权利要求
1.一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法是按以下步骤完成的：
一、按质量百分数Zn：5.3%～6.3%、Mg：1.8%～2.5%、Cu：1.1%～1.8%、Zr：0.07%～0.14%、Ti：0.01%～0.04%、Fe<0.3%、Si<0.2%和余量为Al的配比，称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金和铝钛硼晶粒细化剂作为熔炼原料，其中单个杂质的质量分数<0.05%，合计杂质的质量分数<0.15%;
二、将纯铝锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金和铝钛中间合金在740℃下熔化后，当熔体温度再次升到740℃时加入纯镁锭，然后搅拌，当熔体温度再次升到740～750℃时导入保温炉，熔体用Ar-Cl2气精炼后静置，按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.2%～0.5%加入2#覆盖剂，待温度达到700℃～720℃时进行除渣，在流槽中在线加入铝钛硼晶粒细化剂，铸造，得到Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭;
三、热轧：对Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭进行车皮锯切头尾后得到待轧制扁锭，放入加热炉进行热轧前铸锭加热，金属温度加热到440℃保温8h出炉进行轧制，热轧上卷，得到卷料;
四、冷轧：将卷料在冷轧机上进行冷轧，轧制成薄板，将薄板分切成板片;
五、热冲压：将板片加热，放在冲压模具上进行冲压，在模具上快速冷却至室温，得到冲压件;
六、时效：将冲压件在时效炉中进行时效，完成新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备。
2.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤一中按质量百分数Zn：5.5%、Mg：2.2%、Cu：1.4%、Zr：0.08%、Ti：0.01%～0.02%、Fe<0.3%、Si<0.2%和余量为Al的配比。
3.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤一中所述铝钛硼晶粒细化剂为Al-5%Ti-1%B。
4.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤二中精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.25mL，静置时间为20～30min。
5.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤二中得到的Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭的尺寸为420*1620*6500mm。
6.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤三中待轧制扁锭的尺寸为395*1590*6000mm。
7.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤三中所述轧制工艺参数：热轧至6～8mm厚，终轧温度≥330℃。
8.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤四中所述薄板为1.5mm厚，分切后板片的尺寸为800*1000mm。
9.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤五中板片加热的温度为440℃，保温时间为40min。
10.根据权利要求1所述的一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法，其特征在于步骤六中所述时效制度为121℃/24h。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及铝合金板材制备技术领域，具体涉及一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法。
背景技术
[0002]在现代工业发展进程中，材料的性能与制备工艺一直是推动各行业进步的关键因素。Al-Zn-Mg-Cu系合金凭借其出色的综合性能，在航空航天、轨道交通、汽车轻量化等众多领域得到了极为广泛的应用。
[0003]在汽车行业，随着环保意识的增强以及对燃油经济性要求的不断提高，汽车轻量化成为了行业发展的重要趋势。铝合金因其密度低、强度较高等优势，在汽车车体上的应用占比正逐步提升。其中，全铝车身凭借其显著的减重效果，成为未来汽车轻量化的主流发展方向。为了实现汽车B柱之类的高强结构件全铝化，现有产品如7075-T6态铝合金板材已逐渐在汽车结构上得到应用，像小鹏汽车等主机厂的部分高端车型就已经开始采用。
[0004]然而，当前所使用的铝合金板材存在着不容忽视的问题。一方面，现有铝合金板材价格偏高。这主要是因为板材制造工序冗长，在整个生产过程中，从原材料的预处理到最终成品的产出，历经多道复杂工序，每一道工序都涉及到设备、人力以及时间成本，这一系列因素叠加导致加工费居高不下，从而使得铝合金板材的整体价格难以降低，这在一定程度上限制了铝合金在汽车领域更广泛的应用。
[0005]另一方面，可热处理强化铝合金存在室温塑性低的问题。在室温环境下，这类铝合金的塑性较差，这给其成型加工带来了极大的困难。在传统的成型工艺中，由于塑性不足，往往需要采用更为复杂的加工工艺和设备，这不仅增加了生产成本，还难以保证成型零件的质量。同时，成型零件在后续热处理过程中容易出现形状畸变问题。当对成型后的零件进行热处理以进一步提升其性能时，由于材料内部组织结构在热处理过程中的变化不均匀，导致零件各部分的热胀冷缩程度不一致，从而引发形状畸变。这种形状畸变不仅影响零件的外观尺寸精度，还可能降低零件的力学性能，严重时甚至导致零件报废，极大地增加了生产的成本和时间成本。
[0006]基于以上现状，开发出一种高强、短流程、可成形的高强铝合金板材，并结合同步淬火热成形新工艺就显得尤为迫切。这种新型的铝合金板材制备方法，不仅能够有效解决可热处理强化铝合金室温塑性低、成形零件后续热处理形状畸变问题，还具有在高强铝合金热成形过程中实现控形控性的突出优点。通过优化制备工艺，缩短生产流程，能够降低生产成本，进而降低车企的造车成本，使得铝合金在汽车领域以及其他相关领域的应用更加广泛，为行业的发展带来新的机遇和突破。
发明内容
[0007]本发明是要解决可热处理强化铝合金室温塑性低、成形零件后续热处理形状畸变问题，而提供一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法。
[0008]一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法是按以下步骤完成的：
[0009]一、按质量百分数Zn：5.3%～6.3%、Mg：1.8%～2.5%、Cu：1.1%～1.8%、Zr：0.07%～0.14%、Ti：0.01%～0.04%、Fe<0.3%、Si<0.2%和余量为Al的配比，称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金和铝钛硼晶粒细化剂作为熔炼原料，其中单个杂质的质量分数<0.05%，合计杂质的质量分数<0.15%;
[0010]二、将纯铝锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金和铝钛中间合金在740℃下熔化后，当熔体温度再次升到740℃时加入纯镁锭，然后搅拌，当熔体温度再次升到740～750℃时导入保温炉，熔体用Ar-Cl2气精炼后静置，按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.2%～0.5%加入2#覆盖剂，待温度达到700℃～720℃时进行除渣，在流槽中在线加入铝钛硼晶粒细化剂，铸造，得到Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭;
[0011]三、热轧：对Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭进行车皮锯切头尾后得到待轧制扁锭，放入加热炉进行热轧前铸锭加热，金属温度加热到440℃保温8h出炉进行轧制，热轧上卷，得到卷料;
[0012]四、冷轧：将卷料在冷轧机上进行冷轧，轧制成薄板，将薄板分切成板片;
[0013]五、热冲压：将板片加热，放在冲压模具上进行冲压，在模具上快速冷却至室温，得到冲压件;
[0014]六、时效：将冲压件在时效炉中进行时效，完成新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备。
[0015]本发明有益效果：
[0016]本发明一种新型可热成型免淬火铝合金薄板与传统7075合金相比，减少均匀化退火、淬火工序，加工成本下降了大约50%，且板材的强度及延伸率与7075相当。用本发明制备的Al-Zn-Mg-Cu合金薄板，具有较高成形性，热成形后时效，时效后的强度达到560MPa。该板材的发明减少了传统7系板材淬火工序，实现了高强板材成形性与强度的匹配。
附图说明
[0017]图1为实施例1中步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭组织的SEM照片;
[0018]图2为实施例1中待轧制扁锭热轧前铸锭加热至440℃加热保温8h后的SEM照片;
[0019]图3为实施例1中步骤四中薄板冷轧态偏光照片;
[0020]图4为实施例1中步骤四中薄板SEM照片;
[0021]图5为实施例1中得到的新型可热成型免淬火铝合金薄板T6态偏光照片;
[0022]图6为实施例1中得到的新型可热成型免淬火铝合金薄板SEM照片。
具体实施方式
[0023]本发明技术方案不限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
[0024]具体实施方式一：本实施方式一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法是按以下步骤完成的：
[0025]一、按质量百分数Zn：5.3%～6.3%、Mg：1.8%～2.5%、Cu：1.1%～1.8%、Zr：0.07%～0.14%、Ti：0.01%～0.04%、Fe<0.3%、Si<0.2%和余量为Al的配比，称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金和铝钛硼晶粒细化剂作为熔炼原料，其中单个杂质的质量分数<0.05%，合计杂质的质量分数<0.15%;
[0026]二、将纯铝锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金和铝钛中间合金在740℃下熔化后，当熔体温度再次升到740℃时加入纯镁锭，然后搅拌，当熔体温度再次升到740～750℃时导入保温炉，熔体用Ar-Cl2气精炼后静置，按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.2%～0.5%加入2#覆盖剂，待温度达到700℃～720℃时进行除渣，在流槽中在线加入铝钛硼晶粒细化剂，铸造，得到Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭;
[0027]三、热轧：对Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭进行车皮锯切头尾后得到待轧制扁锭，放入加热炉进行热轧前铸锭加热，金属温度加热到440℃保温8h出炉进行轧制，热轧上卷，得到卷料;
[0028]四、冷轧：将卷料在冷轧机上进行冷轧，轧制成薄板，将薄板分切成板片;
[0029]五、热冲压：将板片加热，放在冲压模具上进行冲压，在模具上快速冷却至室温，得到冲压件;
[0030]六、时效：将冲压件在时效炉中进行时效，完成新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备。
[0031]本实施方式在成分设计中，精准控制了各元素的含量。例如，适量的Zn(5.3%～6.3%)、Mg(1.8%～2.5%)、Cu(1.1%～1.8%)添加，形成了合理的强化相。这些强化相在铝合金基体中均匀分布，不仅起到了强化合金的作用，同时在一定程度上改善了合金的室温塑性。Zn、Mg、Cu元素相互作用，形成弥散分布的第二相粒子，阻碍位错运动的同时，也为位错提供了更多的滑移通道，使得合金在室温下能够发生更多的塑性变形。
[0032]Zr(0.07%～0.14%)和Ti(0.01%～0.04%)的加入，Zr能形成细小的Al3Zr质点，Ti能细化晶粒，它们共同作用有效细化了铝合金的晶粒组织。细晶粒组织具有更多的晶界，晶界在变形过程中可以阻碍位错的运动，同时也能协调各晶粒之间的变形，从而提高了合金的室温塑性。而且，细晶粒组织还使得合金在变形过程中应力分布更加均匀，减少了应力集中现象，进一步提高了其塑性变形能力。
[0033]本实施方式在热冲压步骤中，将板片加热后放在冲压模具上进行冲压，并在模具上快速冷却至室温。这种热冲压和快速冷却同步进行的工艺，相当于在成形过程中完成了淬火处理，避免了传统工艺中单独淬火处理时因零件各部分冷却速度不一致而导致的形状畸变。快速冷却使得合金组织迅速转变为均匀的亚稳组织，有效抑制了组织不均匀变化引起的形状畸变。
[0034]本实施方式合理的成分设计以及加工过程中形成的稳定组织状态，也对减少形状畸变起到重要作用。成分中的Zr和Ti细化了晶粒，稳定的细晶粒组织在后续时效处理时，组织转变更加均匀，减少了因组织变化不均匀而产生的内应力，从而降低了形状畸变的可能性。此外，合金中各元素形成的强化相在时效过程中也能稳定存在，不会因时效处理而发生剧烈的体积变化，进一步保证了零件尺寸的稳定性。
[0035]本实施方式中整个制备方法相较于传统铝合金板材制造工艺，减少了一些复杂且耗时的工序。例如，通过同步淬火热成形新工艺，将热冲压和淬火过程合并，缩短了工艺流程。减少了工序也就减少了设备的使用时间、人力投入以及生产过程中的能源消耗，从而降低了加工成本。在熔炼过程中，合理控制熔炼温度和添加顺序，提高了熔炼效率和产品质量稳定性，减少了废品率。热轧和冷轧过程中，精确的温度和时间控制，使得加工过程更加顺畅，减少了因工艺不当导致的材料浪费和设备损耗，进一步降低了生产成本。
[0036]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按质量百分数Zn：5.5%、Mg：2.2%、Cu：1.4%、Zr：0.08%、Ti：0.01%～0.02%、Fe<0.3%、Si<0.2%和余量为Al的配比。其他与具体实施方式一相同。
[0037]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述铝钛硼晶粒细化剂为Al-5%Ti-1%B。其他与具体实施方式一相同。
[0038]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.25mL，静置时间为20～30min。其他与具体实施方式一相同。
[0039]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中得到的Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭的尺寸为420*1620*6500mm。其他与具体实施方式一相同。
[0040]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中待轧制扁锭的尺寸为395*1590*6000mm。其他与具体实施方式一相同。
[0041]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中所述轧制工艺参数：热轧至6～8mm厚，终轧温度≥330℃。其他与具体实施方式一相同。
[0042]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中所述薄板为1.5mm厚，分切后板片的尺寸为800*1000mm。其他与具体实施方式一相同。
[0043]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤五中板片加热的温度为440℃，保温时间为40min。其他与具体实施方式一相同。
[0044]具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤六中所述时效制度为121℃/24h。其他与具体实施方式一相同。
[0045]采用下述实施例验证本发明的有益效果：
[0046]实施例1：一种新型可热成型免淬火铝合金薄板的制备方法是按以下步骤完成的：
[0047]一、按质量百分数Zn：5.5%、Mg：2.2%、Cu：1.4%、Zr：0.08%、Ti：0.01%～0.02%、Fe<0.3%、Si<0.2%和余量为Al的配比，称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金和铝钛硼晶粒细化剂作为熔炼原料，其中单个杂质的质量分数<0.05%，合计杂质的质量分数<0.15%;
[0048]二、将纯铝锭、纯锌锭、铝铜中间合金、铝锆中间合金和铝钛中间合金在740℃下熔化后，当熔体温度再次升到740℃时加入纯镁锭，然后搅拌，当熔体温度再次升到740～750℃时导入保温炉，熔体用Ar-Cl2气精炼后静置，按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.2%～0.5%加入2#覆盖剂，待温度达到700℃～720℃时进行除渣，在流槽中在线加入铝钛硼晶粒细化剂，铸造，得到Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭;Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭的尺寸为420*1620*6500mm;
[0049]三、热轧：对Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭进行车皮锯切头尾后得到395*1590*6000mm待轧制扁锭，放入加热炉进行热轧前铸锭加热，金属温度加热到440℃保温8h出炉进行轧制，热轧上卷，得到卷料;
[0050]四、冷轧：将卷料在冷轧机上进行冷轧，轧制成1.5mm厚的薄板，将薄板分切成800*1000mm板片;
[0051]五、热冲压：将板片加热至440℃保温40min，放在冲压模具上进行冲压，在模具上快速冷却至室温，得到冲压件;
[0052]六、时效：将冲压件在时效炉中进行时效，时效制度为121℃/24h。对实施例1制备新型可热成型免淬火铝合金薄板进行检测，可知实施例1制备的新型可热成型免淬火铝合金薄板冷轧态强度433MPa～438MPa，屈服强度为410MPa～415MPa，延伸率为2.4%～3.0%;T6态强度563MPa～568MPa，屈服强度为495MPa～499MPa，延伸率为12.8%～14.0%。
[0053]对实施例1步骤二得到的一种新型可热成型免淬火铝合金铸锭进行微观组织观察，图1为实施例1中步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu铝合金扁铸锭组织的SEM照片，通过图1可观察到合金的铸态组织中均为粗大的枝晶组织，枝晶间距较大，晶粒边界不明显。这主要是因为合金中含Zn较高，Zn原子凝固时分布不均匀，溶质原子Zn一部分固溶到基体中，还有一部分固溶在晶界或枝晶边界，这部分成分偏高，产生了较大的成分偏析。图2为实施例1中待轧制扁锭热轧前铸锭加热至440℃加热保温8h后的SEM照片，可以看出已基本消除枝晶偏析，在枝晶间非平衡共晶相大部分已溶解，残留相减少。
[0054]对实施例1步骤四得到的一种新型可热成型免淬火铝合金冷轧态偏光、SEM微观组织组织照片如图3、4所示，通过图3、4可观察合金经冷轧后沿着轧制方向形成纤维状组织，第二相粒子在大的冷轧变形下变得更细小，且沿轧制方向均匀弥散分布。一种新型可热成型免淬火铝合金T6态偏光、SEM微观组织照片如图5、6所示，通过观察合金经440℃加热快冷后，晶界位置大量的析出相得到了回溶，部分含Fe相、含Cu相残留在晶界。
说明书附图(6)
