CN112375945A - 新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材及其加工工艺 - Google Patents

新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材及其加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材，其成分配比如下：Si：0.64‑0.70％，Fe：0.15‑0.20％，Cu：0.16‑0.21％，Mn：0.02‑0.05％，Mg：0.86‑0.91，Cr：0.15‑0.20％，余量为铝。本发明还公开了新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的加工工艺，包括依次进行的如下工艺步骤：根据合金成分熔铸铝棒→光谱分析检验→挤压成型→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。本发明通过合金成分的合理配比改良，做到性能满足国内外技术要求，各项技术质量指标优于相关国家标准，且质量可靠稳定。

Description

新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材及其加工工艺
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材及其加工工艺。
背景技术
随着汽车轻量化及绿色新能源电动汽车的全球普及，很多国家相应出台了对新能源汽车的扶持政策，以及对燃油车的禁售年限，汽车用铝的量也随之不断增加，有原来单一的发动机、天窗使用铝合金，很多部件也由钢材改为使用铝合金或钢铝复合材料，如绿色新能源的电池托盘、电池包，汽车前后保险杠、汽车车架等，甚至有些国际高端车型改用全铝车身。6061属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性，同时具有中等强度。铝合金不仅强度高，宜加工，还具有重量轻(比钢材密度轻接近1/3)的优点。6061-T6是6061合金的主要合金状态，是经热处理工艺挤压生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。而根据6061合金机械性能，为保证汽车的安全系数，众多汽车厂在设计时就要求其性能必须大于以上标准要求；国内的很多铝材厂虽有很多，能够真正做到性能稳定且完全掌握的厂却很少，特别是对合金成分配比来提升产品性能研发的企业少之又少，往往生产出的产品质量不稳定，严重影响了企业对高精专发展路线，制约了企业的发展。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材，主要通过合金成分的合理配比改良，做到性能满足国内外技术要求，各项技术质量指标优于相关国家标准，且质量可靠稳定。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材，6061合金铝型材其成分配比如下：Si：0.64-0.70％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.16-0.21％，Mn：0.02-0.05％，Mg：0.86-0.91，Cr：0.15-0.20％，余量为铝。6061合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。添加有一定比例的锰与铬，能够阻止铝及其合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，还可以中和铁的坏作用，对合金有一定的强化作用；添加少量的铜，有一定的固溶强化作用，CuAl2有着显著的时效强化效果，还可以提高合金的切削性能，而又不使其抗蚀性有明显降低，还能抵销钛及铁对导电性的不良影响。
进一步的技术方案是，加工新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的工艺，包括依次进行的如下工艺步骤：根据合金成分熔铸铝棒→光谱分析检验→挤压成型→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。在批量生产前有小试的环节，具体是按照如下的工艺流程进行的：合金成分确定→铸棒→光谱分析检验→小批量挤压试生产→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库→客户确认→批量生产。
进一步的技术方案是，在熔铸铝棒这一工序中，包括如下工序：
配料：根据合金配比，计算出各种合金成分的添加量，采用高纯铝锭熔炼；
熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效去除，熔炼温度730-740℃，精炼时间25-30分钟，搅拌时间4-6分钟；采用在线除气，流量1.5-1.8m3/h；；
铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成6061铝棒，铸造温度680-700℃，铸造转速220-240r/min；采用双级陶瓷过滤，过滤板目数分别为50ppi/30ppi；
均匀化温度560℃，保温18h，出炉强风加喷雾冷却，铝棒硬度≤48HV。配料时根据合金配比，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料，须100％采用高纯铝锭熔炼，不允许添加任何回料；ppi是指一平方英寸上面有多少个孔。
进一步的技术方案为，在挤压成型工序中，挤压筒温度420-430℃，模具温度470-480℃，保温4-6h；铝棒温度为480-490℃，挤压速度与出料速度一致，为3.5-4.5m/min，出口温度在520-550℃之间；挤压成型时采用在线淬火、强风加水雾的冷却方式，出淬温度≤100℃；拉伸率为0.3％-0.5％；挤压后切除未及时淬火部分，碱蚀验证，切除成层缩尾。
进一步的技术方案为，人工时效工序中，时效温度为175℃，保温8h，出炉强风冷却，冷却速度为200℃/分钟。
本发明的优点和有益效果在于：添加有一定比例的锰与铬，能够阻止铝及其合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，还可以中和铁的坏作用，对合金有一定的强化作用；添加少量的铜，有一定的固溶强化作用，CuAl2有着显著的时效强化效果，还可以提高合金的切削性能，而又不使其抗蚀性有明显降低，还能抵销钛及铁对导电性的不良影响；采用本配方及加工工艺，铝合金型材其拉伸强度(25°Rm/MPa)≥280、屈服强度(25°Rp0.2/MPa)≥260、延伸率A50mm％≥10；且化学成分符合GB/T3190-2008规定要求，各项低倍组织、显微组织均须符合GB/T6892-2015中的各项要求。按本配比及工艺制造的铝合金型材其低倍组织试样上无裂纹、成层、缩尾存在，无光亮晶粒、无金属夹杂物和外来夹杂物存在；型材试样显微组织无过烧，表面区平均晶粒度级别指数为3-4级，中心区域平均晶粒度级别指数为8-10级。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明是新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材，其成分配比如下：Si：0.64-0.70％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.16-0.21％，Mn：0.02-0.05％，Mg：0.86-0.91，Cr：0.15-0.20％，余量为铝。
加工所述新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的工艺，包括依次进行的如下工艺步骤：根据合金成分熔铸铝棒→光谱分析检验→挤压成型→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。在熔铸铝棒这一工序中，包括如下工序：
配料：根据合金配比，计算出各种合金成分的添加量，采用高纯铝锭熔炼；
熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效去除，熔炼温度730-740℃，精炼时间25-30分钟，搅拌时间4-6分钟；采用在线除气，流量1.5-1.8m3/h；；
铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成6061铝棒，铸造温度680-700℃，铸造转速220-240r/min；采用双级陶瓷过滤，过滤板目数分别为50ppi/30ppi；
均匀化温度560℃，保温18h，出炉强风加喷雾冷却，铝棒硬度≤48HV。在所述挤压成型工序中，挤压筒温度420-430℃，模具温度470-480℃，保温4-6h；铝棒温度为480-490℃，挤压速度与出料速度一致，为3.5-4.5m/min，出口温度在520-550℃之间；挤压成型时采用在线淬火、强风加水雾的冷却方式，出淬温度≤100℃；拉伸率为0.3％-0.5％；挤压后切除未及时淬火部分，碱蚀验证，切除成层缩尾。人工时效工序中，时效温度为175℃，保温8h，出炉强风冷却，冷却速度为200℃/分钟。(在本发明中，涉及到强风冷却的，都参照上述强风冷却方式，冷却速度为200℃/分钟。)
经本配方及工艺制成的铝合金形成其力学性能如下：6061-T6(头部)的拉伸强度(25°Rm/MPa)为314Mpa，屈服强度(25°Rp0.2/MPa)为279Mpa，延伸率A50mm为15.3％；6061-T6(尾部)的拉伸强度(25°Rm/MPa)为305Mpa，屈服强度(25°Rp0.2/MPa)为266Mpa，延伸率A50mm为14.9％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材，其特征在于，所述6061合金铝型材其成分配比如下：Si：0.64-0.70％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.16-0.21％，Mn：0.02-0.05％，Mg：0.86-0.91，Cr：0.15-0.20％，余量为铝。
2.加工如权利要求1所述新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的工艺，其特征在于，包括依次进行的如下工艺步骤：根据合金成分熔铸铝棒→光谱分析检验→挤压成型→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。
3.如权利要求2所述的新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的加工工艺，其特征在于，在熔铸铝棒这一工序中，包括如下工序：
配料：根据合金配比，计算出各种合金成分的添加量，采用高纯铝锭熔炼；
熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效去除，熔炼温度730-740℃，精炼时间25-30分钟，搅拌时间4-6分钟；采用在线除气，流量1.5-1.8m3/h；；
铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成6061铝棒，铸造温度680-700℃，铸造转速220-240r/min；采用双级陶瓷过滤，过滤板目数分别为50ppi/30ppi；
均匀化温度560℃，保温18h，出炉强风加喷雾冷却，铝棒硬度≤48HV。
4.如权利要求3所述的新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的加工工艺，其特征在于，在所述挤压成型工序中，挤压筒温度420-430℃，模具温度470-480℃，保温4-6h；铝棒温度为480-490℃，挤压速度与出料速度一致，为3.5-4.5m/min，出口温度在520-550℃之间；挤压成型时采用在线淬火、强风加水雾的冷却方式，出淬温度≤100℃；拉伸率为0.3％-0.5％；挤压后切除未及时淬火部分，碱蚀验证，切除成层缩尾。
5.如权利要求4所述的新能源汽车电池托盘挤压用6061合金铝型材的加工工艺，其特征在于，所述人工时效工序中，时效温度为175℃，保温8h，出炉强风冷却，冷却速度为200℃/分钟。
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