和性能特点。
铝合金性能
具有密度小、强度高、耐腐蚀、 易加工成型等优点，同时具有良 好的导电性和导热性。
铝合金车身的应用现状
高端车型应用
铝合金车身在高端车型中得到了广泛 应用，如奥迪A8、捷豹XFL等。
缺点
比强度和比刚度相对较低，耐疲劳性能一般。
应用
广泛应用于中低端汽车的车身、零部件制造以及汽车内饰件。
金属基复合材料
优点
具有高的比强度和比刚 度，良好的耐磨性、耐 疲劳性和高温性能。
缺点
价格较高，加工难度较 大。
应用
主要用于汽车发动机、 刹车系统、传动系统等 关键部件的制造。
新型材料的优缺点及选用原则
新型车身材料
碳纤维增强复合材料
铝及铝合金课件教学PPT
按用途分类
铝及铝合金的分类
01
02
铝及铝合金的牌号
铸造铝合金的牌号由3位数字组成，第一位数字表示主要合金元素，后两位数字表示合金元素的含量。
变形铝合金的牌号由1位数字和1位字母组成，数字表示主要合金元素（以265表示纯铝），字母表示加工状态（如F表示自由加工状态）。
铝的密度约为2.7g/cm³，铝合金的密度根据其成分和加工方法有所不同。
化学腐蚀
电化学腐蚀
应力腐蚀
在电解质溶液中，铝及铝合金作为阳极发生氧化反应，导致材料腐蚀。
在应力和特定环境共同作用下，铝及铝合金发生脆性断裂。
03
02
01
铝及铝合金的腐蚀机理
在铝及铝合金表面涂覆防腐蚀涂层，如油漆、清漆等，隔绝材料与外界环境的接触。
涂层保护
在铝及铝合金表面电镀一层耐腐蚀的金属，如锌、铬等，提高材料的耐腐蚀性。
密度
铝的硬度较低，可通过热处理提高其硬度。
硬度
铝是一种活泼的金属，容易与氧反应形成致密的氧化膜，具有良好的耐腐蚀性。
耐腐蚀性
铝具有良好的导电性，常用于电线、电缆等导电材料。
导电性
铝及铝合金的性能参数
04
CHAPTER
铝及铝合金的腐蚀与防护
铝及铝合金与空气中的氧气反应，生成氧化铝，导致材料表面被破坏。
铝合金
铝及铝合金的定义
铝及铝合金的特性
铝的密度约为2.7g/cm³，仅为铁的1/3，具有良好的轻量化效果。
铝具有良好的塑性变形能力，易于加工成各种形状。
铝的导电性能仅次于铜，广泛用于电线、电缆等领域。
铝表面容易形成致密的氧化膜，具有较好的耐腐蚀性。
密度小
延展性好
导电性好
铝及铝合金的分类
01
02
铝及铝合金的牌号
铸造铝合金的牌号由3位数字组成，第一位数字表示主要合金元素，后两位数字表示合金元素的含量。
变形铝合金的牌号由1位数字和1位字母组成，数字表示主要合金元素（以265表示纯铝），字母表示加工状态（如F表示自由加工状态）。
铝的密度约为2.7g/cm³，铝合金的密度根据其成分和加工方法有所不同。
化学腐蚀
电化学腐蚀
应力腐蚀
在电解质溶液中，铝及铝合金作为阳极发生氧化反应，导致材料腐蚀。
在应力和特定环境共同作用下，铝及铝合金发生脆性断裂。
03
02
01
铝及铝合金的腐蚀机理
在铝及铝合金表面涂覆防腐蚀涂层，如油漆、清漆等，隔绝材料与外界环境的接触。
涂层保护
在铝及铝合金表面电镀一层耐腐蚀的金属，如锌、铬等，提高材料的耐腐蚀性。
密度
铝的硬度较低，可通过热处理提高其硬度。
硬度
铝是一种活泼的金属，容易与氧反应形成致密的氧化膜，具有良好的耐腐蚀性。
耐腐蚀性
铝具有良好的导电性，常用于电线、电缆等导电材料。
导电性
铝及铝合金的性能参数
04
CHAPTER
铝及铝合金的腐蚀与防护
铝及铝合金与空气中的氧气反应，生成氧化铝，导致材料表面被破坏。
铝合金
铝及铝合金的定义
铝及铝合金的特性
铝的密度约为2.7g/cm³，仅为铁的1/3，具有良好的轻量化效果。
铝具有良好的塑性变形能力，易于加工成各种形状。
铝的导电性能仅次于铜，广泛用于电线、电缆等领域。
铝表面容易形成致密的氧化膜，具有较好的耐腐蚀性。
密度小
延展性好
导电性好
铝车身冲压工艺PPT课件
6
欧洲与北美汽车覆盖件用铝情况
综合相关数据，总结出应用于汽车车身板的成品板材的性能要求：
（a）T4(p)状态下
屈服强度：90~140MPa抗拉强度：220~285MPa延伸率（总）:≥20%; n值：≥0.27（拉伸应变硬化指数）r值：≥0.65（0°）
（塑性应变比）
≥0.40（45°）
≥0.55（90°）
铝车身冲压工艺---
资材篇
1
目录
一、铝合金基本知识
1.1 轻量化的必然性 1.2 汽车轻量化的主要对象 1.3 铝合金的特点 1.4 、铝合金分类
二、汽车用铝材简介
2.1 性能参数介绍 2.2 性能要求 2.3、汽车用铝材型号应用部位 2.4、应用于汽车车身的6系和5系铝合金对比
三、钢板与铝合金板材等强度计算 四、 铝合金车身板的生产过程 五、板材的表面处理
1.2 汽车轻量化的主要对象
发动机、底盘、车身及内外装占轿车总质量的比例较大,减重潜力也较大。轿车车身是轿车中重量较大的部件，约占汽车总 重量的30％，所以车身的铝化举足轻重。
名称
发动机
底盘（除传动 系）
车身
传动系
内装外装
其他
质量比例（%）
10~15
19~24
20~28
5~10
20~25
8~13
1.3 铝合金的特点：
3
1.4 、铝合金分类
根据合金元素和加工工艺特性，可将铝合金分为变形铝合 金和铸造铝合金两大类。
铝合金牌号划分 组别
牌号系列
纯铝（铝含量不小于99%）
1×××
以铜为主要合金元素的铝合金
2×××
以锰为主要合金元素的铝合金
3×××
欧洲与北美汽车覆盖件用铝情况
综合相关数据，总结出应用于汽车车身板的成品板材的性能要求：
（a）T4(p)状态下
屈服强度：90~140MPa抗拉强度：220~285MPa延伸率（总）:≥20%; n值：≥0.27（拉伸应变硬化指数）r值：≥0.65（0°）
（塑性应变比）
≥0.40（45°）
≥0.55（90°）
铝车身冲压工艺---
资材篇
1
目录
一、铝合金基本知识
1.1 轻量化的必然性 1.2 汽车轻量化的主要对象 1.3 铝合金的特点 1.4 、铝合金分类
二、汽车用铝材简介
2.1 性能参数介绍 2.2 性能要求 2.3、汽车用铝材型号应用部位 2.4、应用于汽车车身的6系和5系铝合金对比
三、钢板与铝合金板材等强度计算 四、 铝合金车身板的生产过程 五、板材的表面处理
1.2 汽车轻量化的主要对象
发动机、底盘、车身及内外装占轿车总质量的比例较大,减重潜力也较大。轿车车身是轿车中重量较大的部件，约占汽车总 重量的30％，所以车身的铝化举足轻重。
名称
发动机
底盘（除传动 系）
车身
传动系
内装外装
其他
质量比例（%）
10~15
19~24
20~28
5~10
20~25
8~13
1.3 铝合金的特点：
3
1.4 、铝合金分类
根据合金元素和加工工艺特性，可将铝合金分为变形铝合 金和铸造铝合金两大类。
铝合金牌号划分 组别
牌号系列
纯铝（铝含量不小于99%）
1×××
以铜为主要合金元素的铝合金
2×××
以锰为主要合金元素的铝合金
3×××
汽车车身铝板的生产工艺
汽车车身铝板的生产工艺、装备及市场前景分析2016-01-06 16:32:20| 发布人：矿冶/铝业英才网罗超 | 浏览(15)| 评论(0)一、汽车车身铝板的典型生产工艺及性能控制在全球倡导节能环保的大形势下，汽车产业的轻量化技术应用被推上日程。
汽车覆盖件用铝合金板材的应用就是一种简单有效的轻量化方式。
汽车铝板是高端铝合金品种中的一种，由于其对使用性能（成形、连接等）及表面质量的严苛要求，也给原材料的加工过程提出了更精细的控制管理要求。
汽车铝板的生产流程如图1所示。
铝液经连续铸造成不同规格的铝坯，经表面处理、加热后进行热轧、卷取、冷轧成型，得到所需的厚度，随后进行连续退火热处理得到所需的微观精细组织和性能。
汽车铝板材料生产有诸多的关键技术和难点，也将会对后续使用性能（冲压、涂装等）产生重要的影响。
纵观汽车铝板的生产工艺流程，从微观组织角度可简单归结为两个方面：洁净性（化学冶金过程）和均匀性（物理冶金过程）。
反映到实际大生产过程中就是对熔炼（铸造）和轧制（热处理）的控制过程。
优良的铝液洁净度和组织（织构）均匀性，对后续汽车生产厂的冲压成型和连接性能都有积极的作用。
组织（织构）的均匀性，既包括基体组织晶粒度的大小，也涵盖有利于成型性的微观织构的比例。
材料使用性能的宏观外在表现，是基于其微观内在本质。
对微观组织及织构的合理控制，可以得到所需的宏观性能。
鉴于原材料铝厂与汽车厂生产时间的不匹配问题，相间的过程会发生汽车铝板的自然时效，影响到后续的成型。
为解决此问题，国内外材料工程师对该过程的理论机理进行了深入系统研究，提出了预时效/预应变处理工艺。
通过原材料厂固溶处理后预时效的工艺过程，可以减缓板材运输和存储过程中的自然时效问题，从而在冲压过程中具备更好的成型性。
对铝板表面的合理处理，有利于后续的涂镀处理。
表面处理主要为对冷轧态进行处理，分为光面（Mill Finish，MF）、电火花钝化（Electron Discharge Texture，EDT）和电子束钝化（Electron Beam Texture，EBT）处理。
铝合金车身制作方案
2.2.3 压铸件铸造圆角 为了提高压铸件强度，最小铸造圆角半径
MOTOPHIL
Dreaming of Technology Unlimited
铝合金车身制作
2.2.4 压铸件孔 压铸工艺可以将孔直接铸造成型。过小的型芯易变形，导致模 具过早损伤 。 压铸最小孔径以及孔径与深度关系
MOTOPHIL
铝合金车身制作
浇铸产品展示
MOTOPHIL
Dreaming of Technology Unlimited
铝合金车身制作
样品
MOTOPHIL
Dreaming of Technology Unlimited
铝合金车身制作
样品
MOTOPHIL
Dreaming of Technology Unlimited
MOTOPHIL
Dreaming of Technology Unlimited
铝合金车身制作
高速速度=(产品+溢流重量)/压室截面积X填充时间X铝液密度 填充时间=0.01x产品壁厚x产品壁厚 快慢速度转换行程 对于铝、镁合金来说，各个压射阶段的切换点尤为重要，比如低速在 什么时候转入高速，高速什么时候转为增压等，直接影响到产品的表 面和内部质量。 转换行程=空打行程-(产品+溢流重量/压室截面积X熔液密度)-余料厚 度-1cm 2.4.2.3时间参数 填充时间金属液在压力的作用下从内浇口进入型腔直到充满，这个过 程所需时间。合金浇注温度高时,模具温高时,铸件壁厚部分离内浇口 远时,熔化潜热和比热高的合金,填充时间可选择长一些。 填充时间=0.007X产品壁厚X产品壁厚
MOTOPHIL
Dreaming of Technology Unlimited
汽车车身材料介绍ppt课件
USI1500超高强度钢
USIBOR1500钢板中添加了硼等其他合金元素且经过 淬火处理提高了强度, 导致其合金成分、组织和强度都 与普通高强钢及低碳钢有较大差异, 同时使得其同种材 料和异种材料的点焊性能也随之发生较大变化. 故对于 该类新型超高强度淬火硼钢板来讲, 其点焊性能的研究 就显得尤为必要。 通过对超高强度淬火钢板Usibor1500同种材料点焊以 及与低碳钢DC04异种材料点焊的两种焊接接头的抗剪 强度、宏观形貌以及显微组织的研究与分析,探索了 Usibor1500的点焊性能.结果表明两种点焊接头基本不 存在内部和外部缺陷,能够满足实际生产需要, Usibor1500超高强度淬火钢板具有良好的点焊性能.
• 在欧洲，2003年有7款车的B柱用不带涂层的 22MnB5热冲压生产，2009年采用热冲压生产B柱 的车超过20款，其中用带涂层的Usibor1500已超 过70%。
钨锡铂钢板
• Usibor1500是一种超高强度钢。其中文名是有其 发音转换过来的。（钨锡铂）其耐磨性能较佳的 通用冷作模具钢.有着良好的淬火性,并且淬火变形 量小。
裂
前桥（前轴） 转向节臂（羊 角）、半轴等
调质钢45、40Cr、 40MnB
强度、韧度、 疲劳抗力
弯曲变形、扭 转变形、断裂
变速箱齿轮、 后桥齿轮等
渗碳312020钢CCMrr2nM20TNnCiBiT4riM、等、nTi、强接及度触断、疲裂耐劳抗磨抗力性力、、
麻点、剥落、 齿面过量、磨 损变形、断齿
• （3）淬透性良好,空冷就能硬化,无需担心 淬裂
• （4）使用高强度钢板是实现汽车轻量化、 提高汽车被动安全性的重要途径之一。采 用传统冷冲压工艺，无法适应高强度钣金 制件的加工要求。
材料合成与制备汽车铝合金板材
研 究 过 程 轧制
➢ 金属轧制发生塑性变形时，主要是 通过滑移和孪生来实现的。这两种 机制的开动往往伴随着晶体取向的 变化，从而造成形变织构。大量研 究表明，面心立方金属中常见的轧 制织构主要包括Brass{110}<112>、 S{123}<634>、Copper{112}<111> 及Goss{110}<001>
➢ Si和Mg的影响
✓ Mg元素和Si元素结合形成Mg2Si相，Al-Mg2Si系合金可具有明显的时效硬化效应，且合金的强度随 着Mg-Si过渡相含量的增加而增加。
✓ Si可提高合金的铸造、焊接流动性、成形性及耐磨性，但会降低晶内耐蚀能力。Mg 可提高合金的 抗蚀性与可焊性，但会降低成形性以及强度。
研 究 过 程 成分设计
FactSage 相图计算结果 a. Al-0.8wt%Mg-0.9wt%Si-(0-3)wt%Cu b. Al-0.8wt%Mg-0.9wt%Si-0.2wt%Cu-(0-5)wt%Zn
汪小锋. 汽车用Al-Mg-Si-Cu系合金冲压成形性能的优化及其相关机理研究[D].北京科技大学,2016.
国外有关此方面的研究主要集中在日本、加拿大、德国、荷兰、 比利时等欧美发达国家，同样针对合金成分、加工工艺如均匀 化退火、中间退火等因素对织构的影响进行了相关研究，尤其 是加工过程中的异步轧制对织构的影响目前已经成为了研究热 点
国外 现状
研究现状
表3 主要车体铝合金板材典型室温力学性能
郑伟,李赫亮,袁晓光,黄宏军,刘喜欢. 汽车用AlMgSi系合金板材的研究现状及发展趋势[A]. 中国机械工程学会铸造分会.2010年中国铸 造活动周论文集[C].中国机械工程学会铸造分会:,2010:8.
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研究过程
轧制
塑性应变比r值是目前作为评价冷轧薄板深冲性能较为常用的力学指标，可 以通过较为简单的单向拉伸实验来获得。一般而言，r值的定义如下：
式中 εwεh 分别代表宽度方向上的应变与厚度方向上的应变；w0、t0分别是原 始宽度和厚度；wf、tf分别是最后宽度和厚度；e为工程应变。
大量研究表明r值主要受到织构的影响。为了改善薄板的成形性能，所以 需要研究织构与r值的关系，从而通过织构控制来提高r值。
Al-Mg-Si-Cu-Zn系合金-汽车板材
主讲人：xxx 组员：xxx 新材料国重&有研总院
延时文字
1 背 景 介 绍
目录
2 国内外研究现状 3 研究思路及过程 4 总 结 及 展 望
背景介绍
第一部分
背景介绍
行业大背景
汽车轻量化用铝合金具体的效应主要体现在以下几个方面：
明显的减重效果，理论上铝制汽车可比钢制汽车减轻重量达30%～40% 可观的节能效果：一般车重每减轻1kg，则1 L汽油可使汽车多行驶0.011 km， 或者每运行10000 km就可节省汽油0.7 L。 在承受同样的冲击的情况下，铝板比钢板多吸收冲击能50%，有助于提高汽车 行驶性能、乘客舒适性和安全性 利于环保，可较大程度的回收利用。
Mg元素和Si元素结合形成Mg2Si相，Al-Mg2Si系合金可具有明显的时效硬化效应，且合金的强度 随着Mg-Si过渡相含量的增加而增加。 Si可提高合金的铸造、焊接流动性、成形性及耐磨性，但会降低晶内耐蚀能力。Mg 可提高合金的
抗蚀性与可焊性，但会降低成形性以及强度。
Cu的影响
Cu一般被认为能够提高合金时效初期的硬化速率，主要是由于Cu的加入提高了Mg和Si的亚稳析出 相的析出动力学，促进有效强化亚稳相的形成而提高时效硬化性。 Cu的加入在一定程度上会降低合金的塑性和抗蚀性
板材的织构现象
毛卫民，杨平，陈冷．材料织构分析原理与检测技术[M]．北京：冶金工业出版社，2008． Bennett T A, Petrov R H, Kestens L A I, et al. The effect of particle-stimulated nucleation on texture banding in an aluminium alloy[J]. Scripta Materialia, 2010, 63(5): 461-464.
研究过程
成分设计
Fe、Mn、Cr的影响
Fe一般被认为是铝合金中的杂质元素，但富Fe的金属化合物粒子能促进再结晶过程中的形核，细 化晶粒。 Mn元素和Cr元素为微量元素。在Al-Mg-Si系合金中加入这两种元素，可以提高强度、改善耐蚀性、
冲击韧性和弯曲性能等，但是Mn元素在α相中产生严重的晶内偏析，影响合金的再结晶过程，造成
[]Sidor J, Miroux A, Petrov R, et al. Microstructural and crystallographic aspects of conventional and asymmetric rolling processes[J]. Acta Materialia, 2008, 56(11):2495-2507. []Engler O. On the influence of orientation pinning on growth selection of recrystallisation[J]. Acta Materialia, 1998, 46(5):15551568.
6xxx系铝 合金板材
2 较高的烤漆硬化性 3 良好的焊接性能
研究思路及过程
研究思路
第三部分
研究过程
研究思路
6xxx系铝合金板材的工业加工流程图
Engler O, Hirsch J. Texture control by thermomechanical processing ofAA6xxx Al-Mg-Si sheet alloys for automotive applications-a review[J]. Materials Science and Engineering A, 2002, 336(1):249-262.
研究过程
成分设计
FactSage 相图计算结果 a. Al-0.8wt%Mg-0.9wt%Si-(0-3)wt%Cu b. Al-0.8wt%Mg-0.9wt%Si-0.2wt%Cu-(0-5)wt%Zn
汪小锋. 汽车用Al-Mg-Si-Cu系合金冲压成形性能的优化及其相关机理研究[D].北京科技大学,2016.
退火制品的晶粒粗化，过量的Mn元素还会形成粗大硬而脆的MnAl6相而损害合金性能。
Zn的影响
在Al-Mg-Si系合金中 Zn 通常被认为是杂质元素，但在人工时效初期，Zn会促进亚稳相析出，从而提 高强度。在人工时效过程中，有研究还观察到了MgZn2相的存在.
Saito T, Wenner S, Osmundsen E, et al. The effect of Zn on precipitation in Al-Mg-Si alloys[J]. Philosophical Magazine, 2014, 94(21): 2410-2425. Ding X P, Cui H, Zhang J X, et al. The effect of Zn on the age hardening response in an Al-Mg-Si alloy[J]. Materials & Design, 2015, 65:1229-1235.
研究过程
铸态组织
均匀化
均匀化组织
汪小锋. 汽车用Al-Mg-Si-Cu系合金冲压成形性能的优化及其相关机理研究[D].北京科技大学,2016
研究过程
轧制
铝合金（AA6111）铸锭 经过均匀化以后，加热至 555°C，保温4h，在轧 机上进行热轧，终轧温度 低于 300°C。随后对其 进行一次冷轧，使其厚度 由 7.5mm 变为4.0mm。 此后进行中间退火，然后 将退火板材二次冷轧至 1mm，如图所示为其具体 的加工示意图。
研究过程
再结晶退火
铝合金中常见的再结晶织构组分
常见再结晶织构组分的形核地点及其与基体选择生长关系
预备退火是针对热轧板坯的退火， 主要是消除加工硬化和部分时效 硬化效应，给冷轧提供必要的塑 性； 中间退火是指冷变形工序之间的 退火，中间退火目的是为了消除 加工硬化，以利于继续冷加工变 形。一般来说，经过坯料退火后 的材料，在承受 45~85%的冷变 形后，如果不进行中间退火而继 续冷加工将会发生困难
背景介绍
行业大背景
表2.汽车车身材料年消耗量变化情况
Group B C. Automotive material mix, Expected changes 2015-2030[M].Boston, 2013.
背景介绍
行业大背景
表1. 各材料在汽车应用中的优势及劣势
Davies G. Materials for automobile bodies[M]. Oxford: Pergamon, 2003.
研究过程
轧制
金属轧制发生塑性变形时，主要是 通过滑移和孪生来实现的。这两种 机制的开动往往伴随着晶体取向的 变化，从而造成形变织构。大量研 究表明，面心立方金属中常见的轧 制织构主要包括Brass{110}<112>、 S{123}<634>、 Copper{112}<111>及 Goss{110}<001> 每种轧制织构组分所占的比例则 是由层错能决定的。
研究过程
轧制
• 通过以上的显微组织演变分析，可以 发现热轧态、冷轧态、中间退火态均 存在较为明显的显微组织差异。 • 在轧制过程中由于形变量较大，使材 料晶粒发生择尤取向，即产生织构。 而经退火后由于形核与长大均具有某 种位相关系，也会产生织构， • 多晶材料中的织构的存在直接影响铝 合金的成形性能，而且织构的存在还 会导致材料表面产生应力集中使板材 表面趋向于形成起伏的带状区域，造 成 wt.% ）
新合金成分表2（ wt.% ）
研究过程
熔炼铸造
实验采取的元素和中间合金: 纯Zn \ 纯Mg \ 纯Sn \ 纯Ni\ Al采用高纯 铝（不计烧损） Al-Fe:20% Al-Cu:50% Al-Ti:10% Al-Si:20% Al-Mn:10% 细化剂： Al-5%Ti-1%B（质量分数） 放10g 此外，考虑Mg、Zn、Si的烧损率分 别为 5%、3%、3%。熔炼热备为中 频电磁感应加热炉，熔炼时根据中间 合金熔点的高低依次添加，熔融合金 注入水冷钢模中进行凝固成铸锭。
实验室中铝合金的浇注
研究过程
均匀化
作为可热处理强化的铝合金，Al-Mg-Si-Cu 系合金的热处理制度对产品最终 的使用性能有着至关重要的影响，其主要的热处理制度包括均匀化退火、再
结晶退火、固溶和时效等。 铝合金在凝固后的铸态组织通常偏离平衡状态。在实际生产中，由于受条件
的限制通常铸件会产生一系列的缺陷，例如气孔、偏析等。其中以偏析最为 常见，偏析的存在对合金的机械性能和组织结构有多种不良影响。经过熔炼 铸造的合金由于快速冷却，造成严重的组织和成分偏析。 均匀化：将合金加热到一定温度促进原子扩散就能促使合金由非平衡状态向 平衡状态转变，能消除成分偏析，残余应力，回溶强化相，改善有害相。
研究过程
轧制
轧制过程全程 采用机油润滑。
AA6111合金板材的轧制工艺
Xiaofeng Wang, Mingxing Guo,et al. Effect of rolling geometry on mechanical properties, microstructure, and recrystallization texture of Al–Mg–Si alloy [J]. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 2015, 22(7): 738-747.