CN112609111A - 一种电池托盘用6110铝合金型材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金加工技术领域，公开了一种电池托盘用6110铝合金型材及制备方法，其铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.90～1.00％，Cu：0.15～0.17％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.80～0.85％，Cr：0.10～0.11％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。本发明通过微调6110铝合金成分，并改进挤压工艺来改善高成分硬质6110挤压铝合金流动性，保证型材成型性同时具有超高综合性能及良好的表面质量，其屈服强度可达340MPA，腐蚀深度小于200μm。
Description
技术领域
本发明属于铝合金加工领域，具体涉及一种电池托盘用6110铝合金型材及制备方法。
背景技术
目前，新能源汽车的发展越来越受重视。新能源汽车采用电能为输出动力，需要配备大量电池组作为动力源，而新能源汽车电池托盘零部件起到支撑及保护电池组的功能，是主要的受力结构件及安全保护类产品。随着高端新能源汽车的问世，对电池托盘支撑类铝合金产品提出了更高的性能标准要求。而现阶段的挤压生产的此类产品大部分采用的是6082、6061或6005A合金，已无法满足如今高强度电池托盘支撑类挤压铝合金产品的性能要求。
为了顺应市场需求，需采用高成分硬质6110铝合金挤压生产电池托盘支撑类产品以满足超高强度的性能标准要求。但现在的市面上暂未见有6110挤压铝合金用以电池托盘支撑类产品，是由于该6110铝合金材料本身存在的合金化程度高、淬火敏感性高、断面壁厚薄并且其有较高的力学性能及表面质量要求，因此在前期开发中遇到模具使用寿命短，力学性能低，表面质量差、尺寸精度低的诸多缺陷，给批量生产带来了极大的困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电池托盘用6110铝合金型材及制备方法，旨在解决6110挤压铝合金流动性、成型性、综合力学性及表面质量差等问题。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种电池托盘用6110铝合金型材，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.90～1.00％，Cu：0.15～0.17％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.80～0.85％，Cr：0.10～0.11％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
优选的，铝材中Si和Mg形成Mg2Si成分的含量在1.1～1.5％，且过剩的Si的含量在0.4～0.5％。
优选的，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.90％，Cu：0.15％，Mn：0.15％，Mg：0.80％，Cr：0.10％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
优选的，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.95％，Cu：0.16％，Mn：0.18％，Mg：0.82％，Cr：0.10％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
优选的，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：1.00％，Cu：0.17％，Mn：0.20％，Mg：0.85％，Cr：0.11％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
本发明还提供一种电池托盘用6110铝合金型材的制备方法，包括：1)按上述的6110铝合金型材的化学成分进行配料，并经熔铸、均质后铸造成铝棒；2)将铸造出炉的铝棒直接转移至挤压筒内进行挤压成型，得到电池托盘用6110铝合金型材。
进一步，在步骤1)的熔铸中氢元素含量不超过0.15ml/100g。
进一步，在步骤1)的均质中采用中温长时水冷，且控制温度在515～525℃、时长为11～13h。
进一步，在步骤2)的挤压成型中所用模具采用充氮结构，并加深模具前室，且控制模具温度为450～470℃。
进一步，在步骤2)中控制：铝棒铸造出炉至进入挤压筒的转移时间≤1min，挤压突破压力在20～25MPa，挤压杆速为1.5～2.0mm/s，铝棒头端挤压温度为515～535℃，尾端挤压温度为495～515℃，铝合金型材出口温度在520～530℃。
本发明的有益效果是：本发明通过合理的成分配比及优化熔铸过程、均质制度和模具结构，并严格控制挤压工艺参数，使得在保证6110铝合金型材表面质量及尺寸精度的前提下大幅度提高了此类产品的力学性能，且6110铝合金型材的屈服强度可到达340Mpa以上，腐蚀深度小于200μm，满足了新能源汽车电池托盘支撑类产品超高性能的要求，并能够延长其使用寿命，提升了新能源汽车整体的安全质量品质，且可回收性能够再循环利用。还在一定程度上为高性能6110挤压铝合金工艺技术领域的开发提供了参考依据。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的电池托盘用6110铝合金型材的断面结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本实施例提及的电池托盘用6110铝合金型材，其铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.90～1.00％，Cu：0.15～0.17％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.80～0.85％，Cr：0.10～0.11％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
本铝材中涉及的Si元素和Mg元素的合理配比十分重要，可改善6110挤压铝合金流动性，特别是成分中需控制Mg2Si含量在1.1～1.5％范围内，过剩Si含量应控制在0.4～0.5％之间，并需严格控制Mn含量在0.15～0.2％，此成分设计在保证力学性能及晶间腐蚀的基础上，最大限度的提高了型材的表面质量及可挤压性，同时兼顾型材高尺寸精度要求。此外Si元素的添加能解决铝铜合金和铝镁合金不能固溶强化的现象，其用量相当于Mg元素和Cu元素之和，为后续的屈服强度提供保障。Mg元素和Al能有较高的互溶，对铝合金的物理性能有较大提高，采用本含量的镁元素能够使最终铸造铝合金在挤压及热处理后具有流动性较好，且型材成型性好同时具有超高综合性能及良好的表面质量等性能，且不会增加合金脆性。Cu元素与Al一样具有面心立方结构，Cu的熔点较高，在铸造铝合金中添加Cu元素，不会形成任何三元化合物。Cu和Al的晶格常数相差很大，但Cu能溶于Al，因此加入铜元素后，使Al的点阵发生很大的畸变，产生很显著的强化作用，随着Cu含量的提高，强度急剧升高而延伸率剧烈下降。为保证综合性能，需要较优良的屈服强度及表面质量，因此将Cu元素的添加量控制在本含量范围内。Fe元素和Zn元素作为过渡族元素，可强化基体和晶界，使得铝硅镁系铸造铝合金具有优良的高温综合力学性能。单独添加Zn元素对铝合金强度的提高十分有限，同时还存在应力腐蚀开裂倾向，但是Zn元素和Mg元素能形成强化相，可提高合金的屈服强度。Mn元素熔点高于Cu元素，Mn元素在铸造铝合金中起到两方面作用，一为中和Fe元素的有害作用，使Fe元素仅发挥其正面作用即提高高温性能的作用，因此Fe元素和Mn元素的配比也是选取Mn元素含量的重要参考参数；二为提铸造铝合金的耐蚀性，添加Mn元素可以细化材料组织，提高再结晶温度，增强铝合金的耐热性。而在铝合金成分中杂质元素主要是碳、硫等有害杂质元素。
具体的，如下面的表1所示的实施例1-3铝材的成分及其质量百分比。
表1：实施例1-3铝合金的成分及其质量百分比
实施1：
首先，按照表1中实施例1的铝材的各成分质量百分比进行配料，并经并经熔铸、均质后铸造成铝棒；其熔铸采用铸造机进行成型铸造，包括有熔炼、搅拌、除气精炼、清渣、静置及过滤等操作，并严格控制铝棒的纯净度，在铝锭熔铸时添加的废料量不允许超过20％，且只可添加表面为基材的废铝，铸造过程中氢元素含量不超过0.15ml/100g；而对铝棒采用中温长时水冷均质，制度为520℃x12h，防止铝锭中成分偏析，使第二相弥散分部在基体中，以提高铝锭可挤压性，改善型材表面质量；然后，将铸造出炉的铝棒直接转移至挤压筒内进行挤压成型，为避免型材表面出现毛刺、颗粒等缺陷，模具设计时采用充氮结构，凸台位置工作带由28mm缩短至20mm，且模具前室加深，增加薄壁位置的供铝量，并增加该位置焊合室面积；挤压工艺方面选用2750T卧式挤压机生产米重为4Kg/m，周长为430mm，外接圆直径为φ110mm，壁厚在2.5-6mm高强度电池托盘支撑类产品。采用700mm短铸锭生产，铸锭出炉至进入挤压筒的转移时间应≤1min，并控制挤压突破压力20MPa，淬火装置最大限度靠近铝合金型材出口位置，控制距离为500cm，严格控制模具温度为450℃℃、挤压铸锭温度控制为头端515℃℃，尾端495℃，铝合金型材出口温度控制在520℃范围内，挤压杆速1.5mm/s，从而得到电池托盘用6110铝合金型材。
原新能源汽车电池托盘支撑架类挤压铝合金产品多采用普通型低成分6系挤压铝合金，运用于汽车产品结构件存在一定安全隐患，无法满足高端新能源电力汽车的发展趋势，而采用本6110铝合金型材，通过合理化成分及各个工艺参数的合理控制，调整挤压工艺改善高成分硬质6110挤压铝合金流动性，保证型材成型性同时具有超高综合性能及良好的表面质量，使其屈服强度可达340MPA，腐蚀深度小于200μm，尺寸精度可同时满足国标、欧标、美标等标准要求。
实施2：
首先，按照表1中实施例1的铝材的各成分质量百分比进行配料，并经并经熔铸、均质后铸造成铝棒；其熔铸采用铸造机进行成型铸造，包括有熔炼、搅拌、除气精炼、清渣、静置及过滤等操作，并严格控制铝棒的纯净度，在铝锭熔铸时添加的废料量不允许超过20％，且只可添加表面为基材的废铝，铸造过程中氢元素含量不超过0.15ml/100g；而对铝棒采用中温长时水冷均质，制度为520℃x12h，防止铝锭中成分偏析，使第二相弥散分部在基体中，以提高铝锭可挤压性，改善型材表面质量；然后，将铸造出炉的铝棒直接转移至挤压筒内进行挤压成型，为避免型材表面出现毛刺、颗粒等缺陷，模具设计时采用充氮结构，凸台位置工作带由28mm缩短至20mm，且模具前室加深，增加薄壁位置的供铝量，并增加该位置焊合室面积；挤压工艺方面选用2750T卧式挤压机生产米重为4Kg/m，周长为430mm，外接圆直径为φ110mm，壁厚在2.5-6mm高强度电池托盘支撑类产品。采用700mm短铸锭生产，铸锭出炉至进入挤压筒的转移时间应≤1min，并控制挤压突破压力22MPa，淬火装置最大限度靠近铝合金型材出口位置，控制距离为500cm，严格控制模具温度为460℃、挤压铸锭温度控制为头端525℃，尾端500℃，铝合金型材出口温度控制在525℃范围内，挤压杆速1.8mm/s，从而得到电池托盘用6110铝合金型材。
经过上述制备方法得到的电池托盘用6110铝合金型材的机械性能具有同实施例1一样的、能够满足实际安装需求。
实施例3：
首先，按照表1中实施例1的铝材的各成分质量百分比进行配料，并经并经熔铸、均质后铸造成铝棒；其熔铸采用铸造机进行成型铸造，包括有熔炼、搅拌、除气精炼、清渣、静置及过滤等操作，并严格控制铝棒的纯净度，在铝锭熔铸时添加的废料量不允许超过20％，且只可添加表面为基材的废铝，铸造过程中氢元素含量不超过0.15ml/100g；而对铝棒采用中温长时水冷均质，制度为520℃x12h，防止铝锭中成分偏析，使第二相弥散分部在基体中，以提高铝锭可挤压性，改善型材表面质量；然后，将铸造出炉的铝棒直接转移至挤压筒内进行挤压成型，为避免型材表面出现毛刺、颗粒等缺陷，模具设计时采用充氮结构，凸台位置工作带由28mm缩短至20mm，且模具前室加深，增加薄壁位置的供铝量，并增加该位置焊合室面积；挤压工艺方面选用2750T卧式挤压机生产米重为4Kg/m，周长为430mm，外接圆直径为φ110mm，壁厚在2.5-6mm高强度电池托盘支撑类产品。采用700mm短铸锭生产，铸锭出炉至进入挤压筒的转移时间应≤1min，并控制挤压突破压力25MPa，淬火装置最大限度靠近铝合金型材出口位置，控制距离为500cm，严格控制模具温度为470℃、挤压铸锭温度控制为头端535℃，尾端515℃，铝合金型材出口温度控制在530℃范围内，挤压杆速2.0mm/s，从而得到电池托盘用6110铝合金型材。
经过上述制备方法得到的电池托盘用6110铝合金型材的机械性能具有同实施例1一样的、能够满足实际安装需求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种电池托盘用6110铝合金型材，其特征在于，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.90～1.00％，Cu：0.15～0.17％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.80～0.85％，Cr：0.10～0.11％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的电池托盘用6110铝合金型材，其特征在于，铝材中Si和Mg形成Mg2Si成分的含量在1.1～1.5％，且过剩的Si的含量在0.4～0.5％。
3.根据权利要求1或2所述的电池托盘用6110铝合金型材，其特征在于，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.90％，Cu：0.15％，Mn：0.15％，Mg：0.80％，Cr：0.10％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
4.根据权利要求1或2所述的电池托盘用6110铝合金型材，其特征在于，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：0.95％，Cu：0.16％，Mn：0.18％，Mg：0.82％，Cr：0.10％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
5.根据权利要求1或2所述的电池托盘用6110铝合金型材，其特征在于，铝材中各化学成分的质量百分比分别为：Si：1.00％，Cu：0.17％，Mn：0.20％，Mg：0.85％，Cr：0.11％，Fe：≤0.10％，Zn：≤0.05％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
6.一种电池托盘用6110铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括：1)按如权利要求1-5任一项所述的6110铝合金型材的化学成分进行配料，并经熔铸、均质后铸造成铝棒；2)将铸造出炉的铝棒直接转移至挤压筒内进行挤压成型，得到电池托盘用6110铝合金型材。
7.根据权利要求6所述的电池托盘用6110铝合金型材的制备方法，其特征在于，在步骤1)的熔铸中氢元素含量不超过0.15ml/100g。
8.根据权利要求6所述的电池托盘用6110铝合金型材的制备方法，其特征在于，在步骤1)的均质中采用中温长时水冷，且控制温度在515～525℃、时长为11～13h。
9.根据权利要求6所述的电池托盘用6110铝合金型材的制备方法，其特征在于，在步骤2)的挤压成型中所用模具采用充氮结构，并加深模具前室，且控制模具温度为450～470℃。
10.根据权利要求6所述的电池托盘用6110铝合金型材的制备方法，其特征在于，在步骤2)中控制：铝棒铸造出炉至进入挤压筒的转移时间≤1min，挤压突破压力在20～25MPa，挤压杆速为1.5～2.0mm/s，铝棒头端挤压温度为515～535℃，尾端挤压温度为495～515℃，铝合金型材出口温度在520～530℃。
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