CN110453118A - 一种新型压铸铝合金箱体材料及其制备工艺 - Google Patents

一种新型压铸铝合金箱体材料及其制备工艺 Download PDF

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何凤华
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申芳华
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Abstract

本发明涉及一种新型压铸铝合金箱体材料，由下述质量百分比的元素组成：6.5‑13.5%Si、0.45‑1.2%Mn、0.15‑0.75%Mg、0.03‑0.08%Cu、0.05‑0.15%Zn、0.15‑0.3%Ti、0.01‑0.05%Yb、0.3‑0.7%Fe、0.05‑0.2%Er，其余为Al；本发明还涉及一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，包括称量、熔炼、除气、变质、保温和压铸成型工序，获得的材料物理性能和压铸成型工艺性能匹配合理，从而满足大批量稳定生产的需求。

Description

一种新型压铸铝合金箱体材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及新能源材料科学与技术领域，尤其涉及一种新型压铸铝合金箱体材料及其制备工艺。
背景技术
铝合金具有成型好，结构强度适中、质量轻等特点，在航空航天、新能源汽车等领域有广泛的应用；工业生产中，厚壁复杂结构箱体一般采用压铸和CNC相结合的制备工艺；压铸毛坯的后续加工余量在0.5-1mm左右；压铸件的加工精度通常和材料的硬度有关；为了避免压铸铝合金零部件因漏气而提前失效，通常要求毛坯在满足高强度的前提下，具有高的致密度和气密性；铝合金压铸件的气密性主要与铝合金中溶解的氢以及压铸工艺有关；氢分子的主要来源是铝和水分子的化学反应；其次，有机高分子的热解以及熔炼过程中溶体吸氢也是重要来源；传统Sr等变质处理过程中熔融铝液也会大量吸氢,因此会影响到压铸铝合金零部件的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型压铸铝合金箱体材料及其制备工艺，获得的材料物理性能和压铸成型工艺性能匹配合理，从而满足大批量稳定生产的需求。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种新型压铸铝合金箱体材料，由下述质量百分比的元素组成：6.5-13.5%Si、0.45-1.2%Mn、0.15-0.75%Mg、0.03-0.08%Cu、0.05-0.15%Zn、0.15-0.3%Ti、0.01-0.05%Yb、0.3-0.7%Fe、0.05-0.2%Er，其余为Al。
本发明的另一个技术方案为：一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：
1）、称量，按照元素百分比称取Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Ti、Yb、Fe、Er和Al；
2）熔炼，将步骤1）称取的Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Ti、Fe和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为720-740℃；
3）、除气，保持炉内温度为730-750℃，然后加入六氯乙烷精炼除气，静置10-15min，保持通风；
4）、变质，添加步骤1）中称取的Yb和Er进行变质和细晶处理, 并在740-760℃下保持10-15min；
5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；
6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内铝合金液进行压铸成型得到铝合金箱体。
优选的，步骤1中称取的Mn为Al-10%Mn中间合金、Yb为Al-10%Yb 中间合金，Er为Al-15%Er 中间合金，Ti为Al-5%Ti中间合金。
优选的，保温炉在使用之前喷砂清洁，并在350℃情况下烘烤48h。
优选的，步骤6）压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；20-70MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:680±15℃；单件生产周期：55-65s。
优选的，步骤3）中的六氯乙烷采用铝箔包覆，石墨钟罩压入，用量占总炉料的0.2-0.5%。
本发明的有益效果为：
1、Yb、Er具有显著细化共晶组织和晶粒提高材料的强度硬度的特点；此外，在凝固过程中，Er能够为初生相提供形核质点，提高总体形核率，细化枝晶组织，提高致密度和强度；此外，Al3Er相能够有效地钉轧晶界，形成亚结构强化；提高气密性；通过添加Yb和Er元素还可以进一步提高压铸件的硬度、强度和加工精度；
合理的压铸工艺是高品质铝合金制件成型的重要保障；合理的压射比能够有效提高溶体充填质量，减少气孔率，提高致密度；因此，本发明从材料成分设计和成型性能两个方面研发了一种新型压铸新能源汽车用铝合金箱体及其压铸成型工艺，得到的铝合金箱体其力学性能指标如下：屈服强度195-210MPa，强度范315-332MPa；延伸率3.5-5.3% ，气孔率：3.1-8.7%，最大孔径：0.8-1.7mm。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：
1）、称量，称取按照元素百分比称取Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Al-10%Yb、Fe、Al-15%Er和Al；并使元素质量百分比为：8.5%Si、0.6%Mn、0.4%Mg、0.05%Cu、0.08%Zn、0.15%Ti、0.03%Yb、0.5%Fe、0.1%Er，余量为Al；
2）熔炼，将步骤1）称取的Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Fe和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为720℃；
3）、除气，保持炉内温度为750℃，然后加入六氯乙烷精炼除气，静置10min，保持通风；六氯乙烷采用铝箔包覆，石墨钟罩压入，用量占总炉料的0.5%；
4）、变质，添加步骤1）中称取的Al-10%Yb和Al-15%Er进行变质和细晶处理, 并在740℃下保持15min；
5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；保温炉在使用之前喷砂清洁，并在350℃情况下烘烤48h；
6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内铝合金液进行压铸成型得到铝合金箱体；压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；20-70 MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:680±15℃；单件生产周期：55-65s；
实施例2
一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：
1）、称量，称取按照元素百分比称取Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Al-10%Yb、Fe、Al-15%Er和Al；并使元素质量百分比为：10%Si、0.8%Mn、0.5%Mg、0.03%Cu、0.15%Zn、0.2%Ti、0.01%Yb、0.3%Fe、0.2%Er，余量为Al；
2）熔炼，将步骤1）称取的Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Fe和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为740℃；
3）、除气，保持炉内温度为730℃，然后加入六氯乙烷精炼除气，静置15min，保持通风；六氯乙烷采用铝箔包覆，石墨钟罩压入，用量占总炉料的0.2%；
4）、变质，添加步骤1）中称取的Al-10%Yb和Al-15%Er进行变质和细晶处理, 并在750℃下保持12min；
5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；保温炉在使用之前喷砂清洁，并在350℃情况下烘烤48h；
6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内铝合金液进行压铸成型得到铝合金箱体；压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；20-70 MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:680±15℃；单件生产周期：55-65s。
实施例3
一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：
1）、称量，称取按照元素百分比称取Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Al-10%Yb、Fe、Al-15%Er和Al；并使元素质量百分比为：13.5%Si、0.45%Mn、0.75%Mg、0.03%Cu、0.15%Zn、0.15%Ti、0.03%Yb、0.7%Fe、0.05%Er，余量为Al；
2）熔炼，将步骤1）称取的Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Fe和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为730℃；
3）、除气，保持炉内温度为740℃，然后加入六氯乙烷精炼除气，静置12min，保持通风；六氯乙烷采用铝箔包覆，石墨钟罩压入，用量占总炉料的0.3%；
4）、变质，添加步骤1）中称取的Al-10%Yb和Al-15%Er进行变质和细晶处理, 并在750℃下保持15min；
5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；保温炉在使用之前喷砂清洁，并在350℃情况下烘烤48h；
6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内铝合金液进行压铸成型得到铝合金箱体；压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；20-70 MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:680±15℃；单件生产周期：55-65s。
实施例4
一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，包括如下步骤：
1）、称量，称取按照元素百分比称取Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Al-10%Yb、Fe、Al-15%Er和Al；并使元素质量百分比为：6.5%Si、1.2%Mn、0.15%Mg、0.06%Cu、0.05%Zn、0.3%Ti、0.04%Yb、0.06%Fe、0.12%Er，余量为Al；
2）熔炼，将步骤1）称取的Si、Al-10%Mn、Mg、Cu、Zn、Al-5%Ti、Fe和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为725℃；
3）、除气，保持炉内温度为745℃，然后加入六氯乙烷精炼除气，静置11min，保持通风；六氯乙烷采用铝箔包覆，石墨钟罩压入，用量占总炉料的0.4%；
4）、变质，添加步骤1）中称取的Al-10%Yb和Al-15%Er进行变质和细晶处理, 并在742℃下保持13min；
5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；保温炉在使用之前喷砂清洁，并在350℃情况下烘烤48h；
6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内铝合金液进行压铸成型得到铝合金箱体；压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；20-70 MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:680±15℃；单件生产周期：55-65s。
对实施例1-4制备的铝合金箱体进行屈服强度、断裂强度、延伸率、气孔率和最大孔直径的测试，同时选取3种国内类似牌号YL112的合金产品进行对比，在测试时，确保实施例1-4和对比例选取测试的部位面积一致、厚度一致；得到如下性能表：
通过上述表格可以得出，本实施例1-4制备的铝合金箱体各项性能指标相对于现有的YL112的合金产品均有显著的提高，能够达到新能源汽车中复杂的铝合金箱体要求。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型压铸铝合金箱体材料，其特征在于，由下述质量百分比的元素组成：6.5-13.5%Si、0.45-1.2%Mn、0.15-0.75%Mg、0.03-0.08%Cu、0.05-0.15%Zn、0.15-0.3%Ti、0.01-0.05%Yb、0.3-0.7%Fe、0.05-0.2%Er，其余为Al。
2.采用权利要求1所述铸铝合金箱体材料的一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）、称量，按照元素百分比称取Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Ti、Yb、Fe、Er和Al；
2）熔炼，将步骤1）称取的Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Ti、Fe和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为720-740℃；
3）、除气，保持炉内温度为730-750℃，然后加入六氯乙烷精炼除气，静置10-15min，保持通风；
4）、变质，添加步骤1）中称取的Yb和Er进行变质和细晶处理, 并在740-760℃下保持10-15min；
5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；
6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内铝合金液进行压铸成型得到铝合金箱体。
3.根据权利要求2所述的一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，其特征在于，步骤1中称取的Mn为Al-10%Mn中间合金、Yb为Al-10%Yb 中间合金，Er为Al-15%Er 中间合金，Ti为Al-5%Ti中间合金。
4.根据权利要求2所述的一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，其特征在于，保温炉在使用之前喷砂清洁，并在350℃情况下烘烤48h。
5.根据权利要求2所述的一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，其特征在于，步骤6）压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；20-70 MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:680±15℃；单件生产周期：55-65s。
6.根据权利要求2所述的一种新型压铸铝合金箱体制备工艺，其特征在于，步骤3）中的六氯乙烷采用铝箔包覆，石墨钟罩压入，用量占总炉料的0.2-0.5%。
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