當(dāng)前,鑄造鋁合金及變形鋁合金都在汽車制造中獲得了應(yīng)用,但仍以前者為主.從發(fā)展態(tài)勢(shì)來看,到2020年或稍晚一些,變形鋁合金平軋產(chǎn)品、擠壓材、鍛件等的用量有可能超過壓鑄件與鑄件,或平分秋色,其中增長速度與幅度最大的當(dāng)數(shù)ABS.

    ABS應(yīng)具備的性能

    在當(dāng)下生產(chǎn)四項(xiàng)大宗民用平軋鋁產(chǎn)品(PS與CTP版基板、鋁箔帶坯、全鋁易拉罐身料、ABS)中,ABS的生產(chǎn)難度及技術(shù)門檻最高,裝備與建設(shè)投資也是最多的.ABS除有滿足標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的力學(xué)性能、抗腐蝕性能、尺寸偏差與表面品質(zhì)外,還應(yīng)具備如下的特性,所以生產(chǎn)難度并不亞于和航空航天器鋁板帶的.

    1. 良好的成形性能與翻邊延性

    車身及覆蓋鈑金件的成形加工是從航空制造業(yè)移置過來的,通過沖壓成形,鋁合金薄板應(yīng)該有良好的成形性,即具有低的屈強(qiáng)比(屈服強(qiáng)度Rpo.2與抗拉強(qiáng)度極限Rm之比)與高的成形極限,在各種不同的沖壓變形應(yīng)力狀態(tài)下具有相當(dāng)高的成形空間.在鈑金件生產(chǎn)中,沖壓成形是一道很重要的工序,有些鈑金件還要承受彎折.車身板有內(nèi)、外板之分,對(duì)外板性能的要求比對(duì)內(nèi)板的更高.

    鋁板的成形性能除用Rpo.2/Rm比表征外,還可用90°彎折半徑、突杯值、n值、r值等表示.有些車身鈑金件尺寸大、形狀復(fù)雜,主要通過沖制和鼓脹兩種復(fù)合成形方式生產(chǎn),并以后者為主.鈑金件的連接采用焊接和/或黏結(jié),也間或有用緊固件連接的.2xxx系及6xxx系合金用于外板等注重強(qiáng)度和剛度的部位.6xxx-T4P板材的抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rpo.2幾乎與冷軋鋼板的相等,而其n值卻≥冷軋鋼板的.ABS的90%以上的厚度0.9mm~1.3mm.

    有些鈑金件如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板的內(nèi)外板合成等均采用翻邊工藝,因此要求鋁合金板在沖壓翻邊時(shí)有高的抗開裂性即有良好的翻邊延性,它不但與材料的總伸長率有關(guān),也與內(nèi)部組織有關(guān),實(shí)際上主要決定于組織,均勻細(xì)小的晶粒組織決定板材有高的翻邊延性.

    2. 表面平整性強(qiáng)

    ABS鋁合金薄板必須有良好的翻邊延性和成形以后表面色調(diào)均一,即成形的鈑金件表面不出現(xiàn)羅平線(roping line)又稱滑移線,它是由晶粒不均或者是夾雜物不均而造成的板材表面變形不均,從而使表面在涂油漆后出現(xiàn)光彩不一致的現(xiàn)象.

    3. 良好的可焊性

    良好的可焊性能可以滿足汽車構(gòu)件在成形后直接焊接要求.板材應(yīng)具有抗時(shí)效穩(wěn)定性,以確保板材從出廠到?jīng)_壓時(shí)這段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生時(shí)效,防止沖壓時(shí)材料的屈服點(diǎn)升高,誘發(fā)呂德帶(Lude's zone)而產(chǎn)生的表面變形不均勻和起皺,從而影響汽車鈑金件外板的表面品質(zhì).

    4. 優(yōu)秀的烘烤硬化性

    汽車輕量化還要求板材具有高的烘烤硬化性,即在沖壓變形和涂漆烘烤之后板材的屈服強(qiáng)度有明顯升高,從而保證成品鈑金件有高的抗凹性與抗壓性,鋁合金板材的油漆烘烤工藝應(yīng)與目前鋼板沖壓件的烘烤工藝相容,因?yàn)楝F(xiàn)在汽車企業(yè)的油漆烘烤工藝都是為鋼板的.

    5.抗時(shí)效穩(wěn)定性強(qiáng)

    鋁合金板材在室溫存放時(shí)不發(fā)生時(shí)效或幾乎不發(fā)生時(shí)效的特性被稱為抗時(shí)效穩(wěn)定性,因?yàn)橐坏┌l(fā)生時(shí)效,屈服點(diǎn)會(huì)有所伸長,也有一點(diǎn)點(diǎn)升高,拉伸時(shí)會(huì)產(chǎn)生呂德帶,造成沖壓時(shí)變形不均和起皺,對(duì)沖壓件外觀影響極大.通常板帶材從鋁加工廠到汽車構(gòu)件沖制廠沖壓成形往往要經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)輸和貯存,要求材料有很強(qiáng)的抗時(shí)效性,在6個(gè)月內(nèi)不發(fā)生時(shí)效.預(yù)計(jì)時(shí)效處理是提高ABS抗時(shí)效穩(wěn)定性的有效措施,6xxx系合金在預(yù)時(shí)效后有良好的抗時(shí)效穩(wěn)定性.

    6. 堅(jiān)強(qiáng)的抗凹性

    板材和鈑金件抵抗外力和外來物件壓入而不發(fā)生凹陷或永久變形的能力被稱為抗凹性,用Pt表示,與材料的流變應(yīng)力бf及厚度有關(guān),可用下式表達(dá);當(dāng)然,抗凹性也與零件剛度及結(jié)構(gòu)有關(guān).

    7. 良好的Zr/Ti鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性能

    ABS在涂覆潤滑劑之前都要經(jīng)過表面鈍化處理,形成一層Zr/Ti鹽體系轉(zhuǎn)化膜,為吸附潤滑劑創(chuàng)造良好的基底.這種處理液應(yīng)是環(huán)保型的,不含鉻,主要由含鈦、鋯的金屬鹽、氟化物、硝酸鹽和有機(jī)添加劑組成,通過浸漬、噴淋方式在ABS上形成轉(zhuǎn)化膜.膜層主要為鋯/鈦鹽、鋁的氧化物,鋁的氟化物及鋯鈦的結(jié)合物等組成.其優(yōu)點(diǎn)在于工藝操作簡(jiǎn)單,所獲得的膜層與有機(jī)聚合物有很強(qiáng)的結(jié)合力.當(dāng)下典型的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝是阿洛丁法,在德國已有成熟的生產(chǎn)線,還可以在含氟離子的專用磷化液中進(jìn)行表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理.

    以上的這些性能如抗時(shí)效穩(wěn)定性、成形性、烘烤硬化性、翻邊延性、油漆鮮艷性、表面處理特性、抗凹性等是ABS外板應(yīng)具備的,不過有些特殊是相互矛盾的,應(yīng)盡可能使它們達(dá)到合理的匹配,達(dá)到優(yōu)化組合,同時(shí)應(yīng)有合理的性價(jià)比.

    6xxx系A(chǔ)BS的性能

    ABS可分為外板與內(nèi)板,外板的生產(chǎn)難度大,所要求的性能高,所以現(xiàn)在所說的ABS一般都是指車身外覆蓋板.關(guān)于ABS在2004年以前,國外有研究5xxx系合金的,也有研究2xxx系及6xxx系合金的,但自2005年起各國材料科學(xué)家的意見比較統(tǒng)一,大都集中于6xxx系合金的研究與開發(fā),認(rèn)為它的綜合性能比5xxx系及2xxx系合金的好一些.

    6xxx系合金ABS的生產(chǎn)工藝之一是鋁加工企業(yè)供應(yīng)T4P狀態(tài)板材,汽車制造廠進(jìn)行沖壓成形與之前的表面處理及噴涂潤滑劑,涂漆后在烘烤過程中強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高.表中列出了Si含量對(duì)Al-Mg-Si系合金力學(xué)性能與成形性能的影響,ABS 6xxx系合金都是Si含量過剩的合金,因?yàn)檫^剩Si的存在不但可以提高BH性能,而且可以提高抗壓痕性.表中的力學(xué)性能為三個(gè)方向試樣平均值.

    6xxx系合金的成形性能比5xxx系合金的差一些.研究工作者為此作過種種努力,發(fā)現(xiàn)只要有一定量的Si便可提高合金的抻長率與成形性能,但不能過多,否則會(huì)降低彎曲性能,對(duì)成形性不利.

    車身鈑金件都是沖制的,要求材料有良好的沖制性能,材料的此性能手可用n值、r值、杯突值、屈強(qiáng)比、成形極限、斷面縮頸率評(píng)估,有相關(guān)人士認(rèn)為:在評(píng)估汽車鋁合金鈑的成形性能時(shí),使用X6值為評(píng)價(jià)指標(biāo)最為準(zhǔn)確;在簡(jiǎn)單的單向拉伸性能參數(shù)中,可以使用Z值或n值進(jìn)行評(píng)價(jià),而不宜用r值.X6值為平面應(yīng)變拉伸強(qiáng)度Rb-p與單向拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度Rb-u之比,即X6=Rb-p/Rb-u