鋁合金汽車板性能及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

隨著汽車工業(yè)發(fā)展、汽車保有量的增多，在給人們出行帶來了方便的同時(shí)也產(chǎn)生了能耗、排放污染和安全三大問題。2009年中國(guó)汽車產(chǎn)銷量已達(dá)1300萬輛，躍居世界第一;汽車保有量已超過7000萬輛，因此我國(guó)汽車工業(yè)的節(jié)能減排工作刻不容緩。

大量研究表明，汽車輕量化是汽車節(jié)能減排的重要手段。乘用車車重每減少10%，可節(jié)油6%～8%，降低排放4%

1.1 良好的成形性

。鋁合金是重要的輕量化材料，其密度為鋼的1/3，典型的鋁合金零件取代鋼制零件一次減重效果可達(dá)30%～40%，二次減重效果則可進(jìn)一步提高到50% 。2006年歐、美、日等國(guó)的轎車平均用鋁量已經(jīng)達(dá)到127 kg/輛。歐洲鋁協(xié)(EAA)預(yù)測(cè)，在2015年前，歐洲轎車用鋁量將增至300kg/輛。在轎車中每使用1kg鋁，可在其使用壽命期內(nèi)減少20kg尾氣排放。此外，鋁合金還是綠色環(huán)保材料，可循環(huán)回收，在汽車中，采用鋁材所節(jié)省的能量是生產(chǎn)該零件所用原鋁生產(chǎn)耗能的6～12倍。

2009年的歐洲車身會(huì)議(Euro Car Body 2009)上報(bào)導(dǎo)一些典型車型變形鋁合金用量達(dá)25～30kg，而變形鋁合金板材的應(yīng)用還有利于滿足汽車安全法規(guī)的要求，采用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋，就可以明顯減少二次碰撞對(duì)行人的傷害，有利于滿足碰撞對(duì)行人的保護(hù)法規(guī)的要求。目前我國(guó)汽車用鋁合金板材研究還不夠深入，為了推動(dòng)汽車用鋁合金板材的研發(fā)和深入研究，作者對(duì)鋁合金汽車板及其應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 汽車用鋁合金板的性能要求

1 汽車用鋁合金板的性能要求

板材的成形性是指在沖壓過程中其承受形狀變化的能力。成形性可以通過成形性試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前鋼板的成形性已有大量試驗(yàn)結(jié)果

1.2 一定的抗時(shí)效穩(wěn)定性

，但鋁合金板材的成形性試驗(yàn)結(jié)果報(bào)導(dǎo)還較少。

評(píng)價(jià)成形性的最常用的試驗(yàn)是單軸拉伸試驗(yàn)，為提高板材的成形性，希望板材具有較低的屈強(qiáng)比，較高的加工硬化速率和均勻伸長(zhǎng)率;評(píng)價(jià)板材在各種應(yīng)力狀態(tài)下的成形性試驗(yàn)是測(cè)定成形極限曲線(FLC)。

1.2 一定的抗時(shí)效穩(wěn)定性

鋁合金板材在室溫存放時(shí)不發(fā)生時(shí)效的特性稱之為抗時(shí)效穩(wěn)定性。因?yàn)闀r(shí)效會(huì)使合金在拉伸變形時(shí)出現(xiàn)屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)，即呂德絲(lüders)帶，從而在沖壓時(shí)造成表面變形不均和起皺，影響沖壓件的外觀;板材從生產(chǎn)出廠到零件沖壓時(shí)往往需要運(yùn)輸和儲(chǔ)存一些時(shí)間，通常要求板材在室溫存放6個(gè)月而不發(fā)生時(shí)效。

1.3 良好的烘烤硬化性

汽車沖壓件在沖壓后經(jīng)油漆烘烤處理時(shí)也會(huì)產(chǎn)生時(shí)效，從而使其屈服強(qiáng)度上升的特性稱之為烘烤硬化性。高的烘烤硬化性將會(huì)賦予零件高的抗凹痕性。由于目前大部分汽車企業(yè)的油漆烘烤工藝是針對(duì)鋼板設(shè)計(jì)的，而鋁合金的烘烤硬化性和鋼的明顯不同，因此希望鋁合金板的烘烤硬化性較好和鋼板的油漆工藝兼容;材料的烘烤硬化性可按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3-4]進(jìn)行評(píng)定。

1.4 高的抗凹痕性

板材和構(gòu)件抵抗外力作用而不發(fā)生凹陷或永久變形的能力稱為抗凹痕性。材料的抗凹痕性與其流變應(yīng)力σf有關(guān)，也與材料厚度t有關(guān)

1.5 良好的翻邊延性

，作為零部件的抗凹痕性還與零件的剛度和結(jié)構(gòu)有關(guān)

1.6 較好的表面光鮮性

。

1.5 良好的翻邊延性

汽車外覆蓋件在沖壓翻邊時(shí)，板材抵抗開裂的特性稱為翻邊延性。因此要求鋁合金板材應(yīng)具有良好的翻邊延性，以保證在翻邊時(shí)不發(fā)生開裂。板材的翻邊延性和板材的總伸長(zhǎng)率有關(guān)，也與材料的內(nèi)部組織有關(guān)。翻邊延性可用冷彎試驗(yàn)來檢測(cè)，但通常的冷彎并未考慮到應(yīng)變速率敏感性，而沖壓翻邊時(shí)變形較快，應(yīng)變速率較大，從而對(duì)翻邊延性有更高的要求。

1.6 較好的表面光鮮性

鋁合金板材和鋼板不同，其晶粒度遠(yuǎn)大于鋼的，在較粗的晶粒下，如果晶粒大小不均則會(huì)導(dǎo)致沖壓件的表面沿軋制方向出現(xiàn)像繩索圈(Roping)樣的變形不均勻，這種表面缺陷又稱羅平線(Roping line)

1.7 表面處理及涂裝性能

，導(dǎo)致油漆后表面光鮮不一致，這種缺陷也與板材料變形能力的各向異性有關(guān);另一種表面缺陷是板材在拉伸變形后，在表面形成桔皮狀的起皺和不平，這與組織均勻有關(guān)，造成這種缺陷的原因還需要進(jìn)一步研究。

1.7 表面處理及涂裝性能

鋼鐵材料在油漆之前，其表面要進(jìn)行酸洗磷化處理，以改善沖壓件表面與油漆的結(jié)合力，提高其耐蝕性;由于鋁合金表面會(huì)有一種結(jié)合緊密的氧化膜,油漆前的表面處理方法就和鋼鐵材料不同，不能用一般的酸性磷化方法,而是采用鉻化處理，考慮到六價(jià)鉻對(duì)人體的毒性，近年來開發(fā)了無鉻式或低鉻處理技術(shù)，其中典型處理方法是Arodine方法

2 鋁合金汽車板的典型力學(xué)性能及成形性

，并已有較成熟的生產(chǎn)線;另一種方法是在含氟離子的特殊磷化液中進(jìn)行表面處理。

顯然，上述7種性能既互相關(guān)聯(lián)，又相互矛盾，如何將上述相關(guān)性能得到合理匹配，滿足汽車沖壓件的性能要求是鋁合金汽車板研發(fā)的主要目標(biāo)。

2 鋁合金汽車板的典型力學(xué)性能及成形性

目前鋁合金汽車板主要有兩個(gè)系列，5000系和6000系列，其典型牌號(hào)的合金成分列于表1。6000系合金分含銅(如6111)和基本不含銅(如6016，6022，6181)兩類，前者具有高的烘烤硬化性，但對(duì)對(duì)絲狀腐蝕比較敏感;后者具有高的烘烤硬化性、良好的成形性、良好的耐腐蝕性。5000系合金中分高含量鎂(如5182)的合金板，它具有較高強(qiáng)度、良好的成形性，但對(duì)晶間腐蝕較敏感;中含量鎂的合金板(如5754)具有良好的晶間腐蝕性能和良好的成形性;低含量鎂的合金板(如5052)的主要是強(qiáng)度較低。5000系和6000系的典型牌號(hào)的合金板的主要性能列于表2，其相應(yīng)的成形性參量列于表3[7,9].表中 r值為金屬板塑性應(yīng)變各向異性值;n值為金屬板拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)，基本成分設(shè)計(jì)概念和性能特點(diǎn)列于表2.

表1 6000系和5000系典型鋁合金汽車板材的主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

Tab.1 the chemical composition of typical 5××× and 6××× series Al alloy sheets %

合金牌號(hào)	合金元素
	Si	Fe	Cu	Mn	Mg
6016	1.0～1.5	<0.50	<0.20	<0.20	0.25～0.60
6022	0.8～1.5	0.05～0.20	0.01～0.10	0.02～0.10	0.45～0.70
6111	0.7～1.1	<0.40	0.50～0.90	0.15～0.45	0.50～1.0
5022	<0.25	<0.40	0.20～0.50	<0.10	3.50～4.9
5023	<0.25	<0.40	0.20～0.50	<0.10	5.0～6.2
5182	<0.20	<0.35	<0.10	0.20～0.50	4.5～5.0

表2 5000系和6000系典型鋁合金汽車板材的主要性能

Tab.2 The main properties of typical 5××× and 6××× series Al alloy sheets

合金牌號(hào)	狀態(tài)	E/MPa	泊松比	密度， kg/m3				備注
					屈服強(qiáng)度/MPa	抗拉強(qiáng)度/MPa	伸長(zhǎng)率/%
6111	T4Pd	69000	0.3	2.89×10-3	146.0	290.0	25.0	縱向
6022	T4Pd	69000	0.3	2.86×10-3	122.0	238.0	30.0	縱向
5182	O	69000	0.3	2.84×10-3	123.0	276.0	25.6	縱向
5023	O	69000	0.3	2.85×10-3	124.0	280.0	32.0	縱向

表3 5000系和6000系典型鋁合金汽車板材的成形性

Tab.3 The formation properties of typical 5××× and 6××× series Al alloy sheets

合金牌號(hào)	狀態(tài)	板厚，/mm	成形性					冷彎垂直于軋向
			均勻延伸率，%	n值（變形量6%～12%）	K值（變形量6%～12%）	r值（變形量6%～12%）	FLD0 ，%	d=0，180°（試樣寬度70mm）
6111	T4Pd	0.9	18.0	0.23	540.0	0.65	22.8	不裂
6022	T4Pd	0.9	19.0	0.25	525.0	0.66	23.2	不裂
5182	O	0.9	21.0	0.32	514.0	0.82	22.2	不裂
5023	O	0.9	22.0	0.31	520.0	0.85	26.5	不裂

鋁合金汽車板在拉伸時(shí)的均勻伸長(zhǎng)率和總伸長(zhǎng)率均低于軟鋼的，尤其是均勻伸長(zhǎng)率和縮頸后的伸長(zhǎng)率均遠(yuǎn)低于軟鋼的;因此，其深拉延、三軸應(yīng)變及延展成形性均低于軟鋼。由于鋁合金板材的初始加工硬化性能高于軟鋼的，因此其冷彎時(shí)的回彈也較大。一些牌號(hào)鋁合金在不同的彎曲半徑下其回彈角較軟鋼的大2～3倍，在設(shè)計(jì)鋁合金沖壓模具時(shí)必須充分考慮這一些特點(diǎn)。

5000系和6000系及軟鋼的碗狀試樣沖壓成形時(shí)的開裂/起皺的極限高度與壓邊力的關(guān)系不太一樣，在低壓邊力下，三種材料起皺的極限高度沒什么區(qū)別;但在高壓邊力時(shí)，由于鋁合金產(chǎn)生開裂而不能使成形高度進(jìn)一步提高。因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于鋁合金板材沖壓成

形時(shí)，應(yīng)在較低的壓邊力下進(jìn)行。

3 影響鋁合金板材力學(xué)性能和成形性的主要因素

3.1 合金種類和主要合金元素

5000系變形鋁合金汽車板材主要是以鎂原子的固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化以及少量銅原子固溶和析出強(qiáng)化來強(qiáng)化的，該系合金具有良好成形性。室溫放置時(shí)，易出現(xiàn)屈服點(diǎn)延長(zhǎng)(或lüders伸長(zhǎng))，沖壓成形后表面易起皺，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。鐵元素的增加會(huì)明顯惡化其延展性和冷彎性能;由于無烘烤硬化性，油漆烘烤后會(huì)易發(fā)生軟化，從而影響零件的抗凹陷性。

6000系變形鋁合金汽車板材以硅，鎂作為主要合金元素(在6111合金還加入銅作為合金元素)，這類合金是靠硅，鎂在固溶時(shí)效析出強(qiáng)化作為主要強(qiáng)化手段，是可熱處理強(qiáng)化的鋁合金板，該類鋁合金板材在預(yù)處理狀態(tài)下具有良好的成形性，無屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)，適合于汽車外板，并具烘烤硬化性，在油漆烘烤后具有高的流變應(yīng)力，零件具有高的抗凹陷性;但發(fā)生時(shí)效后會(huì)導(dǎo)致翻邊延性下降和成形性惡化。

3.2 制造及預(yù)處理工藝

鋁合金板材的制造工藝已有一些專利，如“冷軋耐蝕鋁合金板材(WO 95/31580和US.Patent6.129792)”、“鋁合金及制造鋁合金板的方法(WO 96/03531)”、“可熱處理強(qiáng)化的鋁合金板的制造工藝 (WO 00/03052)”、“沖壓鋁合金產(chǎn)品的熱處理(WO 00/70115)”、“具有良好彎曲性能的鋁合金板材的制造方法(WO 02/090609)”等，這些專利針對(duì)不同成分鋁合金板材的性能改善提出了相應(yīng)的工藝方法;但所述的指標(biāo)與汽車變形鋁合金板材的綜合性能要求亦還有一定差異。“烘烤硬化優(yōu)異的Al-Mg-Si系鋁合金板的制造方法(200480042140.X)”

3.1 合金種類和主要合金元素

為日本學(xué)者在中國(guó)申請(qǐng)的專利，重點(diǎn)保護(hù)內(nèi)容是鋁合金板材薄帶連鑄，此技術(shù)無需均質(zhì)處理，可獲得較細(xì)晶粒和均勻的顯微組織。加拿大學(xué)者也在中國(guó)申請(qǐng)了相關(guān)專利

3.2 制造及預(yù)處理工藝

，重點(diǎn)內(nèi)容是雙帶連鑄、熱軋、冷軋的Al-Si-Cu鋁合金板材，專利中以熱通量的下限值定義了雙帶連鑄的內(nèi)含。另有專利

3.3 自然時(shí)效

重點(diǎn)內(nèi)容是鋁合金板材在在固溶處理后，再板材加熱到100～300℃范圍內(nèi)，保溫1min以內(nèi)，然后快速冷至85℃下，可獲得良好成形性和烘烤硬化性;專利

3.4 烘烤溫度和時(shí)間

提出冷軋后的先進(jìn)行450℃以上的固溶處理，淬火后室溫時(shí)效1h ，再于180～300℃(不降低電導(dǎo)率的范圍內(nèi))實(shí)施短時(shí)間加熱，得到與板面平行方面的晶粒大小≤90 ，與垂直于軋向的晶粒大小的長(zhǎng)度比值為1～4，含鎂和硅的化合物的平均最大長(zhǎng)度≤10 ，可獲得良好成形性和烘烤硬化性;專利

3.5晶粒度和含鎂、硅化合物的尺寸與分布

提出了一種6111板材的預(yù)熱處理工藝，以改善其成形性和烘烤硬化性，經(jīng)固溶處理水淬后，時(shí)效溫度在180～200℃之間，時(shí)間為7～15min， 6111鋁合金經(jīng)這種處理后，強(qiáng)度較高，但成形性和其他鋁合金相比尚需提高;專利

4 汽車用鋁合金板材研發(fā)的主要內(nèi)容

針對(duì)6022和6016合金的預(yù)處理技術(shù)，包括固溶處理工藝、時(shí)效工藝等，來改善了板材的力學(xué)性能、成形性和烘烤硬化性及抗時(shí)效穩(wěn)定性的合理匹配，并使沖壓件具有高的抗凹陷性，可滿足汽車零件的使用要求。由于相關(guān)專利技術(shù)的保密性，使得專利的真正的使用價(jià)值受到影響;因此，真正合適的鋁合金汽車板的成分及相適用的生產(chǎn)工藝還需要還需要不斷探索。中國(guó)汽車工程研究院結(jié)合國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目和企業(yè)的合作，對(duì)6016 合金T4Pd處理后的性能進(jìn)行了研究，其力學(xué)性能列于表4，由表中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)T4Pd處理后與冷軋狀態(tài)相比，其綜合力學(xué)性能明顯改善;因此可見預(yù)處理工藝是6000系變形鋁合金板材生產(chǎn)的關(guān)鍵。預(yù)處理工藝包括固溶溫度、冷卻模式和預(yù)時(shí)效工藝，預(yù)時(shí)效前的停留時(shí)間等對(duì)變形鋁合金性能都有明顯影響，有關(guān)研究成果將會(huì)陸續(xù)發(fā)表。

表4不同處理工藝6016鋁合金板材的力學(xué)性能

Tab.4 The mechanical properties of various treatment states

編號(hào)	狀態(tài)	板厚mm	取 樣方向 °	r值（變形量8%）	屈服強(qiáng)度/MPa	抗拉強(qiáng)度/MPa	總伸長(zhǎng)率%	均勻伸長(zhǎng)率%	n值（變形量0.5%~14%）
1	T4Pd	0.9	0	0.727	142.0	244.0	25.0	18	0.220
2	T4Pd	0.9	45	0.802	138.0	240.0	27.0	18	0.212
3	T4Pd	0.9	90	0.506	130.0	230.0	24.6	14	0.231
4	冷軋	0.9	0	0.495	208.2	224.4	6.9	6.5	0.142
5	冷軋	0.9	45	1.036	200.4	219.1	5.9	5.6	0.176
6	冷軋	0.9	90	0.850	214.0	233.2	6.0	5.8	0.180

3.3 自然時(shí)效

變形鋁合金板材的自然時(shí)效特性是板材應(yīng)用中的重要特性，由于時(shí)效會(huì)使拉伸時(shí)出現(xiàn)屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)，即lüders帶，導(dǎo)致板材沖壓后的零件表面會(huì)出現(xiàn)起皺等表面缺陷，影響汽車外覆蓋件的質(zhì)量，因此希望鋁合金板材具有抗時(shí)效穩(wěn)定性。

表5 自然時(shí)效對(duì)6022變形鋁合金板材力學(xué)性能的影響

Tab.5 The influence of nature age on mechanical properties of 6022 alloy

自然時(shí)效時(shí)間/d		力學(xué)性能
		屈服強(qiáng)度/MPa	抗拉強(qiáng)度/MPa	伸長(zhǎng)率/%
0	縱向	125	238	30
	橫向	128	245	29
7	縱向	130	246	30
	橫向	135	253	29
90	縱向	142	260	30
	橫向	146	266	29
180	縱向	145	261	30
	橫向	150	267	29
270	縱向	146	262	30
	橫向	150	267	29
360	縱向	146	261	30
	橫向	150	267	29

由表可以看出：放置7—90d后，板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度明顯上升，而在90d 之后，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度幾乎沒有變化，放置360d的時(shí)間之內(nèi)，板材的伸長(zhǎng)率基本沒有變化。

自然時(shí)效對(duì)鋁合金汽車覆蓋件內(nèi)板沖壓時(shí)達(dá)到成形極限的高度時(shí)的壓邊力(BHF)完全沒有影響。但對(duì)翻邊成形性有明顯影響，從預(yù)處理后到90d之內(nèi)的自然時(shí)效，隨時(shí)間延長(zhǎng)，縱向翻邊延性仍在較好水平，尤其是橫向翻邊延性變得較差，但自然時(shí)效90d 后隨時(shí)間延長(zhǎng)，翻邊延性不再發(fā)生變化。

3.4 烘烤溫度和時(shí)間

烘烤硬化性通常是以單軸拉伸試樣預(yù)應(yīng)變2%，然后于170℃～180℃烘烤3min后用其屈服強(qiáng)度增量來衡量;而鋁合金板材的烘烤硬化性和合金系列、預(yù)處理工藝以及烘烤工藝(溫度和時(shí)間)有關(guān)。6022合金板材在合適的預(yù)處理后，當(dāng)烘烤溫度一定時(shí)，隨烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)，則烘烤硬化量上升;如烘烤時(shí)間一定(30min)，則100℃以下烘烤對(duì)屈服強(qiáng)度影響不大，但在高于150℃時(shí)，則屈服強(qiáng)度迅速上升

1.7 表面處理及涂裝性能

。

3.5晶粒度和含鎂、硅化合物的尺寸與分布

對(duì)于6022和6016鋁合金而言，晶粒大小對(duì)其力學(xué)性能有明顯影響，并影響其預(yù)處理效果，在其它條件相同的情況下，細(xì)晶粒(直徑50～70 )合金將具有良好的綜合力學(xué)性能，預(yù)處理后，可望具有較好的成形性。第二相的大小和分布將明顯影響翻邊延性(即Heming性能)，當(dāng)具有細(xì)小、均勻分布的含鎂、硅化合物時(shí)，板材具有良好的翻邊延性;如果含鎂、硅化合物粗大且呈尖角或立方形形狀，合金板在沖壓翻邊時(shí)很難避免開裂。中國(guó)汽車工程研究院近期關(guān)于不同晶粒尺寸和不同第二相大小的6016的板材力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果列于表5。可以看出：晶粒細(xì)化和第二相細(xì)化可以明顯改善板材力學(xué)性能，即強(qiáng)度提高，延性改善。

表5 不同晶粒尺寸和不同尺寸第二相的鋁合金板材的力學(xué)性能對(duì)比

Tab.5 the mechanical properties comparison of alloys for various crystals sizes and second phase

合金牌號(hào)	晶粒大小/	第二相形狀   第二相尺寸	力學(xué)性能
			屈服強(qiáng)度/MPa	抗拉強(qiáng)度/MPa	伸長(zhǎng)率/%
6016	108.0	桿狀，   長(zhǎng)12.5×5	128.7	248.0	24.0
6016	58.0	桿狀，   長(zhǎng)6×2.3	155.5	260.7	27.0

4 汽車用鋁合金板材研發(fā)的主要內(nèi)容

汽車用鋁合金板材，尤其是汽車用鋁合金外板是鋁合金板材生產(chǎn)中的頂級(jí)產(chǎn)品，在其研發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)解決的是其抗時(shí)效穩(wěn)定性、成形性、烘烤硬化性、翻邊延性、油漆光鮮均勻性、抗凹性、表面處理技術(shù)等這些既相互聯(lián)系又相互矛盾性能的合理匹配和統(tǒng)一，同時(shí)滿足鋁合金汽車板的力學(xué)性能、工藝性能以及零部件的功能要求。其具體研發(fā)過程：通過合金成分設(shè)計(jì)軟件，完成汽車外覆蓋件用鋁合金板合金系列的選擇和確定，以首先滿足板材的成形性為依據(jù)，確定鐵、錳、鎂、硅、鈦和鋅等合金元素 含量對(duì)板材不同性能的影響，以達(dá)到最高的性價(jià)比及較好的性能匹配。為此，應(yīng)特別注意以下的生產(chǎn)關(guān)鍵工藝。

(1)熱軋板組織的均勻化及細(xì)化處理技術(shù)(均勻化加熱工藝、保溫時(shí)間、冷卻速率的控制技術(shù)、始軋溫度及壓下量、終軋溫度及壓下量)，重點(diǎn)解決晶粒度、成形性和翻邊延性的關(guān)系，達(dá)到強(qiáng)度和延性的合理匹配。

(2)冷軋工藝控制及優(yōu)化，道次控制、軋制壓下量的控制、軋輥表面處理和板材表面處理技術(shù)，達(dá)到板材合理的表面粗糙度，并為保證表面的涂漆質(zhì)量做準(zhǔn)備。

(3)通過預(yù)處理技術(shù)使板材達(dá)到高成形性和抗時(shí)效穩(wěn)定性，包括板材固溶處理、淬火冷卻方式及淬火速率控制技術(shù)、強(qiáng)化相形核過程的控制技術(shù)、預(yù)時(shí)效等達(dá)到成形性、抗時(shí)效穩(wěn)定性和高烘烤硬化性的合理匹配和統(tǒng)一;

(4)板材晶粒度和第二相細(xì)化和均勻性的控制技術(shù)，達(dá)到第二相均勻分布，應(yīng)呈細(xì)棒狀，長(zhǎng)寬比2~5，平均長(zhǎng)度不超過10μm，平行于軋制方向的平均晶粒度不超過80μm，并達(dá)到均勻性，以保證翻邊延性和拉延涂裝后不出現(xiàn)Roping line。

(5)鋁合金汽車板成形性和抗凹性的評(píng)估方法、沖壓構(gòu)件的抗凹性、剛度、行人保護(hù)等性能檢測(cè)、評(píng)價(jià)方法及表征參量的開發(fā)研究。

5 鋁合金汽車板的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)外的研究表明：6000系可熱處理鋁合金是變形鋁合金汽車外板的合適材料。美國(guó)鋁業(yè)公司、加拿大鋁業(yè)公司及神戶鋼鐵公司都進(jìn)行了6000系和5000系變形鋁合金汽車板的生產(chǎn)和應(yīng)用研究，并已批量生產(chǎn)和應(yīng)用;6000系鋁合金汽車板主要應(yīng)用于汽車外覆蓋件，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋，和鋼制零件相比可減重50%，同時(shí)，鋁合金零件的導(dǎo)熱性好，可以有效保證發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱，并且在滿足汽車碰撞對(duì)行人的保護(hù)方面也發(fā)揮了重要作用。目前國(guó)際上采用較多的鋁合金汽車板型號(hào)有：AA6016、AA6022 、AA6111 、AA6005 、AA6009和AA6010， AA5182 、AA5754、 AA5052等，如Audi A8 車采用6016合金板作車身板，Acura NSX車使用5052作為內(nèi)部面板以及6000系作為外部面板，Jaguar XJ220車和GM EV1車都采用5754作為車身覆蓋件材料。

國(guó)內(nèi)近幾年對(duì)變形鋁合金汽車板進(jìn)行了較多應(yīng)用研究，作者在大量研究基礎(chǔ)上，系統(tǒng)而全面地提出了前面所述的對(duì)鋁合金汽車板的7點(diǎn)性能要求。從應(yīng)用的角度確定了研發(fā)鋁合金汽車板首先應(yīng)瞄準(zhǔn)解決成形性問題，再通過預(yù)處理工藝的大量試驗(yàn)，解決其7個(gè)方面性能的合理匹配和工藝方法，并認(rèn)真研究了國(guó)外鋁合金烘烤硬化和抗凹性的測(cè)試方法[16-19]，初步成果也用于徐州財(cái)發(fā)集團(tuán)開發(fā)的鋁合金汽車板上，取得良好的效果。同時(shí)和西南鋁合作，承擔(dān)國(guó)家“863”項(xiàng)目，開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，通過成形模擬，成功沖壓出奇瑞新車型的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩，為其實(shí)際應(yīng)用打了基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的標(biāo)志307、206以及北京大切諾基、長(zhǎng)安CVLL混動(dòng)車等以及一些軍車上都在應(yīng)用鋁合金作汽車外板。隨著汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，一些相關(guān)法規(guī)的實(shí)施及出口產(chǎn)品要求，將會(huì)有更多車型應(yīng)用鋁合金板材。

影響鋁合金汽車板大范圍應(yīng)用的一個(gè)主要因素是成本和價(jià)格;但是隨著鋁合金板材產(chǎn)量的增加以及板材制造成本的下降，鋁合金板材沖壓件的成本會(huì)大幅度下降，而鋁合金輕量化的節(jié)能效果會(huì)更加顯著。鋁制汽車構(gòu)件的成本構(gòu)成和用量的關(guān)系研究表明，當(dāng)一種車型的產(chǎn)量上升到一定輛時(shí)，鋁合金材料和制造及裝配成本將會(huì)大幅度下降。

6 結(jié)語

鋁合金汽車板的開發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用已得到國(guó)家的重視和支持，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位的聯(lián)合攻關(guān)已取得了一定的進(jìn)展，但要解決汽車鋁合金板材生產(chǎn)和應(yīng)用中的諸多問題，形成我國(guó)的專有技術(shù)和創(chuàng)新成果，尚有大量的技術(shù)工作待深入進(jìn)行;充分利用產(chǎn)、學(xué)、研用相結(jié)合的模式和優(yōu)勢(shì)，使我國(guó)汽車用鋁合金板材的生產(chǎn)取得新的進(jìn)展，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。今后的主要研究方面是擴(kuò)大鋁合金汽車板在汽車中的應(yīng)用，除了研制和生產(chǎn)性能良好的鋁合金板材外，還應(yīng)該加強(qiáng)應(yīng)用研究，包括沖壓成型，連接技術(shù)，鋁合金零件性能的檢測(cè)方法和檢測(cè)技術(shù)等。

參考文獻(xiàn)

1 汽車用鋁合金板的性能要求

馬鳴圖，易紅亮，路洪洲，論汽車輕量化[J]，中國(guó)工程科學(xué)，2009， 第九期，20～27.

1.2 一定的抗時(shí)效穩(wěn)定性

馬鳴圖，吳寶榕，雙相鋼物理和力學(xué)冶金[M]。北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

1.3 良好的烘烤硬化性

SEW094-1987，冷成形用高屈服強(qiáng)度含磷鋼和烘烤硬化鋼冷軋扁平產(chǎn)品供貨技術(shù)條件[S]，汽車用鋼標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008年。

1.4 高的抗凹痕性

GB/T 20564.1-2007,汽車用高強(qiáng)度冷軋鋼板及鋼帶，第一部分，烘烤硬化鋼[S]

1.5 良好的翻邊延性

馬鳴圖，先進(jìn)汽車用鋼[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

1.6 較好的表面光鮮性

Dicello A.，George R.A.，Design Criteria for the Dent Resistance of Auto Body Panels[R] ，SAE paper，1974.

1.7 表面處理及涂裝性能

Aluminum Standards and data，2003 Metric S1 [M]，出版地：

2 鋁合金汽車板的典型力學(xué)性能及成形性

林鋼，林慧國(guó)，趙玉濤，鋁合金應(yīng)用手冊(cè) [M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006年.

3 影響鋁合金板材力學(xué)性能和成形性的主要因素

Daniel D., J.L.Hoffmann.Optimization of 6016 Aluminum alloy selection for outer panels, SAE paper, Paris, FRANC ，International Body Engineering Conference & Exhibition and Automotive & Transportation Technology Congress，2002-01-2012.

3.1 合金種類和主要合金元素

古普塔 A.K.，.維勒M.J，布爾 M.J.，等，鋁合金板材的熱處理方法：中國(guó)，1068386，公開號(hào):CN1162341, [P]，2001-07-01。

3.2 制造及預(yù)處理工藝

金一中，丁費(fèi)羨西蒙，鋁合金板及制造鋁合金板的方法：中國(guó)，1075124，[P]1996-02-01。

3.3 自然時(shí)效

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3.4 烘烤溫度和時(shí)間

岸野邦彥，佐佐木勝敏，成形性和加熱硬化性優(yōu)良的鋁合金板材的制造方法，中國(guó)專利95107003.7.

3.5晶粒度和含鎂、硅化合物的尺寸與分布

田妮，趙剛，劉春明等，改善6111鋁合金汽車板成形性及烤漆硬化性預(yù)熱處理工藝，中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)枺?00610046007.X，公開號(hào)：CN1818123。

4 汽車用鋁合金板材研發(fā)的主要內(nèi)容

馬鳴圖，游江海，路洪洲等，汽車變形鋁合金板材的預(yù)處理工藝，中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)枺?00910103136.4，公開號(hào)：CN101476094.

5 鋁合金汽車板的應(yīng)用

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6 結(jié)語

Hua-Chu Shih, Curt D. Horvath, Effects of Material Bending and Hardening on Siatic Dent Resistance, SAE paper, Detroit, MI, USA ，SAE 2003 World Congress & Exhibition，2003-01-0605.

參考文獻(xiàn)

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3.2 制造及預(yù)處理工藝

Dicello A, George RA. Design Criteria for the Dent Resistance of Auto Body Panels, SAE Paper 740081;1974.