CN113373331A - 一种汽车电池托盘用6系铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车电池托盘用6系铝合金及其制备方法和应用，通过对合金成份及热处理工艺调整，使得挤压生产时的挤压变形抗力更小且成品强度等性能更加优异。经实际生产验证，与现有的6061铝合金相比，本发明提供的汽车电池托盘用6系铝合金在进行挤压生产时，其平均主缸压力降低5个百分点以上，而时效后的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、硬度均更为优异，能够更好地满足汽车电池托盘产品生产。调整后的铝合金成份为：按照重量百分比Si:0.7%~0.8%，Fe:≤0.15%，Cu:0.03%~0.08%，Mn：0.08%~0.13%，Mg：0.6%～0.7%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.05%~0.10%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。

Description

一种汽车电池托盘用6系铝合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其涉及一种低挤压变形抗力的中高强度汽车电池托盘用6系铝合金。

背景技术

因为铝合金具备重量轻（钢铁的1/3）、不生锈、不易腐蚀、易回收使用的特点，同时铝可以通过加工硬化或者热处理提高强度，从而实现高的强度-重量比；铝合金加工性能好，适合于铸造、挤压、冲压、锻造和机械加工等不同的生产工艺；铝合金也可以添加不同合金元素及通过热处理工艺，获得不同程度的强化；铝合金表面易于形成致密的氧化膜而耐蚀性能良好；铝合金还具有良好的导电性和导热性，且无磁性等特点；另外，铝合金具有非常优秀的可回收再生性。所以铝合金材料在船舶与交通轻量化的制造应用中开始逐步壮大发展。

其中，6系Al-Mg-Si合金因为具备中高强度，易生产复杂截面，而且具有非常优秀的可回收再生性，在轻量化方面的应用越来越广泛。特别在汽车轻量化领域，近90%的车用铝合金可以再生，同时实践表明汽车上每应用1kg的铝合金可以替代2kg的钢材。目前，6系铝合金在新能源车用方面主要用于电池托盘外壳、天窗导轨、车架、防撞梁、门槛等部件，而其中又以电池托盘外壳的要求最为严格。因为其承担了对内部电池模组的承重及保护作用，还需要配合水冷系统对内部温度进行调节，同时因为体积大，需要尽可能进行轻量化设计减轻其重量增加车辆续航。但也是因为这些要求，电池托盘外壳的截面结构设计一般很复杂，多的甚至有10个以上的内部空腔结构，而且材料壁厚不均，生产难度大。

现有技术中，市场上主流的电池托盘型材都采用6061合金生产，但6061合金因为其Mg含量高，且还有一定的Cu含量，挤压变形抗力大，生产复杂断面型材效率很低，耐腐蚀性一般，而且其含Cr元素，容易在铸造过程形成偏析，进而导致材料不同位置再结晶差异，产生局部晶粒恶化的不良缺陷，影响产品疲劳强度等性能。

因此通过成份及热处理工艺开发优化，开发新的适合电池托盘产品使用的6系铝合金是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种挤压变形抗力较小且成品强度足够、适合汽车电池托盘产品生产的铝合金。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，主要包括如下制备步骤：1）铝合金成份配置，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:0.7%~0.8%，Fe:≤0.15%，Cu:0.03%~0.08%，Mn：0.08%~0.13%，Mg：0.6%～0.7%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.05%~0.10%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al；2）铸造铝合金铸锭，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，再将铝液铸造为铝合金铸锭；3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭置于均质炉内，使用540~560℃均质化处理5~8h后冷却；4）刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行分段加热，铝合金铸锭头端加热温度控制在460℃-520℃，铝合金铸锭尾端加热温度控制在420℃-480℃，加热完成后放入挤压机进行挤压成型；6）淬火冷却，冷却速度大于等于300℃/分钟；7）时效处理，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃-180℃，时效保温5-6小时。

更为优选的是，在步骤2）中，铝液经搅拌、精炼除气、过滤后铸造为铝合金铸锭。

更为优选的是，在步骤2）中，搅拌使用电磁搅拌设备进行搅拌，精炼除气使用精炼剂进行精炼除气，过滤采用陶瓷过滤板进行过滤。

更为优选的是，在步骤3）中，冷却方式为：将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。

更为优选的是，在步骤5）中，铝合金铸锭头端、尾端的加热是通过工频感应炉来进行加热的。

更为优选的是，在步骤6）中，淬火冷却的方式为喷水或者穿水淬火冷却。

本发明还提供一种汽车电池托盘用6系铝合金，其特征在于，利用如上所述的制备方法制得。

本发明还提供一种汽车电池托盘，其特征在于，利用如上所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金制得。

本发明的有益效果是：通过调整铝棒（铝合金铸锭）的合金成分及热处理工艺，使得挤压生产时的挤压变形抗力更小且成品强度等性能更加优异。经实际生产验证，与现有的6061铝合金相比，本发明提供的汽车电池托盘用6系铝合金在进行挤压生产时，其平均主缸压力降低5个百分点以上，而时效后的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、硬度均更为优异，能够更好地满足汽车电池托盘产品生产。

附图说明

图1-图3所示为三种不同型号的汽车电池托盘截面示意图。

具体实施方式

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

一种汽车电池托盘用6系铝合金，其主要包括如下制备步骤。

1）铝合金成份配置，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:0.7%~0.8%，Fe:≤0.15%，Cu:0.03%~0.08%，Mn：0.08%~0.13%，Mg：0.6%～0.7%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.05%~0.10%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。

其中，Mg/Si比是Fe、Mn消耗一定Si元素形成化合物后，时效后形成β”相（Mg5Si6）的最佳比例，可以在尽量低成份低变形抗力的情况下达到最高强度。

Fe元素控制可以减少有害针状Fe相的形成，避免影响挤压性能同时减少拉裂拖伤的产生，而且较低的Fe相可以提升材料的疲劳性能，使电池托盘成品有更高的使用寿命。

少量Cu元素的添加可以促进β”相的细化，提升材料峰值时效强度，同时也可以缩短到达峰值时效的时间，延长峰值时效时间，并且不会对耐腐蚀性造成不利影响。

Mn元素的控制可以促进均质热处理过程中Fe相的转化，减小针状相比例，从而减小挤压变形抗力；而且少量的Mn元素也可以较大提升材料的电阻率，从而减少电池托盘材料在MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）焊接过程中的热扩散，减少焊接不良的产生。

Sn元素可以在挤压后与空位快速结合，避免Mg、Si与空位结合影响后续时效效果，使材料人工时效的峰值时间不会受到停放时间的影响，以便于更好地设计时效工艺，达到最优的峰值效果。

2）铸造铝合金铸锭，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。

其中，电磁搅拌的目的是加强整体搅拌均匀性，避免铝合金内的各类元素分布不均匀，出现挤压型材的硬度及力学性能不均匀的状况。

3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用540~560℃均质化处理5~8h；待均质完成后将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。

由于Mg、Si总含量较低，且添加了Mn元素提升均质热处理效果，所以均质化处理时间比6061铝合金的均质化处理时间更短，提升了均质效率。

4）刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。通过对铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理，可以避免表面偏析层杂质在挤压过程中卷入造成型材内部影响强度与耐腐蚀性能。

5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝合金铸锭（铝棒）头端加热温度控制在460℃-520℃，铝合金铸锭（铝棒）尾端加热温度控制在420℃-480℃，加热完成后放入挤压机进行挤压成型。在这里，通过对铝棒头部、尾部加热温度的精确控制既能避免低温固溶不完全，同时又能保证头尾温差达到类似等温挤压的效果。

6）淬火冷却，挤压出材后根据型材厚度进行喷水或者穿水淬火冷却，冷却速度保证大于等于300℃/分钟。这是因为含少量Mn会提升淬火敏感性，所以需要快速冷却防止强化相在淬火过程中大量析出影响时效后性能。

7）时效处理，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃-180℃，时效保温5-6小时。这样，可以严格控制型材达到峰值时效状态，保证不出现过时效强化相转化为粗大Mg2Si-β相，确保材料拉伸性能与疲劳性能。

实施例1。

一种汽车电池托盘用6系铝合金，其主要包括如下制备步骤。

1）铝合金成份配置，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:0.75%，Fe:≤0.15%，Cu:0.05%，Mn：0.010%，Mg：0.65%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.08%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。

2）铸造铝合金铸锭，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。

3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用550℃均质化处理6h；待均质完成后将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。

4）刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。

5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝合金铸锭（铝棒）头端加热温度控制在500℃，铝合金铸锭（铝棒）尾端加热温度控制在450℃，加热完成后放入挤压机进行挤压成型。

6）淬火冷却，挤压出材后根据型材厚度进行喷水或者穿水淬火冷却，冷却速度保证大于等于300℃/分钟。这是因为含少量Mn会提升淬火敏感性，所以需要快速冷却防止强化相在淬火过程中大量析出影响时效后性能。

7）时效处理，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为175℃，时效保温5小时。

实施例2。

一种汽车电池托盘用6系铝合金，其主要包括如下制备步骤。

1）铝合金成份配置，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:0.7%，Fe:≤0.15%，Cu:0.03%，Mn：0.008%，Mg：0.7%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.10%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。

2）铸造铝合金铸锭，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。

3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用540℃均质化处理8h；待均质完成后将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。

4）刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。

5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝合金铸锭（铝棒）头端加热温度控制在460℃，铝合金铸锭（铝棒）尾端加热温度控制在420℃，加热完成后放入挤压机进行挤压成型。

6）淬火冷却，挤压出材后根据型材厚度进行喷水或者穿水淬火冷却，冷却速度保证大于等于300℃/分钟。这是因为含少量Mn会提升淬火敏感性，所以需要快速冷却防止强化相在淬火过程中大量析出影响时效后性能。

7）时效处理，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃，时效保温6小时。

实施例3。

一种汽车电池托盘用6系铝合金，其主要包括如下制备步骤。

1）铝合金成份配置，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:0.8%，Fe:≤0.15%，Cu:0.08%，Mn：0.013%，Mg：0.6%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.05%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。

2）铸造铝合金铸锭，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。

3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用560℃均质化处理5h；待均质完成后将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。

4）刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。

5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝合金铸锭（铝棒）头端加热温度控制在520℃，铝合金铸锭（铝棒）尾端加热温度控制在480℃，加热完成后放入挤压机进行挤压成型。

6）淬火冷却，挤压出材后根据型材厚度进行喷水或者穿水淬火冷却，冷却速度保证大于等于300℃/分钟。这是因为含少量Mn会提升淬火敏感性，所以需要快速冷却防止强化相在淬火过程中大量析出影响时效后性能。

7）时效处理，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为180℃，时效保温5小时。

为更好地体现本发明的进步性，下面以6061铝合金为对照例、并针对三种不同型号（不同形状、不同空腔结构）的汽车电池托盘进行对比实验。三种不同型号的汽车电池托盘截面如图1-图3所示，并分别标记为型材1、型材2和型材3。

实验方法： 6061铝合金共30件，采用随机抽样的方法将其分为三组，每组10件，各组分别用来挤压加工成型材1、型材2和型材3。随机按本发明实施例1、实施例2和实施例3的制备方法制备成型材1、型材2和型材3各10件。对各型材挤压过程中的平均主缸压力和型材时效后的性能进行统计、分析；结果如表1、表2所示。

表1、挤压性能对比

。

表2、时效后的性能对比

。

从表1和表2可以看出，与现有的6061铝合金相比，本发明提供的汽车电池托盘用6系铝合金在进行挤压生产时，其平均主缸压力降低5个百分点以上，而时效后的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、硬度均更为优异，能够更好地满足汽车电池托盘产品生产。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (8)

1.一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，主要包括如下制备步骤：

1）铝合金成份配置，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:0.7%~0.8%，Fe:≤0.15%，Cu:0.03%~0.08%，Mn：0.08%~0.13%，Mg：0.6%～0.7%，Cr：≤0.05%，Zn：≤0.05%，Sn：0.05%~0.10%，Ti：≤0.03%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al；

2）铸造铝合金铸锭，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，再将铝液铸造为铝合金铸锭；

3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭置于均质炉内，使用540~560℃均质化处理5~8h后冷却；

4）刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；

5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行分段加热，铝合金铸锭头端加热温度控制在460℃-520℃，铝合金铸锭尾端加热温度控制在420℃-480℃，加热完成后放入挤压机进行挤压成型；

6）淬火冷却，冷却速度大于等于300℃/分钟；

7）时效处理，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃-180℃，时效保温5-6小时。

2.根据权利要求1所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，在步骤2）中，铝液经搅拌、精炼除气、过滤后铸造为铝合金铸锭。

3.根据权利要求2所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，在步骤2）中，搅拌使用电磁搅拌设备进行搅拌，精炼除气使用精炼剂进行精炼除气，过滤采用陶瓷过滤板进行过滤。

4.根据权利要求1所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，在步骤3）中，冷却方式为：将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。

5.根据权利要求1所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，在步骤5）中，铝合金铸锭头端、尾端的加热是通过工频感应炉来进行加热的。

6.根据权利要求1所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金的制造方法，其特征在于，在步骤6）中，淬火冷却的方式为喷水或者穿水淬火冷却。

7.一种汽车电池托盘用6系铝合金，其特征在于，利用如权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制得。

8.种汽车电池托盘，其特征在于，利用如权利要求7所述的一种汽车电池托盘用6系铝合金制得。

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