CN115679162A - 一种新能源汽车免热处理铝合金材料及低碳制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新能源汽车免热处理铝合金材料及低碳制备方法，属铝合金生产技术领域，该铝合金材料成分质量的百分比为：Si：8.0‑13.0%；Fe：0.6‑0.9%；Cu：0.05‑1.0%；Mg：0.01‑0.6%；Mn：0.1‑0.8%；Ti：0.05‑0.3%；Zn：3.0‑5.0%；Ni：0.05‑0.50%；Zr：0.05‑0.30%；V：0.05‑0.25%；Sr：0.01‑0.06%；Be：0.001‑0.2%，其余为Al。本发明铸造铝合金材料的抗拉强度大于320MPa，屈服强度大于220MPa，断后伸长率大于5%，具有强度高、韧性好的优点，无需进行热处理即可满足车身压铸结构件的性能要求，适合于新能源汽车一体化压铸成型铝合金零部件。

Description

一种新能源汽车免热处理铝合金材料及低碳制备方法
技术领域
本发明属于铝合金生产技术领域，尤其涉及一种新能源汽车免热处理铝合金材料及低碳制备方法。
背景技术
随着新能源汽车产业的蓬勃发展，轻量化技术是提升新能源汽车续航里程的核心技术之一。铝合金材料凭借其轻量化、高强韧、耐腐蚀、可循环等优势，作为汽车轻量化的首选材料被广泛应用，汽车轻量化成为拉动铝消费的重要增长动力。
其中的典型案例特斯拉一体化成形技术的出现，可实现将原70多个冲锻件一体化压铸为一个铸件，成为新能源汽车部件制造的发展趋势。以铝代钢以铸代锻具有独特优势，但一体化压铸成形产品尺寸大、形状复杂，铸件不能通过热处理改善性能，因此高强韧免热处理铸造铝合金材料成为一体化压铸成形的发展瓶颈之一，也是铝合金铸造产业的共性“卡脖子”问题。
再生铝与电解铝相比，每吨再生铝相当于节能3443千克标准煤，节水22立方米，减少固体废物排放20吨，CO2排放仅为原铝的2.1%；而且可以有效缓解铝矿供需矛盾，降低铝矿资源对外依赖度。然而，再生铝制备新能源汽车用的高品质铸造铝合金存在以下问题：（1）再生铝的原材料含有多种杂质及溶解性有害元素，造成再生铝含氢高，有害第二相较多，显著降低再生合金的各项性能；（2）再生铝原材料由于来源混杂，制备中熔体呈现显微分层的亚稳定胶状粒子，保存着原材料的组织特征，成为冶金组织遗传性的载体，明显改变再生铝的结晶条件和凝固后铝锭的组织和性能；（3）再生铝在制备过程中极易产生卷入性缺陷，形成气孔、缩孔和双层膜等铸造缺陷，严重影响再生铝锭的组织和性能。
发明内容
本发明提供一种新能源汽车免热处理铝合金材料及低碳制备方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种新能源汽车免热处理铝合金材料，该铝合金包括下述质量百分比的含量的组分：Si：8.0-13.0%；Fe：0.6-0.9%；Cu：0.05-1.0%；Mg：0.01-0.6%；Mn：0.1-0.8%；Ti：0.05-0.3%；Zn：3.0-5.0%；Ni：0.05-0.50%；Zr：0.05-0.30%；V：0.05-0.25%；Sr：0.01-0.06%；Be：0.001-0.2%，其余的为Al。
一种新能源汽车免热处理铝合金材料的低碳制备方法：
步骤一、熔炼：将回收的铝合金废料、工业硅和中间合金经配料投入工业熔炼炉中，加热熔化，并充分搅拌均匀，得到化学成分合格的铝硅合金熔体；
步骤二、净化：将铝硅合金熔体在精炼炉进行净化处理，添加固体精炼剂，对铝硅合金液体喷吹高纯惰性气体进行精炼、除气，以及扒渣和静置处理；
步骤三、成型：将净化后的铝硅合金熔体引入成型设备中，铸造成铝硅合金，就可以的到满足要求的高强韧免热处理的铝合金材料。
进一步地，步骤一中所述铝合金废料为回收的汽车破碎料、铝材加工切削废料等，其他为工业硅以及少量的金属锰、钛、锆、钒、锶和铍等中间合金等，熔炼温度控制在730~780℃。
进一步地，步骤二中净化时间控制在40-80min，净化温度控制在690~720℃。
进一步地，步骤三中铸造成型的方法不限，可以利用现有的设备进行铸造，根据所需产品的尺寸和形状进行针对性调整。其特征就是将熔体引入铸锭机，获得免热处理压铸铝合金铸锭。
所述方法铸造的铝硅合金材料的抗拉强度320MPa。屈服强度220MPa，断后伸长率为5.3%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以回收的铝合金废料为原料生产铸造铝合金，不仅可以降低铸造铝合金的生产成本，还可减少大量煤炭电力资源的消耗以及二氧化碳、粉尘和固体废弃物的排放，对实现铸造铝行业的节能减排、环境保护、提高铝合金废料的使用价值具有重要意义。
（2）本发明充分利用铝合金废料中含有的硅、铁、铜、锌等元素，通过科学优化设计合金材料的成分，添加少量的Sr元素细化晶粒，显著提高了铸造铝合金的综合性能。
（3）本发明铸造铝合金材料的抗拉强度大于320MPa，屈服强度大于220MPa，断后伸长率大于5%，具有强度高、韧性好的优点，无需进行热处理即可满足车身压铸结构件的性能要求，适合于新能源汽车一体化压铸成型铝合金零部件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例一：
一种新能源汽车免热处理铝合金材料。该铝合金材料成分质量的百分比为：
Si：8.0%；Fe：0.6%；Cu：0.05%；Mg：0.01%；Mn：0.1%；Ti：0.05%；Zn：3.2%；Ni：0.05%；Zr：0.05%；V：0.05%；Sr：0.01%；Be：0.01%，其余的为Al。
低碳制备方法：
（1）根据预期合金成分计算所需铝合金废料和部分其他材料，预处理后投入工业熔炼炉中，加热到750℃熔化再进行充分的搅拌，然后加入工业硅、金属锰、铝钛、铝锆、铝钒、铝锶和铝铍中间合金在工业炉中熔解，至完全熔化并搅拌混合均匀，得到合金化学成分合格的熔体。
（2）将所得到的合金熔体在精炼炉中进行净化处理，向合金熔体中通入高纯惰性气体和加入固态精炼剂进行净化，精炼温度控制在720℃，精炼时间控制在30min，然后再利用高纯惰性进行除气处理，除气温度控制在700℃，除气时间控制在20min，扒渣除杂后静置10min。
（3）将净化后得到的合金熔体送到铸造机成型设备中，即可得到高强韧免热处理的铝合金材料。
铝合金材料浇铸制备标准拉伸试棒，拉伸测试结果为，铝合金材料的抗拉强度为328MPa，屈服强度226MPa，断后伸长率为5.6%。
实施例二：
一种新能源汽车免热处理铝合金材料，铝合金材料成分质量的百分比为：Si：12.5%；Fe：0.85%；Cu：0.10%；Mg：0.6%；Mn：0.7%；Ti：0.20%；Zn：4.8%；Ni：0.30%；Zr：0.20%；V：0.18%；Sr：0.05%；Be：0 .14%，其余的为Al。
低碳制备方法：
（1）根据预期合金成分计算所需铝合金废料和部分其他材料，预处理后投入工业熔炼炉中，加热到750℃熔化再进行充分的搅拌，然后加入工业硅、金属锰、铝钛、铝锆、铝钒、铝锶和铝铍中间合金在工业炉中熔解，至完全熔化并搅拌混合均匀，得到合金化学成分合格的熔体。
（2）将所得到的合金熔体在精炼炉中进行净化处理，向合金熔体中通入高纯惰性气体和加入固态精炼剂进行净化，精炼温度控制在720℃，精炼时间控制在30min，然后再利用高纯惰性进行除气处理，除气温度控制在700℃，除气时间控制在20min，扒渣除杂后静置10min。
（3）将净化后得到的合金熔体送到铸造机成型设备中，即可得到高强韧免热处理的铝合金材料。
铝合金材料浇铸制备标准拉伸试棒，拉伸测试结果为，铝合金材料的抗拉强度为338MPa，屈服强度235MPa，断后伸长率为5.2%。
以上实施例主要说明了本发明的新能源汽车免热处理铝合金材料及低碳制备方法。尽管只对其中有限的实施例和技术特征进行了描述，本领域技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的实施例被视为示意性的而非限制形的，在不脱离所附权利要求所定义的本发明的精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种修改与替换的方案。

Claims (6)

1.一种新能源汽车免热处理铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中各组分的重量百分比为：Si：8.0-13.0%；Fe：0.6-0.9%；Cu：0.05-1.0%；Mg：0.01-0.6%；Mn：0.1-0.8%；Ti：0.05-0.3%；Zn：3.0-5.0%；Ni：0.05-0.50%；Zr：0.05-0.30%；V：0.05-0.25%；Sr：0.01-0.06%；Be：0.001-0.2%，其余的为Al。
2.如权利要求1所述的新能源汽车免热处理铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中各组分的重量百分比为：Si：8.0%；Fe：0.6%；Cu：0.05%；Mg：0.01%；Mn：0.1%；Ti：0.05%；Zn：3.2%；Ni：0.05%；Zr：0.05%；V：0.05%；Sr：0.01%；Be：0.01%，其余的为Al。
3.如权利要求1所述的新能源汽车免热处理铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中各组分的重量百分比为：Si：12.5%；Fe：0.85%；Cu：0.10%；Mg：0.6%；Mn：0.7%；Ti：0.20%；Zn：4.8%；Ni：0.30%；Zr：0.20%；V：0.18%；Sr：0.05%；Be：0 .14%，其余的为Al。
4.如权利要求1或2或3所述的高强韧压铸铝合金的低碳制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
步骤一、熔炼：将回收的铝合金废料、工业硅和中间合金经配料投入工业熔炼炉中，加热熔化，并充分搅拌均匀，得到化学成分合格的铝硅合金熔体；
步骤二、净化：将铝硅合金熔体在精炼炉进行净化处理，添加固体精炼剂，对铝硅合金液体喷吹高纯惰性气体进行精炼、除气，以及扒渣和静置处理；
步骤三、成型：将净化后的铝硅合金熔体引入成型设备中，铸造成铝硅合金，就可以的到满足要求的高强韧免热处理的铝合金材料。
5.如权利要求4所述的低碳制备方法，其特征在于，所述铝合金废料为回收的汽车破碎料、铝材加工切削废料，其他的为工业硅以及少量的金属锰、钛、锆、钒、锶和铍中间合金，熔炼温度控制在730~780℃。
6.如权利要求4所述的低碳制备方法，其特征在于，所述净化时间控制在40-80min，净化温度控制在690~720℃。
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