热处理以提高铝板的接合性的制作方法
【专利说明】热处理以提高铝板的接合性
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求于2013年11月I日提交的美国临时专利申请序列号61/898，931的优先权，其全部内容因此结合于此用作参考。
技术领域
[0003]本发明涉及热处理以提高铝板的接合性，诸如过时效热处理。
【背景技术】
[0004]在汽车设计中减轻车重的一种方法是采用铝密集型车辆(AIV)。AIV往往是基于钢型车辆结构的一体式车身结构设计，它们是冲压板部件的组件。汽车AIV设计主要集中5xxx和6xxx系列铝板，这是因为它们能够以与汽车中那些已经采用的钢板制造方法相符方法进行成形与加工。这些合金可具有与钢型车辆平台中通常使用的软钢板等效的强度。当执行某些热处理工艺时，该6xxx系列销合金可经历改善的机械强度特性。例如，T6状态(T6-temper)表示铝合金的峰值时效响应。设计者在优化材料的强度时常常使用这种状态。
【发明内容】
[0005]在至少一个实施例中，提供了一种包括第一元件的组件，该第一元件包括6xxx系列铝合金。该合金可进行热处理以具有至少200MPa的屈服强度和可达0.4的r/t (弯曲性)比值。铆钉可将第一元件稳固至一个或多个另外的元件。
[0006]该铆钉可维持与6xxx系列铝合金的紧密接触。在一个实施例中，该铆钉为自冲铆钉(SPR)。SPR所形成的扣形物(button)可在6xxx系列销合金中形成，同时扣形物中基本无开裂。在一个实施例中，6xxx系列销合金具有可达0.3的r/t比值。6xxx系列销合金可为6061合金或6111合金并可被热处理成T7或T8状态。在一个实施例中，6xxx系列铝合金可被热处理成具有至少260MPa的屈服强度。在一个实施例中，该组件可包括通过铆钉接合的多达四个元件。第一元件和一个或多个另外的元件均由热处理成具有至少200MPa的屈服强度和可达0.4的r/t (弯曲性)比值的6XXX系列铝合金形成。第一元件和一个或多个另外的元件均可具有0.8至4_的厚度。
[0007]在至少一个实施例中，提供了一种将铝合金接合至汽车组件的方法。该方法可包括:以220 °C至240 °C的温度对6xxx系列铝合金持续热处理30分钟至7小时以产生具有至少200MPa的屈服强度和可达0.4的r/t (弯曲性)比值的合金。该方法可进一步包括将含有热处理合金的第一元件铆接至一个或多个另外的元件。
[0008]这种铆接可采用自冲铆钉(SPR)完成。在一个实施例中，热处理步骤具有5至7小时的持续时间。该热处理步骤可包括:将6XXX系列铝合金热处理成具有可达0.3的r/t比值的T7状态。在另一个实施例中，热处理步骤可具有30至90分钟的持续时间。该热处理步骤可包括:将6XXX系列铝合金热处理成具有至少260MPa的屈服强度的T8状态。
[0009]在至少一个实施例中，提供了一种包括第一元件的组件，该第一元件包括被热处理成具有至少200MPa的屈服强度和可达0.4的r/t (弯曲性)比值的6xxx系列铝合金。一个或多个另外的元件可通过自冲铆钉(SPR)稳固至第一元件，该SPR延伸穿过所述一个或多个另外的元件并维持与6xxx系列销合金的紧密接触。扣形物可在6xxx系列销合金中形成，且SPR可终止于该扣形物中。该6xxx系列铝合金还可被热处理成具有至少260MPa的屈服强度。
【附图说明】
[0010]图1为示出销合金的若干处理阶段(tempering stages)的强度与人工时效时间的不意图；
[0011]图2是根据一个实施例所要接合的两个元件的组件的示意性截面图；
[0012]图3A是包括由自冲铆钉(SPR)接合的经过T6状态的铝合金的组件的截面图；
[0013]图3B和图3C分别是图3A的组件的斜视图和仰视图；
[0014]图4A是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有T7状态的铝合金的组件的截面图；
[0015]图4B和图4C分别是图4A的组件的斜视图和仰视图；
[0016]图5是可被用以测试铝合金的弯曲性的半引导翘曲弯曲测试仪的图片；
[0017]图6是采用图5的翘曲弯曲测试仪进行测试的试件的实例；
[0018]图7A和图7B分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.28的r/t比值的1.8mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0019]图8A和图8B分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.71的r/t比值的1.8mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0020]图9A和图9B分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.25的r/t比值的2.0mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0021]图1OA和图1OB分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.64的r/t比值的2.0mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0022]图1lA和图1lB分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.3的r/t比值的2.7mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0023]图12A和图12B分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.75的r/t比值的
2.7mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0024]图13A和图13B分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.23的r/t比值的
3.5mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0025]图14A和图14B分别是包括由自冲铆钉(SPR)接合的具有0.65的r/t比值的
3.5mm厚的6111铝合金的组件的截面图和仰视图；
[0026]图15A和图15B是包括在多次热处理之后针对6061合金的屈服强度和弯曲性数据的表格；
[0027]图16是由SPR接合的6111合金件的弯曲性与厚度的数据图及铆钉接合的可接受性的数据图。
【具体实施方式】
[0028]本发明的具体实施例按要求在此公开，然而，应当理解，在此公开的实施例仅为本发明的示例，其能够以各种替代方式实施。附图未必按比例绘制；可对一些特征放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应视为限定，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。
[0029]铝合金通常由四位数字表示，其中，第一数字通常表示主要合金元素。在该系列符号中由字母“X”表示的另外的数字限定准确的铝合金。例如，5XXX系列的主要合金元素为镁，且对于6xxx系列而言，主要合金元素为镁和娃。对于5xxx和6xxx系列销合金而言，分别为铝-镁和铝-镁-硅合金。这种5XXX和6XXX系列铝合金可通过与软钢板的成形和加工的方法相符的方法进行成形和加工。通常具有高强度的7XXX系列具有铝和锌作为主要合金元素。
[0030]特定6xxx系列合金的实例可包括6061，其可具有的成分包括0.4%至0.8%的硅、可达0.7%的铁、0.15%至0.40%的铜、可达0.15%的锰、0.8%至1.2%的镁、0.04%至0.35%的铬、可达0.25%的锌、可达0.15%的钛及每种可达0.05%的其它元素(总共0.15% )，所有上述元素的百分比为重量百分比，其余为铝。多种汽车部件，诸如支架、车身部件、紧固件及其它可包括6061铝。6XXX系列合