6016铝合金汽车板的热处理工艺研究
退火条件对6016铝合金硬度和蠕变性能的影响
退火条件对6016铝合金硬度和蠕变性能的影响韦文旺;姚佩;赵永兴;王戎丞;陈红梅;欧阳义芳;陶小马【摘要】[目的]研究6016铝合金在不同退火温度和时效条件下的硬度和蠕变性能,为生产应用领域提供参考依据.[方法]利用纳米压痕技术对不同退火温度和时效处理的6016铝合金的硬度及蠕变性能进行测试.[结果]退火温度对6016铝合金的硬度影响不大;随着自然时效时间的延长,各试样的硬度值都出现先略微变化,然后大幅减小再增大的趋势.蠕变系数在不同自然时效时间下出现浮动现象,蠕变系数n=1.723~2.796,各试样蠕变系数呈现先变小后增大再减小的趋势,在7 d时效时出现最优值,在27 d时出现峰值,随时间延长蠕变系数出现回归现象,材料形变速率减小,并趋于一个相对稳定状态;但在同样时效条件下它们的差异并不明显.[结论]经过不同温度和不同时效时间处理的6016铝合金,其硬度随时效时间变化而变化.热处理对蠕变系数的影响较弱,6016铝合金的力学性能比较稳定.对6016铝合金板材采用"退火处理+自然时效"后,最适宜的应用时间是在两个月后.%[Objective]The hardness and creep behavior of 6016 aluminum alloys with different annealing and aging conditions were studied,which could provide a reference for production and application field.[Methods]The nanoindentation technique had been used to study the hardness and creep behavior of 6016 aluminum alloys.[Results]The effect of annealing was not very obvious for the hardness,and with the increasing aging time,the hardness of the various samples slightly increased,then significantly decreased,then increased.The creep coefficients fluctuated at different aging time,the creep coefficients n=1.723-2.796,the samples had the optimal value in the 7 d aging.The peak value appeared at 27 d,withthe time increasing,the creep coefficients returned to original data,and the rate of deformation decreased to a stable state.But at the same aging condition,the differences of creep coefficients were notobvious.[Conclusion]The hardness of 6016 aluminum alloy treated by different temperature and different aging time varies with aging time.The effect of annealing is weak for the creep coefficient,and the mechanical properties of 6016 aluminum alloys are relatively stable.The 6016 aluminum alloy sheet with "annealing treatment and natural aging",the most appropriate application time is 2 months later.【期刊名称】《广西科学》【年(卷),期】2017(024)004【总页数】5页(P366-370)【关键词】6016铝合金;热处理;时效;硬度;蠕变系数【作者】韦文旺;姚佩;赵永兴;王戎丞;陈红梅;欧阳义芳;陶小马【作者单位】广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TG15【研究意义】6016铝合金由于具有中比强度、抗腐蚀性好、韧性高、质量轻、易加工、氧化效果极佳等优良特点，广泛应用于军工和民用等领域[1]。
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电导率的提升
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电导率的提升热处理工艺是一种通过加热和冷却来改变材料结构和性能的方法。
在对铝合金材料进行热处理时，可以显著提高导热性和电导率。
在本文中，将详细介绍影响热处理对铝合金材料导热性和电导率提升的因素以及相关的热处理工艺。
首先，铝合金材料的微观结构对其导热性和电导率有着重要影响。
在加热过程中，材料内部的晶粒会发生再结晶和晶界移动，这些过程可以导致晶粒尺寸的改变和结构的重新排列。
晶粒尺寸的减小和晶界的增加能够显著提高材料的导热性和电导率。
其次，热处理温度和时间对铝合金材料的导热性和电导率提升也起着关键作用。
一般来说，较高的热处理温度可以促进晶粒尺寸的减小和晶界的增加，从而提高材料的导热性和电导率。
然而，过高的热处理温度可能会导致晶粒长大，从而降低导热性和电导率。
此外，适当的热处理时间也是实现材料导热性和电导率提升的关键。
过短的热处理时间可能不足以实现晶粒尺寸的减小和晶界的增加，而过长的热处理时间则可能导致晶粒长大。
此外，热处理过程中的冷却方式也会对铝合金材料的导热性和电导率提升产生影响。
通常情况下，快速冷却（例如水淬）能够限制晶粒长大，并可以形成细小的晶粒和大量的晶界，从而提高材料的导热性和电导率。
最后，热处理中的合金元素也对铝合金材料的导热性和电导率提升产生显著影响。
常见的合金元素如铜、镍、锌等不仅可以改善铝合金的强度和耐腐蚀性能，还可以提高材料的导热性和电导率。
这是因为这些合金元素与铝元素形成固溶体或互溶体后，可以使晶粒尺寸更加均匀，并形成更多的晶界。
总结起来，热处理工艺对于提高铝合金材料的导热性和电导率具有重要作用。
合理选择热处理温度、时间和冷却方式，结合适当的合金元素，可以实现铝合金材料导热性和电导率的显著提升。
这不仅对于铝合金材料的应用领域具有重要意义，也为材料工程和制造业的发展带来了巨大的潜力。
除了晶粒尺寸和晶界的影响外，热处理工艺还对铝合金材料的导热性和电导率提升产生其他重要影响。
6016铝合金热处理工艺研究
6016铝合金热处理工艺研究张钧萍;金庆生;马鸣图【摘要】通过硬度测试、力学性能测试和烘烤硬化性能测试，研究了6016铝合金冷轧板材的热处理工艺，结果表明：合金的硬度随着固溶温度升高和固溶时间延长而增加；合金进行预时效处理时，随着预时效时间的增加硬度出现先降低后升高的现象，且预时效温度越高，硬度下降值越大；在本试验条件下，满足覆盖件性能要求的6016合金的热处理工艺为：540℃×20 min固溶水淬+120℃×10 min预时效处理。
%Research on heat treatment process of 6016 aluminum alloy has been carried out by means of hardness measurement,mechanical properties test and bake-hardening property test. The results indicate that hardness of alloy increases with the rise of solution temperature and solution time increase. The hardness of alloy initially decreases and then increases with pre-aging time increase when pre-aging. The higher the temperature of pre-aging,the bigger the decrease value of hardness will be. The heat treatment process of 6016 alloy satisfying the demand of outer panel property is:540 ℃× 20 min solution treatment + 120 ℃× 10 min pre-aging.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P103-107)【关键词】6016合金;固溶处理;预时效处理;烘烤硬化【作者】张钧萍;金庆生;马鸣图【作者单位】中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 400039;中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 400039;中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TG146.2作为汽车轻量化材料的重要一员，铝合金材料用于汽车的比重不断增加。
热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果的优化
热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果的优化热处理工艺是对铝合金材料进行优化的重要工艺之一，能够显著改善其成形性和强化效果。
本文将从成形性和强化效果两个方面来探讨热处理工艺对铝合金材料的优化。
首先，热处理工艺对铝合金材料的成形性有着重要的影响。
铝合金材料通常具有较低的塑性，高强度和硬度，对成形过程造成了一定的难度。
热处理工艺可以通过改变材料的晶体结构，提高其塑性，使其更容易变形。
例如，通过固溶处理可以将金属做到较高的温度下保持一段时间，使金属中的固溶体溶解，然后通过快速冷却，形成细小均匀的固溶体，从而显著提高材料的塑性。
此外，减小材料的晶界能够降低材料的强度，提高其可塑性，使其更容易进行成形。
其次，热处理工艺也能够显著提高铝合金材料的强化效果。
铝合金材料的强度和硬度主要由其中的金属间化合物和位错密度等因素决定。
热处理工艺可以通过选择适当的处理温度和处理时间，使金属间化合物在晶界和晶内得到析出和细化，从而显著提高材料的强度和硬度。
此外，通过热处理工艺还可以提高材料的位错密度，增加材料的变形阻力，从而进一步提高其强度。
例如，采用人工时效处理可以通过调整处理温度和时间，使材料中的金属间化合物得到充分的析出和细化，有效地增加材料的强度和硬度。
综上所述，热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果具有重要的优化作用。
通过改变材料的晶体结构，提高材料的塑性，使其更容易进行成形；同时，通过适当的处理温度和时间，使金属间化合物得到充分的析出和细化，提高材料的强度和硬度。
因此，热处理工艺在铝合金材料的加工和应用中具有重要的地位和作用。
然而，需要注意的是，热处理工艺的选择和参数调整需要综合考虑材料的成分、形状和应用环境等因素，以及经济成本和性能需求等因素，进行合理的优化。
此外，热处理工艺的实施也需要具备一定的技术和设备支持，以确保工艺的可行性和稳定性。
只有综合考虑这些因素，才能实现对铝合金材料成形性和强化效果的最优化。
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率的调控
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率的调控热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率的调控研究已经成为材料科学领域的热点之一。
铝合金是一种重要的结构材料，具有良好的导热性和电导率，因此被广泛应用于汽车、航空航天、电子器件等领域。
铝合金的导热性决定了材料的热传导能力，而电阻率则决定了材料对电流的阻碍程度。
热处理可以通过调整铝合金的晶粒大小、析出相形态、晶格缺陷等改变其物理结构和化学成分，从而对导热性和电阻率进行有效的调控。
首先，热处理工艺可以通过调整铝合金的晶粒大小来影响材料的导热性和电阻率。
晶粒较小的材料晶界面积相对较大，因此导热路径增多，热传导能力提高。
此外，晶粒较小的材料内部也存在更多的晶界或位错，进一步增加了材料的电阻率。
通过控制铝合金材料的冷却速率、热处理温度和时间等参数，可以实现晶粒细化的目的，从而提高材料的导热性和电阻率。
其次，热处理工艺还可以通过调控析出相形态来影响材料的导热性和电阻率。
在铝合金中，通过热处理可以使一些溶质元素析出形成各种形态的相，如奥氏体、晶体和粒状相等。
这些相的形态不仅影响了材料的强度和硬度，还对材料的导热性和电阻率产生影响。
一些析出相会导致晶界和相界处的电子散射，从而增加了材料的电阻率。
此外，一些凝固相或固溶体相会干扰热传导，影响材料的导热性能。
因此，通过选择合适的热处理工艺和合金设计，可以控制析出相形态，从而调控材料的导热性和电阻率。
最后，热处理工艺还可以通过调控材料的晶格缺陷来影响材料的导热性和电阻率。
在铝合金中，晶格缺陷包括位错和孔隙等，它们对材料的导热性和电阻率都有影响。
位错会阻碍热传导路径，降低导热性能。
而孔隙则会增加材料的电阻率。
通过合理的热处理工艺，可以控制晶格缺陷的形成和分布，从而调控材料的导热性和电阻率。
总之，热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率具有重要影响。
通过调整晶粒大小、析出相形态和晶格缺陷等手段，可以有效地改善铝合金材料的导热性能和电阻率。
6016铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究
第３１卷第２２期中国机械工程V o l ．３１㊀N o ．２２２０２０年１１月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２６４８Ｇ２６５４６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌１,２㊀单忠德１㊀李新亚１㊀臧㊀勇２㊀黄江华１１．机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京,１０００４４２．北京科技大学机械工程学院,北京,１０００８３摘要:以某车型铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,利用P AM ＧS T AM P 软件进行了一步固溶成形和分步固溶成形工艺分析.通过优化关键工艺参数如摩擦因数和成形温度,结合相应的工艺实验,建立了工艺仿真模型;通过对测量路径上壁厚分布的实验值与数值模拟值进行误差对比分析,判断成形工艺合理性.结果表明:汽车后风挡下横梁采用一次成形方式容易在中间形变突变处造成开裂或减薄现象,随着摩擦因数增大,最小厚度急剧减小;相比一次成形方式,采用分步成形方式,最小减薄率减小了４．６７％,回弹量减小了４０．２１％,温度与摩擦因数对最小厚度的影响较小;经时效处理后进行力学性能检测,铝合金汽车后风挡下横梁抗拉强度达到３０８M P a,表明采用固溶成形工艺是可行的.关键词:铝合金固溶成形;６０１６铝合金;后风挡下横梁;有限元模拟;力学性能中图分类号:T G １６１D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０２０．２２．００１开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c ho nS o l i dS o l u t i o nF o r m i n g P r o c e s s e s o fT y pi c a lA u t o m o t i v e S t r u c t u r a l P a r t sw i t h６０１６A l u m i n u m A l l o yL I U M e n g １,２㊀S H A NZ h o n g d e １㊀L IX i n y a １㊀Z A N G Y o n g ２㊀HU A N GJ i a n gh u a １１．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dF o r m i n g T e c h n o l o g y a n dE q u i p m e n t ,C h i n aA c a d e m yo fM a c h i n e r y S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y G r o u p C o ．,L t d ．,B e i j i n g,１０００４４２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y B e i j i n g ,B e i j i n g,１０００８３A b s t r a c t :T h e a l u m i n u ma l l o y c a rw i n d s h i e l db e a m sw e r e t a k e na s t h e r e s e a r c ho b je c t s ,a n dt h e P AM ＧS T AM Ps of t w a r ew a s u s e d t o a n a l y z e t h e o n e Ｇs t e p s o l i d s o l u t i o n f o r m i ng a n d s t e p Ｇb y Ｇs t e p s o l i d s o l u t i o n f o r m i n gp r o c e s s e s ．B y o p t i m i z i n g k e yp r o c e s s i n gpa r a m e t e r ss u c ha s f r i c t i o nc o e f f i c i e n t a n d f o r m i n g t e m p e r a t u r e a n d c a r r y i n g o u t t h e c o r r e s p o n d i n g p r o c e s s i n g e x p e r i m e n t s ,a p r o c e s s i n g si m u l a Ｇt i o nm o d e lw a s e s t a b l i s h e d ．T h e r a t i o n a l i t i e s o f t h e f o r m i n gp r o c e s s e sw e r e j u d g e db y u s i n g t h e e r r o r a n a l y s i s b e t w e e n t h e e x p e r i m e n t a l v a l u e s a n d t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o no n e s o f t h ew a l l t h i c k n e s s d i s Ｇt r i b u t i o n s o n t h em e a s u r e m e n t p a t h s ．T h e r e s u l t ss h o wt h a t a f t e r t h ec a rw i n d s h i e l db e a m su s i n g af o r m i ng w a y t oc a u s ec r a c k i n g ord e f o r m a t i o n m u t a t i o ni nt h e m i d d l e p l a c et h i n n e d p h e n o m e n o n ,a l o n g w i t h t h e f r i c t i o n c o e f f i c i e n t i n c r e a s e s ,t h em i n i m u mt h i c k n e s s i s f a l l e ns h a r p l y ．C o m pa r e dw i t h t h e o n e Ｇs t e p f o r m i n g m e t h o d ,t h es t e p Ｇb y Ｇs t e p f o r m i n g m e t h o di sa d o p t e d ,t h e m i n i m u m t h i n n i n gr a t e i s r e d u c e d b y ４．６７％,t h e r e b o u n d a m o u n t i s r e d u c e d b y ４０．２１％,a n d t h e t e m p e r a t u r e a n d f r i c t i o n c o e f f i c i e n t h a v e l e s s i n f l u e n c e so nt h em i n i m u mt h i c k n e s s ．T h em e c h a n i c s p r o p e r t y t e s t sa f t e ra g i n gt r e a t m e n t ,t h e t e n s i l e s t r e n g t h i so f ３０８M P a ,w h i c h p r o v e s t h a t t h ea l u m i n u ma l l o y ca rw i n d s h i e l db e a m s f o r m e db y so l i d s o l u t i o n p r o c e s s e s a r e f e a s i b l e ．K e y wo r d s :a l u m i n u ma l l o y s o l i d s o l u t i o n f o r m i n g ;６０１６a l u m i n u ma l l o y ;w i n d s h i e l d b e a m ;f i n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n ;m e c h a n i c s p r o p e r t y收稿日期:２０２００４０６基金项目:国家科技重大专项(２０１９Z X ０４００４００１)０㊀引言轻量化是实现汽车节能减排的重要途径之一,铝合金具有比强度高㊁耐腐蚀和抗冲击性能好等特点,是实现汽车轻量化的优质材料[１].目前铝合金常用的成形方式有冷成形㊁超塑成形㊁温成形及液压胀形.铝合金在常温下延伸率小㊁塑性差,因此冷成形性能较差,成形时容易开裂且回弹量大[２Ｇ３].超塑成形成形性能好,但对原材料要求高,且成形速度慢[４Ｇ５].温成形的温度一般都控制在３００ħ以下,以保证铝合金板料热处理效果,在此温度下材料成形性能未能得到充分发挥,且温成形一般需在模具中安装加热装置来维持模具温度,这增加了温成形工艺成本和复杂性[６Ｇ８].而液压胀形需要专门的设备和复杂的模具,同时液压胀形通常需要严格的密封来实现[９Ｇ１０].目前国内外学者已对热成形进行了大量研８４６２ 中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.究[１１Ｇ１４],但大部分研究均是通过将铝合金材料加热到固溶温度进行成形,以此来提高铝合金的塑性和伸长率从而达到所需的形状和尺寸.铝合金固溶成形工艺是把铝合金加热到固溶处理温度,进行适当时间的保温后,转移至有冷却循环系统的模具中成形,冲压完成后快速冷却,然后进行时效处理,从而解决铝合金冷冲压塑性差以及回弹大的问题.铝合金固溶成形工艺路线如图１所示,温度载荷加载路径如图２所示.图１㊀铝合金固溶成形工艺流程F i g ．１㊀A l u m i n u ma l l o ys o l i d s o l u t i o na n d f o r m i n gp r o s e s s i n g图２㊀铝合金固溶成形温度载荷加载路径F i g ．２㊀T e m p e r a t u r e l o a d i n g o f a l u m i n u ma l l o y so l i d s o l u t i o na n d f o r m i n g本文以６０１６铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,采用有限元仿真软件P AM ＧS T AM P 进行固溶成形工艺的仿真,通过优化成形过程中的关键参数(如摩擦因数和成形温度),建立铝合金汽车后风挡下横梁固溶成形的一次成形和分步成形工艺模型,然后进行相应的实验研究,通过对零件壁厚分布的实验结果与数值模拟结果进行对比分析,验证铝合金分步固溶成形工艺的合理性及准确性.１㊀成形工艺有限元模型的建立汽车后风挡下横梁模型如图３a 所示,零件有两个深度达到３０mm 的平行槽,材料厚度为１．５mm .根据热冲压模具设计原则及零件特点,设计的工艺补充面如图３b 所示.１．１㊀有限元模型的建立材料本构关系的准确性决定了模拟结果的准确性,在P AM ＧS T AM P 软件材料库中没有６０１６铝合金材料热成形本构关系,因此采用高温电子拉伸机对不同变形条件下的６０１６铝合金的热变形(a)模型图(b)工艺补充面图３㊀汽车后风挡下横梁模型图与工艺补充面F i g．３㊀P a r t sm o d e l a n d b i n d e r s u r f a c e o fw i n d s h i e l d b e a m 行为进行试验研究,得到温度t 为４００~５５０ħ㊁应变速率ε为０．００１~０．１s－１条件下等温拉伸的应力应变曲线,如图４所示.将本构关系导入到P AM ＧS T AM P 软件中,建立汽车后风挡下横梁数值模拟有限元模型,如图５所示.(a )应变速率ε ＝０．００１s－１(b )应变速率ε ＝０．０１s－１(c )应变速率ε ＝０．１s－１图４㊀６０１６铝合金材料本构关系F i g ．４㊀C o n s t i t u t i v e r e l a t i o no f ６０１６a l u m i n u ma l l o y１．２㊀边界条件的确定温度对铝合金冲压成形过程的影响非常大,因此本文的有限元模型在模拟过程中耦合了温度场.９４６２ ６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌㊀单忠德㊀李新亚等中国机械工程h tt p://ww w.cm e m o .or g.cn公众号：t r a ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.图５㊀汽车后风挡下横梁零件热冲压有限元模型F i g ．５㊀H o t s t a m p i n gf i n i t e e l e m e n tm o d e l o f c a r w i n d s h i e l db e a m设定板材温度为４８０ħ以上.板料与空气的传热系数为１０W /(m ２K ),热边界条件通过对模具设置强制温度来定义,在室温条件下,将凸模㊁凹模和压料板的温度设为２０ħ,板料与模具的界面接触传热系数随着模具与压力而变化[１５],如图６所示.坯料与模具的摩擦对冲压件成形质量的影响比较大,影响摩擦因数的主要因素包括加热温度㊁冲压速度㊁压边力㊁拉延行程㊁模具结构以及摩擦润滑情况等.目前关于铝合金摩擦因数的研究主要集中在冷成形与温成形方面[１６Ｇ２０],对热成形(温度t ȡ５００ħ)下摩擦因数的研究还比较少,为简化有限元计算模型,将坯料与模具的摩擦因数设为常数.图６㊀铝合金传热系数随压力的变化曲线F i g ．６㊀C h a n g e c u r v e o f a l u m i n u ma l l o y he a t t r a n sf e r c o e f f i c i e n tw i t h p r e s s u r e２㊀成形工艺方案优化２．１㊀一次成形工艺分析汽车后风挡下横梁有限元模拟参数如下:变形温度为５４０ħ,冲压速度为５０m m /s,模具温度为２０ħ,摩擦因数为０．３.图７为后风挡下横梁采用一次成形方式时,厚度㊁减薄率㊁温度及回弹量分布图.从图７a 中可以看出,零件最大厚度为１．６０m m (增厚率为６．６７％),最小厚度为１．２９m m (减薄率为１４％),减薄率最大部位为中间凸起部位.图７b 显示零件最大等效应变为０．２０,在此处会存在开裂风险.从图７c 中可以知道,零件在冲压完成后最低温度约为２６０ħ,最高温度约为５４０ħ,温度分布比较均匀.从图７d 中可以看出,后风挡下横梁最大回弹量为４．５５m m ,分布在后风挡下横梁左端尖角上,其他部位回弹量在２．６m m 以下.(a)厚度分布(b)应变分布(c)温度分布(d)回弹量分布图７㊀一次成形有限元模拟结果F i g ．７㊀O n e Ｇs t e p f o r m i n gf i n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n r e s u l t s ２．２㊀分步成形方案汽车后风挡下横梁采用一次成形时存在开裂或减薄率过大现象,于是通过对零件结构分析制定了分步成形工艺方案,即两步成形方案:先成形零件中间凸起部分,当零件中间成形完成后,再对零件两边进行冲压成形,有限元模型如图８所示.有限元模型中运动关系为:下模中间部位高出外围平面５０mm 左右,然后上模往下运动,零件先成形中间凸起部位,当中间完全成形后,下模(内)与上模一起往下运动,完成零件两边冲压成形.０５６２ 中国机械工程第３１卷第２２期２０２０年１１月下半月中国机械工程h tt p://ww w.c m e m o .or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.图８㊀分步成形有限元模型模拟F i g ．８㊀S t e p Ｇb y Ｇs t e p fi n i t e e l e m e n tm o d e l 图９为后风挡下横梁采用分步成形方式时,厚度㊁减薄率㊁温度及回弹量分布图.对比一次冲压成形,汽车后风挡下横梁采用分步成形时,零件最大厚度为１．６１mm (增厚率为７．３３％),最小厚度为１．３６mm (减薄率为９．３３％,相比一次成形减(a)厚度分布(b)应变分布(c)温度分布(d)回弹量分布图９㊀分步成形有限元模拟结果F i g ．９㊀S t e p Ｇb y Ｇs t e p fi n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n r e s u l t s 小了４．６７％),增厚率与减薄率最大部位都在边缘三平面交叉棱角部位,在零件其他部位尺寸厚度基本上无变化,避免了中间凸台开裂现象.图９b 显示零件最大等效应变为０．１６,因此分步成形可以避免后风挡下横梁开裂问题.从图９c 中可以知道,零件在冲压完成后最低温度约为４５ħ,最大温度约为４２０ħ,最低温度为中间凸起部位,这是因为在中间凸起部位成形完成后,中间凸起部位与模具接触,从而温度损失比较大,同时,其他部位由于热传导原因,零件温度也低于一次成形温度.由图９d 可知,零件最大回弹量约为２．７２mm ,相对一次冲压成形方式,分步成形方式回弹量减小了４０．２１％.２．３㊀摩擦因数与加热温度对成形效果的影响规律铝合金属于难变形金属,且板材厚度薄,板材在加热后黏性很大,因此有必要对温度及摩擦因数对成形效果影响进行分析.图１０a 所示为温度对汽车后风挡下横梁一次成形与分步成形最小厚度影响.从图中可知,分步成形最小厚度比一次成形最小厚度大０．１m m 左右,在４８０~５４０ħ之间,温度对最小厚度影响比较小,变化值小于０．０１m m ,当温度继续上升到５７０ħ时,零件最小厚度值的变化幅度增大,分步成形变化值达到０．０６mm ,一次成形变化值为０．０３mm ,这是因为在５７０ħ时,材料屈服应力很小,材料容易流动所造成的.图１０b 所示为摩擦因数对汽车后风挡下横梁一次成形与分步成形最小厚度影响.随着摩擦因数增大,零件的最小厚度减小,即减薄率增大.当摩擦因数为０．１时,一次成形与分步成形最小(a )温度(b)摩擦因数图１０㊀成形参数对汽车后风挡下横梁质量的影响F i g ．１０㊀I n f l u e n c e o f p r o c e s s p a r a m e t e r s f o r t h e q u a l i t yo f c a rw i n d s h i e l db e a m１５６２ ６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌㊀单忠德㊀李新亚等中国机械工程h tt p://ww w.c m e m o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.厚度值基本一样.当采用一次成形时,零件最小厚度随着摩擦因数增大而急剧减小,当摩擦因数为０．４时,其最小厚度为１．１１mm .而采用分步冲压成形时,摩擦因数对最小厚度的影响比较小,其值变化约为０．０１７mm .图１１为一次成形与分步成形过程中接触压力最大值分布图,当一次成形时,其接触压力值约为２５３M P a ,而分步成形时,其最大接触压力值约为１８０M P a ,在高温成形时,材料的屈服应力低,接触压力大,容易导致材料减薄严重.(a)一次成形(b)分步成形图１１㊀汽车后风挡下横梁成形过程中最大接触压力F i g ．１１㊀M a x i m u mc o n t a c t pr e s s u r e o f t h e c a rw i n d s h i e l d b e a mi n t h e f o r m i n gpr o c e s s ３㊀铝合金汽车后风挡下横梁零件固溶成形实验研究３．１㊀固溶成形实验后风挡下横梁固溶成形工艺实验在先进成形技术与装备国家重点实验室固溶成形生产线上完成,分别采用一次成形与分步成形进行冲压试制实验.板材原始尺寸为１２７０mmˑ１８８mmˑ１．５m m ,冲压速度为３６m m /s ,加热温度为５４０ħ,保温时间为８m i n .在箱式电阻炉中加热保温完成后,转移时间在１０s 左右,在转移过程中板材温度下降３０ħ左右.铝合金成形件冲压完成后,对冲压件进行２０s 保压冷却.冲压模具以及冷却管进出模具如图１２所示,上下模具各两个进水口和出水口.图１３a 为采用固溶成形一次冲压成形工艺获得的实验件,图１３b为采用固溶成形分步成形工图１２㊀固溶成形工艺模具F i g ．１２㊀S o l i d s o l u t i o na n d f o r m i n g mo u l d (a)一步成形工艺产品(b)分步成形工艺产品图１３㊀汽车后风挡下横梁试制件F i g．１３㊀T h e t r i a l p r o d u c t o f t h e c a rw i n d s h i e l db e a m 艺获得的实验件.在冲压过程中,模具中通冷却水对零件进行快速冷却,冷却水温度保持在１０ħ左右.将石墨润滑剂喷涂在模面表面来减小模具与板料之间的摩擦力.由图１３可以看出,采用一步成形工艺实验获得的产品易出现开裂缺陷,这与模拟过程中开裂位置基本一致,采用分步成形工艺实验获得产品无明显缺陷.３．２㊀分步成形厚度分布及力学性能检测为了验证P AM ＧS T AM P 软件模拟结果的可靠性,实验结束后沿着图１４所示的两个截面对厚度分布的实验值和模拟值进行统计和对比分析,对比结果如图１５所示.图１４㊀壁厚测量路径截面图F i g ．１４㊀S e c t i o nd i a gr a mo fw a l l t h i c k n e s s m e a s u r e m e n t p a t h２５６２ 中国机械工程第３１卷第２２期２０２０年１１月下半月中国机械工程h tt p://ww w.cm e m o .or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.(a)截面①(b)截面②图１５㊀厚度分布图F i g．１５㊀T h e t h i c k n e s s p r o f i l e 由图１５可以看出,模拟结果与实验结果基本一致,在截面①中,最薄位置在零件左边凹陷部位,在零件的底部圆角部位也存在减薄现象,而在零件中间尺寸处,即截面②处,减薄主要发生在零件的底部圆角处.后风挡下横梁分布成形时首先冲压成形中间部位,其次对两边进行成形,最后上下模完成合模保压,完成零件成形.在截面①中,零件凸缘部位截面存在凹陷,其尺寸在横向与纵向都有变化,零件成形时先完成凸缘弯曲成形,随着冲压成形过程进行,材料与模具接触面越来越大,其接触压力变大,成形过程为拉延成形,周围材料因接触压力大,凹陷部位的材料将会拉薄.同理,中间凸起部位成形中,上下模具合模时,零件底部材料完全贴合,零件中间厚度会随成形过程变薄.而在截面②处,零件在凸缘部分无变化,其尺寸变化不大,中间部位因上述原因,会存在拉薄现象.对６０１６汽车铝合金后风挡下横梁固溶成形后,进行３h 时效处理,然后对试样进行拉伸性能测试,拉伸试件取样位置如图１６所示.两处测量位置的拉抗强度分别为３０８M P a 和２９６M P a ,两部位强度不一样,分析其原因主要是因靠近炉门图１６㊀力学性能测试F i g ．１６㊀M e c h a n i c s t e s t e q u i pm e n t s 口温度较低导致.４㊀结论(１)通过模拟与热冲压实验证明,采用固溶成形工艺成形汽车后风挡下横梁是完全可行的,固溶成形后零件抗拉强度可达到３０８M P a .(２)汽车后风挡下横梁采用一次冲压成形时,零件减薄率为１４％,零件回弹量为４．５５mm .采用二次冲压成形时,相比一次冲压成形,零件最小减薄率减小了４．６７％,回弹量减小了４０．２１％.(３)当温度为４８０~５７０ħ时,温度对后风挡下横梁最小厚度影响较小,最小厚度变化值在０．０３~０．０６mm ;摩擦因数对二次冲压的最小厚度影响比较小,变化值为０~０．０１７mm 之间;摩擦因数对一次成形最小厚度影响较大,变化值在０~０．２３５mm 之间.参考文献:[１]㊀丁向群,何国求,陈成澍,等．６０００系汽车车用铝合金的研究应用进展[J ]．材料科学与工程学报,２００５,２３(２):３０２Ｇ３０５．D I N GX i a n g q u n ,H EG u o q i u ,C HE NC h e n gs h u ,e t a l ．A d v a n c e i nS t u d i e s o f ６０００A l u m i n u m A l l o y fo r A u t o m o b i l e [J ]．J o u r n a lo f M a t e r i a l s &E n gi n e e r Ｇi n g,２００５,２３(２):３０２Ｇ３０５．[２]㊀S E R K A N T ,F A H R E T T I N O ,I L Y A SK．R e v i e wo fW a r m F o r m i n g o f A l u m i n u m Ｇm a g n e s i u m A l l o ys [J ]．J o u r n a lo f M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,２００８,２０７(１):１Ｇ１２．[３]㊀WA N GL ,S T R A N GWO O D M ,B A L I N TD ,e t a l ．F o r m a b i l i t y an dF a i l u r eM e c h a n i s m s o fA A ２０２４u n Ｇd e r H o tF o r m i n g C o n d i t i o n s [J ]．M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g:A ,２０１１,５２８:２６４８Ｇ２６５６．[４]㊀C L E V E L A N DR M ,G HO S H A K ,B R A D L E YJR．C o m p a r i s o n o f S u p e r pl a s t i c B e h a v i o ri n T w o ５０８３A l u m i n u m A l l o y s [J ]．M a t e r i a l sS c i e n c ea n d E n g i n e e r i n g:A ,２００３,３５１:２２８Ｇ２３６．[５]㊀K UMA R VSS ,V I S WA N A T HA ND ,N A T A R A ＧJ A NS ．T h e o r e t i c a l P r e d i c t i o n a n dF E M A n a l ys i s o f S u p e r p l a s t i cF o r m i n g o fA A ７４７５A l u m i n u m A l l o yi n aH e m i s p h e r i c a l D i e [J ]．J o u r n a l o fM a t e r i a l s P r o Ｇc e s s i n g T e c h n o l o g y,２００６,１７３(３):２４７Ｇ２５１．[６]㊀王孟君,周威,任杰,等．汽车用５１８２铝合金的温拉深成形性能[J ]．中南大学学报(自然科学版),２０１０,４１(３):９３６Ｇ９３９．WA N G M e n g ju n ,Z HO U W e i ,R E N J i e ,e t a l ．F o r m i n g P r o p e r t i e so f５１８２A l u m i n u m A l l o y f o r A u t o m o t i v eB o b y S h e e t d u r i n g W a r m D e e p D r a w i n gP r o c e s s e s [J ]．J o u r n a lo fC e n t r a lS o u t h U n i v e r s i t y３５６２ ６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌㊀单忠德㊀李新亚等中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.(S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y),２０１０,４１(３):９３６Ｇ９３９．[７]㊀WA N G H u i ,L U O Y i n g b i n g,F R I E D MA NPA ,e t a l ．W a r m F o r m i n g B e h a v i o ro fH i g hS t r e n g t h A l u Ｇm i n u m A l l o y A A ７０７５[J ]．T r a n s a c t i o n so fN o n f e r Ｇr o u sM e t a l sS o c i e t y ofC h i n a ,２０１２,２２(１):１Ｇ７．[８]㊀刘合军,郎利辉,李涛．铝合金板材温热成形性能[J ]．塑性工程学报,２００９,１６(３):１４５Ｇ１４８．L I U H e j u n ,L A N GL i h u i ,L IT a o ．I n v e s t i g a t i o no f F o r m a b i l i t y o f A l u m i n u m A l l o y S h e e ta tE l e v a t e d T e m p e r a t u r e [J ]．J o u r n a l o fP l a s t i c i t y E n g i n e e r i n g ,２００９,１６(３):１４５Ｇ１４８．[９]㊀WA N G Y o n g ,HA N C o n g ,Y U A N S h i ji a n ．E f f e c t o f I n t e r n a lP r e s s u r eo n C o r n e rR a d i u sa n d T h i c k Ｇn e s sD i s t r i b u t i o no fS h e a r H y d r o Ｇb e n d i n g of５A ０２A l u m i n u m A l l o y Tu b e [J ]．T r a n s a c t i o n so fN o n f e r Ｇr o u sM e t a l sS o c i e t y ofC h i n a ,２０１２,２２:３７６Ｇ３８１．[１０]㊀王会廷,高霖,沈晓辉,等．双路径自然增压铝合金２A １２O 充液拉深[J ]．航空学报,２０１０,３１(６):１２６６Ｇ１２７１．WA N G H u i t i n g,G A OL i n ,S H E NX i a o h u i ,e t a l ．H y d r o m e c h a n i c a lD e e p D r a w i n g ofA l u m i n u m A l Ｇl o y ２A １２O A s s i s t e db y A u gm e n t e d R a d i a lP r e s Ｇs u r e [J ]．A c t aA e r o n a u t i c ae tA s t r o n a u t i c aS i n i c a,２０１０,３１(６):１２６６Ｇ１２７１．[１１]㊀F A N X i a o b o ,H EZ h u b i n ,Y U A N S h i ji a n ,e t a l ．I n Ｇv e s t i g a t i o no n S t r e n g h t e n i n g of６A ０２A l u m i n u m A l l o g y S h e e t i nH o t F o r m i n g Ｇq u e n c h i n g I n t e gr a t e d P r o c e s sw i t h W a r m F o r m i n gＧd i e [J ]．M a t e r i a l sS c i Ｇe n c e&E n g i n e e r i n g:A ,２０１３,５８７:２２１Ｇ２２７．[１２]㊀WA N G H u i ,L U O Y i n g b i n g,F R I E D MA N P A．W a r m F o r m i n g B e h a v i o r o fH i g hS t r e n gt hA l u m i Ｇn u m A l l o y A A７０７５[J ]．T r a n s a c t i o n s o fN o n f e r r o u s M e t a l sS o c i e t y ofC h i n a ,２０１２,２２(１):１Ｇ７．[１３]㊀李欢欢,胡志力,华林,等．铝合金复杂汽车零部件热成形Ｇ淬火一体化工艺参数优化[J ]．稀有金属材料与工程,２０１９,４８(４):１０２９Ｇ１０３５．L IH u a n h u a n ,HU Z h i l i ,HU A L i n ,e t a l ．O pt i m i Ｇz a t i o n o f H o t F o r m i n g Ｇq u e n c h i n g I n t e gr a t e d P r o c e s sP a r a m e t e r s f o rC o m p l e x A l u m i n u m A l l o yA u t o m o t i v eC o m po n e n t s [J ]．R a r e M e t a lM a t e r i a l s a n dE n g i n e e r i n g,２０１９,４８(４):１０２９Ｇ１０３５．[１４]㊀傅垒,王宝雨,孟庆磊,等．铝合金热冲压成形质量影响因素[J ]．中南大学学报(自然科学版),２０１３,４４(３):９３６Ｇ９４１．F U L e i ,WA NG B a o y u ,M E N G Q i n gl e i ,e ta l ．F a c Ｇt o r sA f f e c t i n g Q u a l i t y i n H o tS t a m p i n g o fA l u m i Ｇn u m A l l o y [J ]．J o u r n a l o fC e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y (S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y),２０１３,４４(３):９３６Ｇ９４１．[１５]㊀高鹏．６０８２铝合金热冲压界面换热系数实验与模拟研究[D ]．长春:吉林大学,２０１４．G A OP e n g ．E x p e r i m e n t a l a n dS i m u l a t i o nS t u d y o n H e a tT r a n s f e rC o e f f i c i e n t i nH o t S t a m p i n g o f ６０８２A l u m i n u m A l l o y [D ]．C h a n g c h u n :J i l i n U n i v e r s i t y ,２０１４．[１６]㊀郭正华,贺荣,郭吉萍,等．铝合金板温成形过程拉深筋部位摩擦因数的测试[J ]．热加工工艺,２００８,３７(１９):８Ｇ１２．G U OZ h e n g h u a ,H ER o n g ,G U OJ i p i n g,e t a l ．T e s Ｇt i n g o fF r i c t i o nC o e f f i c i e n t i nD r a w b e a do fA l u m i Ｇn u m A l l o y S h e e td u r i n g W a r m F o r m i n g Pr o c e s s [J ]．H o tW o r k i n g T e c h n o l o g y,２００８,３７(１９):８Ｇ１２．[１７]㊀张伟．铝合金板温成形接触和摩擦问题的研究[D ]．武汉:华中科技大学,２００８．Z HA N G W e i ．S t u d y o n C o n t a c ta n d F r i c t i o ni n W a r m F o r m i n g o fA l u m i n u m A l l o y Sh e e t [D ]．W u Ｇh a n :H u a z h o n g U n i v e r s i t y ofS c i e n c e &T e c h n o l o Ｇg y,２００８．[１８]㊀曹丰．不同润滑条件下铝合金摩擦因数测定与成形性研究[D ]．武汉:华中科技大学,２０１７．C A O F e n g．D e t e r m i n a t i o no fF r i c t i o nF a c t o ra n d I n v e s t i g a t i o no f F o r m a b i l i t y o f A l u m i n u m A l l o yu n d e rD i f f e r e n tL u b r i c a t i o n C o n d i t i o n s [D ]．W u Ｇh a n :H u a z h o n g U n i v e r s i t y ofS c i e n c e &T e c h n o l o Ｇg y,２０１７．[１９]㊀郭正华,李志刚,黄重九,等．润滑条件下铝合金板成形模拟中摩擦模型的研究[J ]．中国机械工程,２００４,１５(１５):７２Ｇ７５．G U O Z h e n g h u a ,L IZ h i g a n g ,HU A N G C h o n g j i u ,e t a l ．R e s e a r c h o n t h eF r i c t i o nM o d e l f o r L u b r i c a t e dA l u m i n u m A l l o y S h e e t F o r m i n g Si m u l a t i o n [J ]．C h i n aM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２００４,１５(１５):７２Ｇ７５．[２０]㊀王列亮,郑燕萍．基于C A E 的铝合金板料冲压成形中摩擦特性研究[J ]．锻压技术,２０１５,４０(８):１１４Ｇ１１９．WA N G L i e l i a n g ,Z H E N G Y a n p i n g．R e s e a r c ho n F r i c t i o nC h a r a c t e r i s t i c s i n A l u m i n u m A l l o y Sh e e t S t a m p i n g B a s e do nC A E [J ]．F o r g i n g &S t a m p i n g T e c h n o l o g y,２０１５,４０(８):１１４Ｇ１１９．(编辑㊀王艳丽)作者简介:刘㊀萌,男,１９８４年生,博士研究生.研究方向为板料成形.发表论文１０余篇.E Ｇm a i l :l jl m ２００８＠１２６．c o m .单忠德(通信作者),男,１９７０年生,中国工程院院士,研究员㊁博士研究生导师.研究方向为数字化机械装备与先进成形制造技术.４５６２ 中国机械工程第３１卷第２２期２０２０年１１月下半月中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.。
铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究
铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究作者：朱文涛刘利华杨磊来源：《科学与财富》2015年第33期一、国内外汽车板生产工艺技术现状1.1国外汽车板生产工艺技术现状近十年来，铝合金汽车板的生产和使用在欧美有了很大发展，当前国外著名的铝合金汽车板生产商主要有诺贝丽斯公司（Novelis）、海德鲁铝业公司（Hydro Aluminium）、美国铝业公司（ALcoa）、爱励国际（Aleris）、力拓-加铝公司（ALcan）、日本神户制钢和日本轻金属公司。
这些大型铝业公司建有汽车板研发专业机构，负责汽车铝材的研究开发、生产与技术服务。
配置了汽车板专业生产线，除拥有现代化的热轧、冷轧装备外，还配置了高技术水平的精整热处理生产线，能够按汽车厂家批量供应高水平的汽车板产品，当前世界最大的铝合金车身板供应商诺贝丽斯公司，在2007年向欧洲汽车工业批量供应约14万t，占整个市场的70%左右。
1.2国内汽车板生产工艺技术现状与国外相比，我国汽车板的技术研发起步晚、发展慢，目前尚处于研发阶段。
其中的原因在于：（1）国外对相关的材料标准、关键专利技术的知识产权保护；（2）研发资金投入不足、技术水平有限；（3）节能降耗和环保理念没有得到足够的重视、没有出台严格的标准和法规。
此外，合格的汽车板产品从生产出来到进入市场，还需要通过各大汽车厂家的认证。
目前世界各著名汽车厂家对车身板特别是外车身板各方面的性能、表面处理状态都有严格的要求，新进入的铝合金汽车车身板生产企业通常都需要5年的时间，才能通过认证。
二、铝合金汽车板生产工艺介绍2.1铝合金汽车板生产工艺概述铝合金汽车板要求包括良好的成形性、一定的抗时效稳定性、良好的烘烤硬化性、高的抗凹性、良好的翻边性、较好的表面光鲜性、较好的表面处理及涂装性能，铝合金汽车板的这七种性能既互相关联，又相互矛盾，如何改善合金成分、调整工艺参数得到最佳的综合性能，满足轿车覆盖件冲压成形的要求是汽车板研发的主要目标。
6016铝板性能解析及挽救工艺研究
AT&M
VISION
6016 铝板性能解析及挽救工艺研究
曾渝 1,2 王颖婧 3 张晓蕾 3 刁可山 1,2 苑锡妮 1,2 石磊 1,2
（1.宝山钢铁股份有限公司研究院，上海 201900；2.汽车用钢开发与应用技术国家重点试验室(宝钢)， 上海 201900；3.一汽-大众汽车有限公司，长春 13000）
250 200 150 100 50 0 600
3 试验结果
3.1 化学成分 铝板的化学成分分析结果如表 2 所示。可知测
试成分与质保书成分接近，均在德国大众标准要求 范围内。 3.2 力学性能 3.2.1 烘烤前铝板的拉伸性能
烘烤前铝板的拉伸性能试验结果如表 3 所 示。可以看出，经过长时间自然时效后，铝板的抗 拉强度和屈服强度上升了 30-50 MPa,部分指标接 近德国大众标准要求下限。 3.2.2 烘烤后铝板的力学性能
在热分析设备上对铝板进行了 DSC（Differential Scanning Calorimetry，差示扫描量热法）测试分析，得 到铝板 DSC 试验曲线如图 1 所示。根据 DSC 分析结 果，考虑热处理炉的炉温控制波动范围为 10 ℃，设定 了铝板的固溶工艺为 540 ℃保温 15 min。采用 2 种 预时效工艺来比较其对铝板自然时效稳定性的影 响，第一种工艺为 100 ℃×0.5 h，代号为 T4P1，第二种 为 100 ℃×0.5 h + 70 ℃×5 h，代号为 T4P2。
2 试验材料与方法
试验铝板的基本信息参见表 1。注：重新固溶 和热处理时间为 2016 年 1 月 20 日。
表 1 试验铝板的基本信息
牌号 热处理状态 热处理时间
汽车用6016铝合金热处理组织与性能的研究
3.1 力学性能分析
表 2 所示为不同热处理工艺和轧制方向的拉 伸 试 验 屈 服 强 度 、抗 拉 强 度 和 延 伸 率 。 通 过 对 比 试样的横向、竖向和斜向的拉伸性能，发现未出现 沿轧制方向的各向异性。同时通过延伸率的对比 可以发现，未经热处理试样的延伸率明显偏低，很 难满足后续冲压工艺的要求。
本 文 利 用 显 微 硬 度 计 、电 子 拉 伸 试 验 机 以 及 扫 描 电 子 显 微 镜 等 分 析 手 段 ，研 究 分 析 了 一 种 具 有新型成分的 6016 铝合金在不同热处理工艺下的 成形性、显微组织和力学性能。
2 试验材料及方法
2.1 试验材料 试验使用的 6016 铝合金是由铝合金生产企业
a.样品 A 组，未进行热处理工艺； b.样品B组，固溶处理（温度540 ℃，时间60 min）+ 风冷+预时效（温度 70 ℃，时间 25 min）； c.样品C组，固溶处理（温度540 ℃，时间60 min）+ 风冷+预时效（温度 100 ℃，时间 25 min）。 d.样品D组，固溶处理（温度540 ℃，时间60 min）+ 淬火（室温去离子水淬，转移时间＜3 s）+预时效（温 度 70 ℃，时间 25 min）； e.样品E组，固溶处理（温度540 ℃，时间60 min）+ 淬火（室温去离子水淬，转移时间＜3 s）+预时效（温 度 100 ℃，时间 25 min）；
20 40
>20
3.2 t
12.5
50 75 180
图 1 拉伸试样尺寸示意图（单位：mm）
试 样 编 号 为 ：字 母 A～E 表 示 不 同 热 处 理 工
艺 ，数 字 1～3 表 示 不 同 轧 制 方 向（1：横 向 ；2：竖 向；3：斜向），例如 A1 表示：未经热处理、垂直于轧 制方向的试样。
汽车车身铝合金板材热冲压模内淬火工艺技术
汽车车身铝合金板材热冲压模内淬火工艺技术王清仙;黄艳灵;陈春龙【摘要】热冲压成形及模内淬火工艺(HFO)是一种针对于复杂冲压形状的高强度铝合金板材的先进生产工艺方法,可以提升高强度铝合金板材的冲压性能,同时又避免了热成形后的材料性能严重下降,可大规模提升铝材料的应用在轻量化车身中所占比重,对于汽车轻量化开发具有很重要的研发价值.对HFQ工艺流程、在汽车上的应用以及目前的研发进展进行了系统的介绍.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P54-57)【关键词】汽车车身;铝合金;冲压;热冲压成形及模内淬火【作者】王清仙;黄艳灵;陈春龙【作者单位】浙江吉利控股集团有限公司,浙江杭州311228;浙江吉利控股集团有限公司,浙江杭州311228;浙江吉利控股集团有限公司,浙江杭州311228【正文语种】中文【中图分类】TG3汽车的轻量化在节能减排中占有非常重要的地位。
试验表明，在其他条件相同情况下，汽车的重量每减轻100 kg，每百公里的燃油消耗将减少0．4～l L，汽车的重量每减少10%，燃油的消耗可降低6%～8%，汽车的燃油量下降，汽车的废气排放也会有明显改善。
因此，汽车轻量化是提高汽车的经济性和节约资源减少污染的重要途径。
铝合金材料具有密度小、比强度高、耐蚀性好和成本低等一系列优点，目前越来越多的用于高档轿车轻量化设计。
如奥迪公司生产的全铝A8高级轿车，车身全部用铝合金生产，使得车身重量降低了40%，取得了较好的轻量化效果。
但是铝板与钢板相比，均匀伸长率相等，局部伸长率低，且弹性系数仅为钢板的1/3，因此，在常温下冲压成形性能较差，成形时金属流动困难，从而其应用受到一定的限制[1]。
由于铝板的冲压成形性能比钢板材料差，高强度铝板的冲压性能更差。
因此在汽车车身结构件的应用上，传统的冷成形工艺不再适用，必须采用热成形等新工艺，但是热成形工艺会严重降低铝合金的材料性能。
汽车用6016铝合金板材预时效工艺研究及冲压成形数值模拟
摘要6016铝合金板材主要制造汽车覆盖件，特别是乘用车内外罩、后行李箱和门框等汽车外板，是汽车轻量化的关键材料。
而目前国内的铝合金板材仍存在着成形性、抗凹性及零件成形后质量差等问题，无法满足使用要求。
因此开展6016铝合金板材关键的预时效工艺和冲压成形工艺研究，对提高板材的成形质量十分重要。
本文将545 o C固溶30 min的6016铝合金（Al-0.55%Mg-1.0%Si-0.18%Cu）板材水淬后，经60 o C~160 o C×5 min~30 min预时效，室温停放25天后，进行185 o C×20 min的模拟烤漆处理。
采用硬度、拉伸试验，结合示差扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）等分析技术，研究预时效工艺对合金的力学性能及微观组织的影响规律。
通过数值模拟仿真实际的冲压过程，并预估零件成形后可能出现的质量缺陷，优化关键成形工艺参数。
结果表明：①固溶淬火后立即进行预时效可以抑制自然时效过程，T4P态合金的成形性和烘烤硬化性能都得到改善。
烤漆前后的硬度随着预时效温度升高，出现先缓慢增加后迅速增加的趋势。
预时效温度为100 o C，预时效时间为20 min合金烘烤前屈服强度低于120 MPa，延伸率在25%左右；烘烤后屈服强度高于180 MPa（预变形2%合金烘烤硬化值达到104 MPa），烘烤后的延伸率在22%左右，综合比较优于其他预时效工艺。
②结合DSC曲线对β”析出温度和激活能进行计算，研究发现，随预时效温度升高，β”析出峰左移，激活能也降低。
说明预时效可以抑制合金自然时效过程，提高合金T4P态成形性能，而且促进烘烤过程中β”的析出，增强烘烤硬化效果。
③以铝制汽车发动机罩内板为对象，建立冲压CAE模型，对板料冲压过程仿真，研究了不同成形工艺对成形后最大减薄率、最大增厚率及最大回弹量的影响规律。
④对多因素的优化问题，首先通过灰色关联分析法，获得较优的工艺参数为：压边力500 KN，摩擦系数0.1，凹凸模间隙1.1t（1.32 mm）、凸模速度3 m/s，仿真试验后出现了少量拉裂缺陷。
均匀化处理时间对6016铝合金组织和性能的影响
最终在晶界上形成连续网状分布的骨骼状非平衡共晶相。因 此图 1 中合金的铸态组织主要由树枝状 α-Al 固溶体和枝 晶间析出相组成。这种急冷铸造条件下产生的析出物呈连续 网状，为骨骼状 β-AlFeSi 非平衡共晶相，在工业用 6016 铝合金中不可避免地存在微量的 Fe 元素，在 6016 合金凝 固时溶质原子 Fe 与合金中过量的溶质 Si 原子形成板条状的 β-AlFeSi 相，这种 β-AlFeSi 脆硬相如何不予以消除，遗 留到最终合金组织中，就可以在变形时成为裂纹源，从而降 低合金的强度，并使塑性变差 [7]。晶内有少量黑色析出相， 经能谱分析得知晶内析出相为 Mg2Si 相。
收稿日期 ：２０２２－０４ 作者简介 ：崔立治，男，生于 １９８７ 年，河北泊头人，中级工程师，硕士研 究生，研究方向 ：铝合金汽车车身的开发。
铸锭均匀化热处理制度的研究鲜有报道。 为探究均匀化处理工艺对 6016 合金显微组织和性能的
影响，本文将针对不同均匀化处理时间，对 6016 合金均匀 化热处理过程中非平衡共晶相的回溶，金属间化合物形貌的 改善进行系统研究，为 6016 合金工业化生产中的均匀化工 艺制定提供参考。
均匀化处理时间对 6016 铝合金组织和性能的影响
崔立治，孙中国，王如川
（天津忠旺铝业有限公司研发部，天津 ３０１７００）
摘 要 ：采用力学性能、电导率测试、金相观察手段，研究不同均匀化热处理时间对 ６０１６ 铝合金组织和性能的影响。研 究结果表明，随着均匀化保温时间的延长，在晶界处聚集的非平衡相发生明显的分解回溶，枝晶偏析得到改善，同时出 现了一定含 Ｍｎ 相的弥散析出。均匀化后合金电导率低于原始铸锭，随着均匀化时间的延长，电导率呈先升高后降低的 趋势，并在 ８ｈ 时达到最大，为 ４３．８％ＩＡＣＳ。随着均匀化时间的延长，合金 Ｔ４ 态强度和延伸率呈先升高后降低的趋势， 均匀化时间为 ８ｈ 时强度和延伸率最大，抗拉强度为 ２０６．０ＭＰａ，屈服强度为 ９３．６ＭＰａ，延伸率为 ２６．７％。 关键词 ：铝合金 ；均匀化 ；微观组织 ；电导率 ；力学性能 中图分类号 ：ＴＧ１４６．２１ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１００２－５０６５（２０２２）０９－０００１－３
热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果的影响
热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果的影响热处理是一种常用的材料加工和改性工艺，对于铝合金材料来说，热处理可以显著影响其成形性和强化效果。
下面将从两个方面具体介绍热处理工艺对铝合金材料的影响。
首先，热处理工艺可以显著改善铝合金材料的成形性能。
铝合金材料常用于制造航空航天、汽车行业等对材料要求较高的领域，其成形性是一个重要的考量因素。
通过热处理工艺可以改变材料的晶粒结构和组织状态，从而提高其塑性和可变形性。
一种常见的热处理工艺是退火。
通过将铝合金材料加热到较高的温度，然后缓慢冷却，可以使其晶粒细化和均匀化，消除内部应力，提高材料的塑性和可压性。
这样，材料在加工过程中不容易开裂或产生变形，从而提高了其成形性。
此外，退火还可以改善材料的加工硬化行为，减少切削阻力和切削功率，提高加工效率。
另外一种热处理工艺是时效处理。
时效处理可以进一步提高铝合金材料的强度和硬度，同时保持较好的塑性。
时效处理通常分为两个步骤：固溶处理和时效处理。
固溶处理是将铝合金材料加热到特定温度，溶解固溶体和间金属化合物，使其分散均匀在铝基体中；时效处理是将固溶体的铝合金材料在较低的温度下经过时间长短不同的时效处理，以形成稳定的固溶体-间金属化合物结构，提高其硬度和强度。
此外，热处理工艺还可以实现对铝合金材料强化效果的调控。
通过选择不同的热处理工艺参数，可以获得不同的强化机制和效果。
例如，通过适当的固溶处理温度和时效处理时间，可以使铝合金材料在晶界和内部形成多个细小的相，从而限制晶界滑移和位错运动，增加材料的强化程度。
同时，还可以通过控制时效处理温度和时间，调节间金属化合物的尺寸和分布，进一步提高材料的强度和硬度。
综上所述，热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果具有显著的影响。
通过热处理工艺可以改善铝合金材料的成形性能，提高其塑性和可变形性，使其更适合于复杂的成形工艺。
同时，热处理工艺还可以实现对铝合金材料强化效果的调控，通过选择不同的工艺参数来获得不同的强化机制和效果。
铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究
铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究摘要：随着国内外铝合金汽车板在汽车上的应用现状、合金应用情况，并对国内外铝合金汽车板的生产及消费现状进行了阐述，同时指出了我国铝合金汽车板发展存在的问题并提出了相应的建议.关键词：铝合金；汽车板；应用；生产现状；前言：在世界汽车工业日益重视节能、环保的迫切形势下，减轻汽车自重以降低能耗、减少废气排放和提高效率已成为各大汽车企业提高竞争力的重要方向.使用铝合金代替钢铁材料则是各国汽车制造商采用的主要减重手段之一.汽车质量每减轻1%，可节省燃料消耗0.6%～1.0%.如果每辆轿车减重100 kg，那么行驶100 km可减少油耗0.48 L.其明显的减重节能效益使汽车铝材的用量与日俱增，铝合金板主要应用于汽车的发动机罩、挡泥板、车门、车顶及行李箱盖等部件.1 汽车应用铝合金的种类及特点目前主要是汽车的覆盖件应用铝合金板材，主要有三类，即2000系列、5000系列、以及6000系列，每个系列所含的铝合金元素不同、质量也不同。
其中2000系列，也叫AI-Cu系列，如2036铝合金，其具备良好的锻造性、焊接性以及硬化性，在加上Cu，有效的提高了铝合金的力学性能，尤其是涂装烘干后的30分中左右，其硬化性还会上升到一个档次。
但是跟其它铝合金相比，其抗腐蚀性比较差，因此最近几年应用的不是很广。
5000系列铝合金具有非常高的抗腐蚀性特点，其含有Mg原子，跟铝可以相溶，形成固溶强化效应，从而成为了非热处理强化合金。
由于汽车覆盖件的内板形状比较复杂，强度要求也不是很高，因此经常应用5000系列的铝合金来提高其抗腐蚀性。
2 铝合金汽车板生产工艺介绍2.1铝合金汽车板生产工艺概述铝合金汽车板要求包括良好的成形性、一定的抗时效稳定性、良好的烘烤硬化性、高的抗凹性、良好的翻边性、较好的表面光鲜性、较好的表面处理及涂装性能，铝合金汽车板的这七种性能既互相关联，又相互矛盾，如何改善合金成分、调整工艺参数得到最佳的综合性能，满足轿车覆盖件冲压成形的要求是汽车板研发的主要目标。
汽车铝合金车轮的热处理工艺
汽车铝合金车轮的热处理工艺1.1 固溶处理此阶段将车轮铸件升温到固溶线以上的单相区域，使溶质全部溶入α基体中，而成为单一固溶相。
但所选取的温度不得超过共晶溶解温度，否则沿晶界将有溶解现象，在淬火后，会形成很脆的膜，会降低车轮的力学性能。
在固溶温度的上下限之内，温度取的越高，其原子扩散速度愈快，溶质溶入α基地中愈完全，过饱和析出的量也就愈大，人工时效时，析出硬化的效果也就愈好，反之则愈差。
而在决定固溶处理时间时，则需要足以让溶质原子全部溶入α基体，因而有其最短时间性的限制，时间如果太长则会造成晶粒过度成长并且浪费能源，故应选取一最合理的时间，另外热处理物件的形状、厚度及加热介质的不同，会影响加热速度率及均匀性，也都需列入考量之中。
Al-Mg-Si合金之T6处理程序中的固溶处理，其主要目的是为了要溶解铸造时析出的粗大Mg2Si、使铸件均质化及改变共晶Si形状。
所以固溶温度要接近共晶温度，但不得超过，以避免晶界溶解，而造成力学性能的降低。
一般而言，固溶处理时间温度对A356.2合金的影响情形为，在520℃或530℃时，其抗拉强度、伸长率随固溶时间的增加而增加。
在540℃其抗拉强度及延伸率在很短的时间即可达最大值后，然后逐渐降低。
但是抗拉强度及屈伏强度变化量不大，在伸长率方面，530℃固溶处理12小时，即可达18%的延伸率；但於540℃时只需2小时即可达到此值。
冲击强度随固溶温度及时间的增加而增加，若有540℃固溶处理9小时冲击强度可达最大值。
在520℃固溶处理，其硬度值的变化不大，总之，只有抗拉强度及伸长率受固溶处理条件的影响较大。
在经济考虑上，降低固溶处理的时间是可行的，因为在Al-Si-Mg合金中，Si与Mg的偏析并不严重，因此只要很短的时间即可完成均匀化及Mg2Si固溶到α基地中，如果适当的添加变质剂（如Sr、Na、Sb），即可在不损害力学性能的情况下，降低固溶时间。
溶质元素在树枝状凝固组织中的偏析，会损坏材料的力学性能。