CN109943756A - 一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法，通过改善配料成分，并采用梯度加热工艺，即将挤压前加热好的铝棒从前到后沿其轴线方向温度逐渐降低，形成温度梯度，实现等温挤压，使得加热、加工之后的产品芯表温度均匀、表面色泽亮丽、力学性能偏差小，且该制备方法制得的铝合金型材抗拉强度达到310MPa以上、屈服强度达到270MPa以上、伸长率达到11％以上，大大提高了产品质量，从而改善整体新能源汽车的质量。

Description

一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法，属于型材加工技术领域。

背景技术

为了应对能源与环境问题的巨大挑战，当前全球汽车工业都在努力地满足日益严苛的节能减排的法规要求，以提高能量利用率，减少汽车对环境的污染。因此，新能源汽车日益成为未来汽车工业发展的方向。新能源汽车与传统汽车的区别在于，新能源汽车是采用电池作为动力来驱动汽车运转，其受动力电池重量、动力电池续航里程的限制以及汽车节能减排政策的高压，在车辆设计和资料应用上，其车体轻量化成为车企首先要思索的问题。因而，电池驱动的新能源汽车比传统汽车更迫切需求车身减重，这也为铝等轻质材料开辟了愈加宽广的市场空间。

铝在新能源汽车零部件的应用主要有车身、轮毂、底盘、防撞梁、地板、动力电池和座椅等。目前，新能源汽车多采用铝合金型材制造电动汽车动力电池托盘，进一步改善新能源汽车的轻量化程度。

通常铝合金型材的加工流程主要包括熔铸、挤压和表面处理三道工序，熔铸包括配料、熔炼和铸造，经过熔铸工序将铝液铸造成铝棒，铝棒在进入挤压机挤压时，铝棒与模具接触的表面会产生很大的摩擦力，从而不断产生挤压热，挤压过程中尚未挤压部分的铝棒的温度会不断上升，由于铝棒的输送速度为匀速，使得铝棒的前段和后段之间存在较大的温差，变化的挤压温度对挤压出来的型材性能造成很大的影响，其硬度、表面质量及成品率都会受影响。这样的生产工艺，导致生产出的铝合金型材强度较低，可焊性差、使用寿命短，从而影响整体新能源汽车的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种强度高、可焊性好的新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，该铝合金化学成分按重量百分比计为Mg：0.95～1.06％，Si：0.70～0.75％，Cu： 0.22～0.30％，Mn：0.08～0.13％，Cr：0.08～0.11％，Ti：0.008～0.012％，Fe：0～0.18％，Zn：0～0.05％，Zr：0.02～0.05％，余量为Al。

本发明化学元素在铝合金中的作用如下：

Mg：镁可以改善铝合金的机械性质和切削性。本发明镁含量控制在0.95～1.06％。

Si：硅可以使铝合金流动良好，并能减少缩孔改善耐压性，还可以改善焊接性、减小热膨胀系数，大量添加虽能提高耐磨性，但切削性会变差。本发明硅含量控制在0.70～0.75％。

Cu：铜可以改善铝合金的机械性质和切削性，但是耐腐蚀性和熔汤流动性变差，引起热间断裂。本发明铜含量控制在0.22～0.30％。

Mn：锰元素对铝合金的结晶细微化和防止缩孔都有效果，但其添加量要根据合金中铁的含量来变化，否则会产生粗大的初晶、机械性能显著下降。本发明锰含量控制在0.08～0.13％。

Cr：铬元素对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。本发明铬含量控制在0.08～0.11％。

Ti：添加少量的钛元素可以使铝合金的结晶细微化、改善机械性质。本发明钛含量控制在0.008～0.012％。

Fe：少量的铁元素可以减少铝合金的缩孔、使结晶细微化。本发明铁含量控制在0～ 0.18％。

Zn：锌元素和镁元素一起添加可以改善铝合金的机械性质，但是耐腐蚀性下降，而且添加量过多的话容易产生缩孔，应尽量降低。本发明锌含量控制在0～0.05％。

Zr：锆元素可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。本发明锆含量控制在0.02～0.05％。

一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材的制备方法，主要制备工艺如下：

主要生产工序包括：熔铸—均匀化—冷却—挤压—拉伸—时效，具体操作如下：

(1)熔铸：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去，将熔炼好的铝液通过深井铸造系统冷却铸造成铝合金铸锭；

(2)均匀化：将铝合金铸锭放置于570±5℃下进行高温均匀化处理，加热8-12h；

(3)冷却：采用强水进行冷却，将其冷却至100±5℃；

(4)挤压：通过热剪装置将铸锭剪切成长度为500-750mm的短铝棒，将其送入天然气铝棒加热炉内进行预加热之后，再送入挤压机内进行挤压成型，挤出型材温度为 510-530℃，其中挤压机内设置有四个阶段的加热区域，第一阶段设置为500℃，第二阶段设置为450℃，第三阶段设置为400℃，第四阶段设置为300℃；

(5)拉伸：按0.8％-1.31％的变形量对挤压型材进行拉伸矫直；

(6)时效：将拉伸之后的型材锯切装框≤12h，再将其送至时效炉内进行时效处理，时效温度为175±5℃，保温8-10h，出炉后空冷至室温即得铝合金型材成品。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材及其制备方法，通过改善配料成分，并采用梯度加热工艺，即将挤压前加热好的铝棒从前到后沿其轴线方向温度逐渐降低，形成温度梯度，实现等温挤压，使得加热、加工之后的产品芯表温度均匀、表面色泽亮丽、力学性能偏差小，且该制备方法制得的铝合金型材抗拉强度达到310MPa以上、屈服强度达到270MPa以上、伸长率达到11％以上，大大提高了产品质量，从而改善整体新能源汽车的质量。

具体实施方式

实施例一

本发明涉及一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，该铝合金化学成分按重量百分比计为Mg：0.95％，Si：0.70％，Cu：0.22％，Mn：0.08％，Cr：0.08％，Ti：0.008％， Fe：0％，Zn：0％，Zr：0.02％，余量为Al，该铝合金型材的主要制备工艺如下：

主要生产工序包括：熔铸—均匀化—冷却—挤压—拉伸—时效，具体操作如下：

(1)熔铸：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去，将熔炼好的铝液通过深井铸造系统冷却铸造成铝合金铸锭；

(2)均匀化：将铝合金铸锭放置于568℃下进行高温均匀化处理，加热9h；

(3)冷却：采用强水进行冷却，将其冷却至95℃；

(4)挤压：通过热剪装置将铸锭剪切成长度为500mm的短铝棒，将其送入天然气铝棒加热炉内进行预加热之后，再送入挤压机内进行挤压成型，挤出型材温度为515℃，其中挤压机内设置有四个阶段的加热区域，第一阶段设置为500℃，第二阶段设置为 450℃，第三阶段设置为400℃，第四阶段设置为300℃；

(5)拉伸：按0.9％的变形量对挤压型材进行拉伸矫直；

(6)时效：将拉伸之后的型材锯切装框10h，再将其送至时效炉内进行时效处理，时效温度为172℃，保温9h，出炉后空冷至室温即得铝合金型材成品。

实施例二

本发明涉及一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，该铝合金化学成分按重量百分比计为Mg：1.02％，Si：0.72％，Cu：0.25％，Mn：0.11％，Cr：0.9％，Ti：0.010％， Fe：0.08％，Zn：0.024％，Zr：0.035％，余量为Al，该铝合金型材的主要制备工艺如下：

主要生产工序包括：熔铸—均匀化—冷却—挤压—拉伸—时效，具体操作如下：

(1)熔铸：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去，将熔炼好的铝液通过深井铸造系统冷却铸造成铝合金铸锭；

(2)均匀化：将铝合金铸锭放置于572℃下进行高温均匀化处理，加热10h；

(3)冷却：采用强水进行冷却，将其冷却至100℃；

(4)挤压：通过热剪装置将铸锭剪切成长度为600mm的短铝棒，将其送入天然气铝棒加热炉内进行预加热之后，再送入挤压机内进行挤压成型，挤出型材温度为520℃，其中挤压机内设置有四个阶段的加热区域，第一阶段设置为500℃，第二阶段设置为 450℃，第三阶段设置为400℃，第四阶段设置为300℃；

(5)拉伸：按1.15％的变形量对挤压型材进行拉伸矫直；

(6)时效：将拉伸之后的型材锯切装框12h，再将其送至时效炉内进行时效处理，时效温度为176℃，保温8h，出炉后空冷至室温即得铝合金型材成品。

实施例三

本发明涉及一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，该铝合金化学成分按重量百分比计为Mg：1.06％，Si：0.75％，Cu：0.30％，Mn：0.13％，Cr：0.11％，Ti：0.012％， Fe：0.18％，Zn：0.05％，Zr：0.05％，余量为Al，该铝合金型材的主要制备工艺如下：

主要生产工序包括：熔铸—均匀化—冷却—挤压—拉伸—时效，具体操作如下：

(1)熔铸：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去，将熔炼好的铝液通过深井铸造系统冷却铸造成铝合金铸锭；

(2)均匀化：将铝合金铸锭放置于574℃下进行高温均匀化处理，加热12h；

(3)冷却：采用强水进行冷却，将其冷却至102℃；

(4)挤压：通过热剪装置将铸锭剪切成长度为700mm的短铝棒，将其送入天然气铝棒加热炉内进行预加热之后，再送入挤压机内进行挤压成型，挤出型材温度为525℃，其中挤压机内设置有四个阶段的加热区域，第一阶段设置为500℃，第二阶段设置为 450℃，第三阶段设置为400℃，第四阶段设置为300℃；

(5)拉伸：按1.21％的变形量对挤压型材进行拉伸矫直；

(6)时效：将拉伸之后的型材锯切装框10h，再将其送至时效炉内进行时效处理，时效温度为180℃，保温10h，出炉后空冷至室温即得铝合金型材成品。

经由上述制备工艺制得的铝合金型材，其力学性能见表1。

表1各实施例所生产的铝合金型材的力学性能

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材，其特征在于：该铝合金化学成分按重量百分比计为Mg：0.95～1.06％，Si：0.70～0.75％，Cu：0.22～0.30％，Mn：0.08～0.13％，Cr：0.08～0.11％，Ti：0.008～0.012％，Fe：0～0.18％，Zn：0～0.05％，Zr：0.02～0.05％，余量为Al。

2.一种制造权利要求1所述一种新能源汽车电池托盘高强铝合金型材的制备方法，其特征在于：主要制备工艺如下：

主要生产工序包括：熔铸—均匀化—冷却—挤压—拉伸—时效，具体操作如下：

(1)熔铸：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去，将熔炼好的铝液通过深井铸造系统冷却铸造成铝合金铸锭；

(2)均匀化：将铝合金铸锭放置于570±5℃下进行高温均匀化处理，加热8-12h；

(3)冷却：采用强水进行冷却，将其冷却至100±5℃；

(4)挤压：通过热剪装置将铸锭剪切成长度为500-750mm的短铝棒，将其送入天然气铝棒加热炉内进行预加热之后，再送入挤压机内进行挤压成型，挤出型材温度为510-530℃，其中挤压机内设置有四个阶段的加热区域，第一阶段设置为500℃，第二阶段设置为450℃，第三阶段设置为400℃，第四阶段设置为300℃；

(5)拉伸：按0.8％-1.31％的变形量对挤压型材进行拉伸矫直；

(6)时效：将拉伸之后的型材锯切装框≤12h，再将其送至时效炉内进行时效处理，时效温度为175±5℃，保温8-10h，出炉后空冷至室温即得铝合金型材成品。