專利名稱：汽車車身部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種AlMgSi型鋁合金金屬薄板的汽車車身部件，以及一種汽車車身或一種汽車車身構件，該汽車車身或汽車車身構件構件具有至少一個第一鋁合金的第一金屬薄板構件和至少一個第二鋁合金的第二金屬薄板構件，其中該第一和第二鋁合金是AlMgSi型，且經人工老化車身或車身部件后，該第二構件與第一構件相比有較低的機械強度值。
背景技術：
對于汽車車身部件、汽車車身或汽車車身構件來說，人工老化發(fā)生在，例如漆層烘烤過程中或獨立完成的熱處理過程中的退火條件下。
以節(jié)能為目的的輕型汽車產品的重要性日益增長，已導致大量的汽車應用的鋁合金的發(fā)展。
汽車中不同構件通常需要不同性能。舉例來說，一種作為外部面板應用的鋁合金必須容易變形以允許拉伸沖壓(stretch drawing)、深沖壓和彎曲，并在漆層烘烤之后同時獲得高強度。
在歐洲，已在相當大的程度上應用AlMgSi合金，例如合金AA6016，作為外部面板應用，尤其是作為發(fā)動機罩。
特別是，考慮到廢金屬的再利用和可再循環(huán)利用性方面，如果車身上所有鋁面板的應用可采用屬于同一種類合金的鋁合金，這將是非常有益的和適用的。美國專利US-A-4082578和歐洲專利EP-A-0811700公開了AlMgSi型的鋁合金在汽車車身的內部和外部面板中的應用。
在車輛結構區(qū)域中應用鋁合金改善操控特性(車輛剛性、軸荷載分布、重心等)。此類構造在碰撞事故中具有高的能量吸收能力。歐洲專利EP-A-1165848公開了由AlMgSi合金制成金屬薄板的結構構件。
尤其在歐洲，在車禍中減少受傷危險是高度優(yōu)先的。由于車輛安全的改進，已非常有效的達到這一目的。然而，迄今為止，為減少在事故中撞在汽車前部的行人和乘車者受到的嚴重傷害的工作還很少。通過構造具有相應的能量吸收特性的汽車前部，可獲得實質上的改善。
在汽車車身上進行對行人保護的措施能非常有效的防止在中速范圍內的碰撞造成的嚴重的和致命的傷害。在大多數涉及行人的交通事故中，汽車是迎面撞擊受害者。對于行人的傷害僅部分是由于最初的碰撞引起的。在很多情況下，行人的軀干彎曲，并且他的頭部撞在發(fā)動機罩上。
多數頭部的受傷對于成人是由發(fā)動機罩的上端，對于兒童是由發(fā)動機罩的前部造成的。發(fā)動機罩的前緣與大腿或臀部受傷特別相關。為減少剛性和創(chuàng)造足夠的皺褶深度，發(fā)動機罩邊緣的面板構造的細節(jié)變化是必要的。這可通過減弱或取消在發(fā)動機罩、發(fā)動機罩閉合(bonnet closure)和閉合橫拉條(closure cross brace)上內部面板的加固而獲得。
通過各種主動和被動措施，汽車的前面板和其它大面積的車身元件已制得“較軟”。這里，構件被設計或有效改進以至在撞擊中，它們能通過塑性形變來吸收大部分的動能。這些措施可導致較少的嚴重傷害。
被動措施包括設計、構造和材料。與材料相關，已知各種材料復合物，例如夾層結構的泡沫材料。然而，迄今為止還沒有著手試驗應用相對軟的鋁合金。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是生產一種與以前工藝中的解決方法相比，導致對行人改進的撞擊保護的、如最初提到類型的汽車車身部件和汽車車身或汽車車身構件，以及在不同構件的生產中廢金屬的普遍再利用和車輛壽命結束時車身部件的簡單廢金屬再利用。
對于單層外殼汽車車身部件，根據本發(fā)明，在金屬薄板中存在有相當一部分元素Mg和Si，以分散的Mg2Si和/或Si粒子形式存在以避免人工老化，所述元素是獲得在固溶體中人工老化所必需的，從而達到所述目的。
對于由外部和內部部件生產的多層外殼汽車車身或汽車車身構件，根據本發(fā)明，通過在人工老化車身或車身部件之前至少在第二鋁合金的金屬薄板中存在相當一部分的Mg和Si元素以分散的Mg2Si和/或Si粒子形式存在以避免人工老化，所述元素是獲得固溶體的人工老化所必需的，從而達到所述目的。
本發(fā)明的本質核心在于使用了具有預先確定結構的“軟質”構件，以至——與“硬質”構件相對——在正常的漆層烘烤條件下，沒有或減少了人工老化的發(fā)生，因而分別沒有進一步的化學強度值的增加或減少化學強度值增加，但該軟質構件通過預先確定的結構，維持之前設定的值或在人工老化過程中不達到最大的可能的強度水平。
作為硬質的第一鋁合金，優(yōu)選包含0.6至1.2wt％的硅0.3至0.8wt％的鎂最多0.8wt％的銅最多0.4wt％的鐵最多0.3wt％的錳最多0.2wt％的釩以及生產相關的雜質，余量為鋁。
該硬質第一鋁合金特別包含通常的車身外殼材料，例如AA6016和AA6111。
原則上作為軟質的第二鋁合金，合金等同于所用的第一硬質鋁合金，但通常優(yōu)選具有實質上較低強度水平的成分。
作為軟質第二鋁合金，優(yōu)選包含0.25至0.60wt％的硅0.25至0.60wt％的鎂
0.05至0.30wt％的銅最多0.40wt％的鐵最多0.30wt％的錳最多0.20wt％的釩以及生產相關的雜質，每種雜質的最大含量為0.05wt％，總含量最多為0.15wt％，余量為鋁。
對于第二鋁合金中的每種合金元素，優(yōu)選應用下述含量范圍0.30至0.50wt％的硅0.30至0.50wt％的鎂最多0.20wt％的銅0.05至0.20wt％的鐵最多0.10wt％的錳最多0.15wt％的釩軟質第二構件所期望的強度或軟度主要通過該第二鋁合金中Mg和Si的含量以及在成型為該第二構件之前由合金生產的薄板的熱處理的方法來設定。熱處理保證軟質第二構件所期望的低機械強度值，甚至在汽車車身完成漆層烘烤循環(huán)之后，所述機械強度值基本不變或可能僅達到一個相對較高的強度水平，但仍低于可能的最大值。依賴于實施，熱處理引起—從固溶體中以Si和Mg2Si粒子和它們粗化的形式沉淀出相當一部分的合金元素Mg和Si，使得所述合金元素不再全部用于隨后的人工老化中，和/或—阻止已離析的Mg2Si和Si粒子再溶解，使得合金元素Mg和Si也不再在隨后漆層烘烤循環(huán)中在隨后的人工老化期間全部用于進一步的人工老化。
也可以用“軟質”構件即不能被人工老化的構件，代替“硬質”第一構件，并通過合金元素Mg和Si的濃度調整第一和第二構件的不同強度值。
第二鋁合金的“軟質”面板或薄板，可以以常規(guī)方式，通過采用或不采用中間退火的連續(xù)鑄造或薄片連鑄法和隨后的熱軋和/或冷軋而生產。
對從AlMgSi材料制造汽車車身薄板的常規(guī)生產工藝，應該注意，與沉淀相關的合金元素在固溶熱處理后或人工老化前實際上完全在固溶體中，僅有在所選擇的制造工藝中不可避免的和充其量被指認為不必要的一部分以沉淀形式存在。
根據本發(fā)明的汽車車身薄板不同于此。在固溶熱處理后或在人工老化前就以沉淀形式存在的、與沉淀相關的合金元素部分，引起機械強度值的變化，該機械強度值在常規(guī)生產工藝的制造公差范圍內給定的標稱值偏差之外。與沉淀相關的以沉淀形式存在的合金元素部分，因此被認為是重要的。
在第二鋁合金的薄板中合金元素Mg和Si所期望的沉淀狀態(tài)可通過多種已知的方法獲得。背離AlMgSi車身材料的常規(guī)生產程序，且導致與人工老化相關的合金元素Mg和Si所期望的預分離的優(yōu)選的工藝階段，包括如下可單獨實施或結合實施的步驟—施法進度條(casting bar)的非均勻化退火，僅僅加熱至熱軋溫度并立即熱軋。
—在薄板上實施“局部固溶退火”，軋至最終的厚度，在短時間內相對較低的溫度下，在條帶通過爐(strip passage oven)內連續(xù)退火，溫度在大約450℃到520℃的范圍內變化，最長持續(xù)30秒，其中可應用溫和的冷卻條件。
—對薄板實施“局部均勻化”退火，軋至最終的厚度，在箱式爐中采用盤管的退火，溫度范圍從大約330℃到400℃，保留時間為1至4小時。
原則上，第二鋁合金主要根據預定的強度選擇。上述的退火所實施的溫度和持續(xù)時間是獲得結構狀態(tài)所必需的，在隨后的人工老化時不導致或僅僅導致限定的有限升高的機械強度值，所述溫度和持續(xù)時間可通過簡單的試驗系列對每種合金或個別的應用而確定。
最低的強度水平導致，如果存在于固溶體中的合金元素部分很小，且對人工老化貢獻很小的話，它可被忽略。舉例來說，對于薄板制成的汽車車身部件的規(guī)格的情況需要一個確定的強度值，該值在給定的合金成分的最低強度值之上。可以選自通過在固溶體中更高的合金元素部分和對人工老化更大的貢獻，或通過控制人工老化處理使得只有一小部分合金元素以Mg2Si和/或Si粒子沉淀，從而使該強度值適合于同樣的合金成分。那么，汽車車身部件稍微較小的“軟度”，有利于較高的強度。
優(yōu)選地，軟質第二構件是車身元件的內部面板，尤其是安裝于車身前部的發(fā)動機罩，和裝飾部件或結構構件或加強元件。然而軟質第二構件也可以是在常規(guī)汽車車身中由硬質第一構件形成的車身元件。使用軟質第二構件的主要區(qū)域因而是具有良好彎曲性能的沖壓(deep-drawn)車身部件。
軟質構件可以用作，例如汽車前部的鋼或塑料發(fā)動機罩的內部面板、裝飾部件(如散熱器護柵、保險杠罩、阻流板等)或在正面區(qū)域內的結構構件或加強面板(如在發(fā)動機罩的閉合區(qū)域的加強裝置面板、散熱器的支撐面板、前燈和其它在前部區(qū)域的部件等)。
在車身構造中的進一步還未被人所知的應用，也可是“簾型(curtain-type)”保護面板。在這種情況下，所獲得的改進的彎曲性能是尤其重要的，由于在撞擊中，它防止折疊處發(fā)生破裂或碎裂，進一步使受傷的危險最小化。


本發(fā)明進一步的優(yōu)點、特征和詳細情況通過下面對優(yōu)選的具體實施例的描述并參考附圖而顯現(xiàn)，其中附圖顯示圖1是在不同老化狀態(tài)的第一和第二鋁合金的屈服強度的圖。
圖2是圖1中第一和第二鋁合金在不同老化狀態(tài)的屈服強度和該合金在交貨狀態(tài)T4時屈服強度的差異圖。
圖3和4是具有不同分數的沉淀的Mg2Si粒子的薄板樣品的金屬切口以混合方式(compo modus)拍攝的掃描電鏡(SEM)照片。
圖5是通過模型計算方法得到的屈服強度對AlMgSi合金中沉淀的Mg2Si粒子的體積分數的依賴關系。
具體實施例方式
實施例1第一鋁合金A(AA6016)和第二鋁合金B(yǎng)的化學成分如表1所示，通過常規(guī)方式，采用垂直連續(xù)鑄造、均勻化退火、熱軋和冷軋制得厚度為1.2mm的條帶。

表1該條帶在條帶通過爐中經過固溶退火(合金A)和部件固溶退火(合金B(yǎng))，隨后通過流動空氣淬火并在室溫下人工老化數天以獲得交貨狀態(tài)T4。對于該兩種鋁合金A和B，選擇下列固溶退火條件合金A550℃/30秒合金B(yǎng)500℃/20秒在交貨狀態(tài)T4，對鋁合金A和B薄板樣品進行模擬漆層烘烤循環(huán)，采用的退火溫度為185℃，時間為20分鐘。為試驗冷成型(CF)對屈服強度Rp0.2、抗拉強度Rm和斷裂延伸率A80的影響，交貨狀態(tài)的薄板樣品進一步進行2％的冷成型。另一系列樣本在交貨狀態(tài)進行2％的冷成型，且隨后經過上述的退火處理。
表2給出了兩種鋁合金A和B在各種狀態(tài)下測試的機械強度值，對于在交貨狀態(tài)2％冷成型的鋁合金A和B，屈服強度Rp0.2也表示于圖1和2中，這些機械強度值顯示屈服強度輕微的且成比例地大致相等的增長。如果僅在交貨狀態(tài)進行漆層烘烤退火，對于合金A屈服強度有明顯的增長，然而對于合金B(yǎng)，實際上沒有人工老化效應。對于在漆層烘烤條件下，將冷成型2％和隨后在185℃退火20分鐘結合應用，鋁合金A和B不同的性能會更加明顯，這種情況經常在生產汽車車身部件生產的實踐中發(fā)生。

表2實施例2在拉伸試驗中，對實施例1中的兩個厚度為0.85mm、寬度為12.5mm的合金B(yǎng)的拉伸試驗片，在不同人工老化條件下，測定其抗拉強度Rm、屈服強度Rp0.2和斷裂伸長率A50。表3給出了被測的人工老化處理條件。在給定的溫度和時間下，在鹽浴中進行固溶退火。隨后，試驗片在水中淬火，在室溫下老化24小時，并隨后在65℃條件下老化24小時。這種老化處理導致模擬的T4條件。試驗片A至L中的一部分在205℃進行人工老化處理1小時，相應于T6條件。

表3
對每組兩個試驗片上進行的拉伸試驗的結果分別在表4和表5給出，其中表4為在T4條件下，表5為在T6條件下。

表4

表5從表4中的試驗片C至L制得了金屬切口。以混合方式，采用掃描電鏡，通過測量在12個面積區(qū)域內的相應面積，確定與總體積相關的沉淀的Mg2Si粒子的體積分數。直徑＜0.1微米的粒子被指認為沉淀的Mg2Si粒子。
試驗片C的平均值導致相應于理論上可能的體積部件為約50％部件的0.444±0.077％的體積分數。試驗片L的平均值導致相應于理論上可能的體積部件為約8％部件的0.071±0.029％的體積分數。
圖3表示在混合方式下試驗片C的掃描電鏡照片，圖4表示在混合方式下試驗片L的掃描電鏡照片，其中含有沉淀物的重的鐵表現(xiàn)為亮點，輕量的Mg2Si粒子表現(xiàn)為黑點。與試驗片L相比，可明顯看到試驗片C具有更高體積部件的沉淀的Mg2Si粒子。
根據表5中測量的試驗片A至L的屈服強度Rp0.2的值，通過模型計算的方式確定了屈服強度Rp0.2與沉淀的Mg2Si粒子的體積分數的依賴關系，并如圖5所示。X軸的值相應于Mg2Si預沉淀物體積分數與理論上可能的體積分數的之比。
圖表清晰表明，這里選擇的屈服強度Rp0.2，作為一種衡量合金“軟度”的量，可通過控制Mg2Si的預沉淀物而在寬的范圍內變化。
權利要求
1.一種AlMgSi型的鋁合金金屬薄板的汽車車身部件，其特征在于在該金屬薄板中有相當一部分在固溶體中獲得人工老化所必需的Mg和Si元素以分散的Mg2Si和/或Si粒子的形式存在，以避免人工老化。
2.根據權利要求1所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金包含0.6至1.2wt％的硅0.3至0.8wt％的鎂最多0.8wt％的銅最多0.4wt％的鐵最多0.3wt％的錳最多0.2wt％的釩以及生產相關的雜質，余量為鋁。
3.根據權利要求1所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金包含0.25至0.60wt％的硅0.25至0.60wt％的鎂0.05至0.30wt％的銅最多0.40wt％的鐵最多0.30wt％的錳最多0.20wt％的釩以及生產相關的雜質，每種雜質含量最多為0.05wt％，總含量最多為0.15wt％，余量為鋁。
4.根據權利要求3所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金包含0.30至0.50wt％的硅。
5.根據權利要求3或4所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金含有0.30至0.50wt％的鎂。
6.根據權利要求3至5中任意一項所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金含有最多0.20wt％的銅。
7.根據權利要求3至6中任意一項所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金含有0.05％至0.20wt％的鐵。
8.根據權利要求3至7中任意一項所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金含有最多0.15wt％的釩。
9.根據權利要求3至8中任意一項所述的汽車車身部件，其特征在于該鋁合金含有0.10wt％的錳。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的汽車車身部件作為一種車身元件的內部面板，尤其是作為布置在汽車車身前部的發(fā)動機罩、或裝飾部件或結構構件或加強元件。
11.根據權利要求1至9中任意一項所述的汽車車身部件作為一種具有良好彎曲特性的沖壓車身部件。
12.一種汽車車身或汽車車身構件，具有至少一個第一鋁合金(A)的第一金屬薄板構件和至少一個第二鋁合金(B)的第二金屬薄板構件，其中該第一和第二鋁合金是AlMgSi型，且所述車身或車身部件經人工老化后，該第二構件與第一構件相比有較低的機械強度值，其特征在于，當車身或車身部件經人工老化之前，至少在第二鋁合金的金屬薄板中有相當一部分在固溶體中獲得人工老化所必需的Mg和Si元素以分散的Mg2Si和/或Si粒子形式存在，以避免人工老化。
13.根據權利要求12所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于至少第一鋁合金(A)包含0.6至1.2wt％的硅0.3至0.8wt％的鎂最多0.8wt％的銅最多0.4wt％的鐵最多0.3wt％的錳最多0.2wt％的釩以及生產相關的雜質，余量為鋁。
14.根據權利要求13所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二鋁合金(B)包含0.25至0.60wt％的硅0.25至0.60wt％的鎂0.05至0.30wt％的銅最多0.40wt％的鐵最多0.30wt％的錳最多0.20wt％的釩以及生產相關的雜質，每種雜質含量最多為0.05wt％，總含量最多為0.15wt％，且余量為鋁。
15.根據權利要求14所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二鋁合金(B)包含0.30至0.50wt％的硅。
16.根據權利要求14或15所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二鋁合金(B)包含0.30至0.50wt％的鎂。
17.根據權利要求14至16中任意一項所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二鋁合金(B)包含最多為0.20wt％的銅。
18.根據權利要求14至17中任意一項所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二鋁合金(B)包含0.05至0.20wt％的鐵。
19.根據權利要求14至18中任意一項所述的汽車車身或汽車車身部件，其特征在于第二鋁合金(B)包含最多為0.15wt％的釩。
20.根據權利要求14至19中任意一項所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二鋁合金(B)包含最多為0.10wt％的錳。
21.根據權利要求14至20中任意一項所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二構件(B)是車身元件的內部面板，尤其是安裝于汽車車身前部的發(fā)動機罩、或裝飾部件或結構構件或加強元件。
22.根據權利要求14至20中任意一項所述的汽車車身或汽車車身構件，其特征在于第二構件是一種具有良好彎曲特性的沖壓車身部件。
全文摘要
在一種具有至少一個第一鋁合金(A)的第一金屬薄板構件和至少一個第二鋁合金(B)的第二金屬薄板構件的汽車車身或汽車車身構件中，該第一和第二鋁合金是AlMgSi型，且在該第二鋁合金(B)的金屬薄板中，有相當一部分為獲得在固溶體中人工老化所必需的Mg和Si元素以分散的Mg
文檔編號C22F1/05GK1882709SQ200480034212
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權日2003年11月20日
發(fā)明者卡羅德·貝思, 猶根·帝姆 申請人:諾弗利思公司