CN116065063A

CN116065063A - 用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金

Info

Publication number: CN116065063A
Application number: CN202211532012.XA
Authority: CN
Inventors: 程帅; 杜燕军; 张跃波
Original assignee: Shuaiyichi New Material Group Co ltd
Current assignee: Shuaiyichi New Material Group Co ltd
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-05-05

Abstract

本申请公开用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：8.0～9.0重量％的硅；0.6～0.9重量％的铁；0.9～1.3重量％的镁；3.0～4.0重量％的铜；0.3～0.5重量％的锰；0.03～0.1重量％的钛；最多0.2重量％％的钒；0.01～0.03重量％的锶；0.01‑0.06重量％的稀土；单个杂质元素最多0.04重量％，其余为铝，其中Fe：(Mn+V)的比例小于2.5:1。

Description

用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金

技术领域

本发明涉及一种用于新能源汽车电机外壳，尤其涉及一种用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金。

背景技术

随着新能源产业的布局，新能源车辆的保有量逐渐增多。受限于电池的能量密度，车辆的续航里程目前都不太理想。

为了提高新能源车辆的续航里程，在整车轻量化方面的研究逐渐深入，最常用的技术手段就是采用密度小的铝合金代替密度大的钢材或铸铁。铝合金不仅重量轻，同时强度等材料性能可以满足电机外壳的使用要求，因此被定性为电机外壳的首选材料。

目前常规的新能源电机外壳用标准A380铝合金，该材料标准抗拉强度大于320Mpa,屈服强度大于160Mpa,延伸率大于3.5％，该材料用再生铝生产，成本低。但随着整车轻量化，需要各个部件相应的减重需求，而电机外壳整体体积大，减重的贡献就很大，急需在成本未改变的情况下，使用更轻的高强度铝合金。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一种用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其中所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金具有大于340Mpa，屈服强度大于200Mpa，延伸率大于2％，且所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金形成的电机外壳质量比常规减重，优选可以减重20％。

为达到以上至少一个优势，本发明提供一种用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：

8.0～9.0重量％的硅；

0.6～0.9重量％的铁；

0.9～1.3重量％的镁；

3.0～4.0重量％的铜；

0.3～0.5重量％的锰；

0.03～0.1重量％的钛；

最多0.2重量％％的钒；

0.01～0.03重量％的锶；

0.01-0.06重量％的稀土；

单个杂质元素最多0.04重量％，其余为铝，其中Fe：(Mn+V)的比例小于2.5:1。

根据本发明一实施例，Fe：(Mn+V)的比例小于2.01:1。

根据本发明一实施例，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：最多1.2重量％的锌。

根据本发明一实施例，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括0.7～0.9重量％的铁。

根据本发明一实施例，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括0.01～0.2重量％的钒。

根据本发明一实施例，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：0.01～0.03重量％的稀土。

根据本发明一实施例，所述稀土元素选自镧、铈中的至少一种。

根据本发明一实施例，Fe：(Mn+V)的比例大于1:1。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

依本发明一较佳实施例的一种高压铸造的铝合金将在以下被详细地阐述，其中所述高压铸造的铝合金包括：

8.0～9.0重量％的硅；

0.6～0.9重量％的铁；

0.9～1.3重量％的镁；

3.0～4.0重量％的铜；

0.3～0.5重量％的锰；

最多1.2重量％的锌；

0.03～0.1重量％的钛；

最多0.2重量％％的钒；

0.01～0.03重量％的锶；

0.01-0.06重量％的稀土；

单个杂质元素最多0.04重量％，其余为铝。

Fe能减少产品粘模倾向，易于压铸，在没有Mn/Cr/V的基础上，Fe在1.0％～1.5％是有益的，低于0.5％则使铝合金液易与模具粘合而拉伤，以致铸件表面多肉或崩缺，特别是当铁含量在0.4重量％以下时尤为强烈。

而铝硅系、铝硅铜系合金若含过量铁，则会生成金属化合物，从而使产品局部硬点，产品易产生裂纹，并且导致材料延伸率降低；故含铁量应控制在0.6～0.9重量％范围内，优选为0.7～0.9重量％。

Mn的加入可以改变β-Fe相的形态，使其变为α-AlFeSi。这是因为Mn和Fe具有相似的原子半径。因此Mn可以被Fe取代，并且β-Fe相可以转变成α-AlFeSi。如果连续添加Mn过量，也会形成大块状的α-AlFeSi，这被认为是污泥，不利于合金的力学性能。由此可以看出，Mn导致了β-AlFeSi向α-AlFeSi的转变，因此锰含量控制在0.3～0.5％之内。

硅在高压铸造的铝合金中的份额为8.0～9.0重量％，在该范围内，合金属于亚共晶体系，材料收缩小，高压铸造过程中凝固潜热高，流动性及热裂指数最佳，尤其是生产壁厚厚大的电机外壳，对材料收缩及热裂要求高。

镁在压铸铝合金中的份额为0.9～1.3重量％时，镁能够增强合金的强度和硬度，因为铝硅合金中加入镁主要以Mg₂Si相，每增加0.1％的镁，屈服强度能增加5～10Mpa，该元素对提高铝合金强度明显，并且价格与铝差异很小。

铜在铸造铝合金中的份额为3.0～4.0重量％，铜与铝基体生成Al₂Cu，与铝基体固溶，提高强度，适当的铜含量能提高材料的可加工性及流动性，过量的铜会产生过剩相强化，急剧降低材料延伸率。

钒在铝合金的比例最多0.2重量％，钒的加入让β-Fe相的平均长度随V含量的增加逐渐变小，这是因为V的加入与Al、Si及一部分Fe生成了AlSiVFe相，即V的加入消耗掉了一部分Fe，在有锰的情况下，V将鱼骨状α-AlFeMnSi球化，提高材料塑性。优选地，所述钒在铝合金的比例为0.01～0.2重量％。

钛在铸造铝合金中的份额为0.03～0.1重量％，钛与铝生产AlTi₃，能起到细化晶粒的效果，达到提高材料强度及塑性的目的。

在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为，因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。由于锶的变质有效时间长、效果和再现性好等优点。故而，在Al～Si高压铸造合金中加入0.01～0.03锶重量％，使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi相，并改变共晶硅形貌，将块状或者针状的共晶硅变质为圆润状，提高材料的塑性。

稀土在铝合金中的强化作用主要有细晶强化、有限固溶强化和稀土化合物的第二相强化等。当稀土加入量不同时，稀土在铝合金中主要以三种形式存在：固熔在基体α-Al中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固熔在化合物中或以化合物形式存在。在本发明中，将稀土的含量控制在低于0.1重量％。而当稀土含量较低时(低于0.1)，稀土主要以前两种形式分布，第一种形式起到了有限固溶强化的作用；第二种形式增加了变形阻力，促进位错增殖，使强度提高，加入稀土后合金的铸态组织中合金晶粒明显减少，二次枝晶间距细化，稀土与Al、Mg、Si等元素形成的金属间化合物呈球状和短棒状分布在晶界或界内，组织中有大量位错分布，所以稀土控制在最多0.1重量％。而本实施例中，将稀土的含量控制在0.01～0.06重量％，有助于铝合金的延伸率提高。优选地，所述稀土的含量控制在0.01～0.03重量％。

值得一提的是，所述稀土元素选自镧、铈中的至少一种。

尤其值得一提的是，为同时满足材料的屈服强度及延伸率，需控制Fe：(Mn+V)的比例小于2.5:1，优选为小于2.01:1，在该比例范围内，主要控制铝合金材料内β-AlFeSi尺寸及比例，达到材料的延伸率要求。优选地，Fe：(Mn+V)的比例大于1:1。

本领域技术人员能够理解的是，由于加入了稀土元素，以及控制Fe：(Mn+V)的比例，以及控制各个元素的含量，从而能够在所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金具有大于340Mpa，屈服强度大于200Mpa，延伸率大于2％，使得所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金形成的电机外壳质量比常规减重。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金的制作方法，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金的制备方法包括：

熔化用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其中用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金的制作方法包括：熔化包括如上组分的所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，并控制铝液温度控制在710～730℃之间；

铝液温度降低至710～730℃时，通过移动式旋转除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，精炼时间30分钟，并在静止后用在线侧氢仪检测含气量，达到0.15ml/100g以下时，高压压铸，以形成用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金。

具体在一个示例中，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金的制作方法包括以下步骤：

1)备料和炉子清理：根据上述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金成分比例备料，料备完炉子需要清洗干净，合金元素以纯合金或中间合金形式加入。例如Fe元素以Al-Fe中间合金形式加入，Si元素以单质3303硅形式加入，Mg元素以纯Mg锭形式加入，Mn元素是以Al-Mn中间合金形式加入，Ti元素以Al-Ti中间合金形式加入；

2)熔化铝锭：纯铝锭表面清洁干净后，将纯铝锭和3303硅放入电阻坩埚内进行加热熔炼，铝液温度控制在710～730℃之间；

3)加入中间合金：待铝液温度达到720℃时，将烘干后的镁锭、Al-Ti等其余中间合金加入到铝液中，铝液升温至740℃，保温15分钟，保证加入的中间合金全部熔化；

4)精炼变质除气：铝液温度降低至710～730℃时，开始用移动式旋转除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，在精炼时加入铝锶中间合金，精炼时间30分钟，然后扒渣，静止1小时，静止后用在线侧氢仪检测含气量，达到0.15ml/100g以下时，可进行压铸，未达到要求，则继续以上精炼变质除气工艺。

压铸生产验证：

1)生产设备及辅助配件：280T力劲压铸机，自动给汤机，模温机，品牌真空机，市面上压铸结构件专用进口脱模剂，进口颗粒珠，3mm*80mm*250mm自制试片模具，50mm冲头及熔杯；

2)压铸工艺控制：压铸铝液温度控制在680-690℃，模温机温度控制在220～250℃，高速速度控制在2.53-2.66m/S，真空度控制在10～40mbar之间，增压压力65Mpa；

3)以下为不同成分配比压铸试片按照GBT228标准试片线切割后，用三思拉力机，进口引伸计测试性能。

通过上述制备工艺制作分别制作了五个实施例的所述高压铸造的铝合金，并对其性能进行检测，具体可见下表1

本领域的技术人员应理解，上述描述中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：

8.0～9.0重量％的硅；

0.6～0.9重量％的铁；

0.9～1.3重量％的镁；

3.0～4.0重量％的铜；

0.3～0.5重量％的锰；

0.03～0.1重量％的钛；

最多0.2重量％％的钒；

0.01～0.03重量％的锶；

0.01-0.06重量％的稀土；

2.根据权利要求1所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，Fe：(Mn+V)的比例小于2.01:1。

3.根据权利要求1所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：最多1.2重量％的锌。

4.根据权利要求1所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括0.7～0.9重量％的铁。

5.根据权利要求1所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括0.01～0.2重量％的钒。

6.根据权利要求1所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金包括：0.01～0.03重量％的稀土。

7.根据权利要求1-5中任一所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述稀土元素选自镧、铈中的至少一种。

8.根据权利要求6所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，所述稀土元素选自镧、铈中的至少一种。

9.根据权利要求1-6中任一所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，Fe：(Mn+V)的比例大于1:1。

10.根据权利要求7所述用于新能源车辆外壳的高强高压铸造铝合金，其特征在于，Fe：(Mn+V)的比例大于1:1。