CN109355537B - 新能源电池托盘用6系铝合金型材及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种新能源电池托盘用6系铝合金型材及其加工方法，以6系铝合金型材的总重量，该6系铝合金型材含有以下化学成分：Si0.65‑0.70%，Mg0.90‑0.95%，Cu0.18‑22%，Fe≤0.20%，Mn＜0.1%，Cr0.09‑0.12%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al。本发明还包括新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法。本发明的新能源电池托盘用6系铝合金型材兼具较高强度和韧度、高焊接性能、耐蚀性和耐疲劳的特点，适用于新能源电池托盘的加工过程。实验证明，本发明的6系铝合金型材硬度可达16.2‑17.5 hw，抗拉强度≥290 Mpa，屈服强度≥260 Mpa，延伸率≥10 A50mm%。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工领域，具体涉及一种新能源电池托盘用6系铝合金型材及其加工方法。
背景技术
当前，轻量化、低成本是电动汽车发展的重要方向，新能源电池托盘用材料的要求是：精密度高、电气性能好、耐电解液、阻燃、长期尺寸稳定、轻量化、机械性能好、使用范围广。以前新能源汽车多采用钢材料制作电动汽车动力电池托盘，重量偏高。现在很多企业以铝合金材料为主作为电动汽车动力电池托盘，铝合金的密度为2.7g/cm³，无论在压缩还是焊接等方面，铝合金材质优势明显；而且铝合金凭借高比强度、高比模量成为优选的钢材替代材料，通过合理的铺层及结构设计，在满足使用要求的前提下，可以大幅度降低产品重量。
目前，电池铝托盘主要采用6系铝型材，具有良好的塑性和优良的耐蚀性，特别是无应力腐蚀开裂倾向，焊接性能好，使得6系铝型材极适于该项目的应用。但是，用于汽车电池托盘要求高强度，从而要求铝棒合金高合金化，这样导致6系铝型材降低了塑性和耐腐蚀性。为保障产品质量，需要采用搅拌摩擦焊接等先进焊接技术，保障产品一体成型。到目前为止，还没有专门针对汽车托盘开发的专用合金。因此，研发一种专门用于汽车电池托盘的高综合性能的合金及生产方法具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术存在上述缺陷，提供一种具有高强韧度、高焊接性能、耐蚀性和耐疲劳的新能源电池托盘用6系铝合金型材，可满足汽车电池托盘加工对材料的要求。
本发明进一步所要解决的技术问题是，提供一种降低生产成本，缩短加工时间，且可获得高强韧度、高焊接性能、耐蚀性和耐疲劳的新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种新能源电池托盘用6系铝合金型材，以6系铝合金型材的总重量，该6系铝合金型材含有以下化学成分：Si0.65-0.70%，Mg0.90-0.95%，Cu0.18-22%，Fe≤0.20%，Mn＜0.1%，Cr0.09-0.12%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al。
本发明的6系铝合金型材通过调整硅、镁、铜、铬元素，获得了高强韧度、高焊接性能、耐蚀性和耐疲劳的性能，可满足新能源电池托盘用的要求高强度、耐腐蚀、良好的导热和焊接性能。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.65-0.70%，Mg 0.90-0.95%，Cu 0.18-22%，Fe ≤0.20%，Mn＜0.1%，Cr 0.09-0.12%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行水冷却铸造，得到铝棒；
（4）将铝棒预热后挤压成型，然后以冷却速度＞14℃水冷至150℃以下；
（5）将冷却后的型材重新加热并保温后，再自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
本发明通过调整6系铝合金型材合金元素配比和加工，细化内部晶粒组织，形成性能稳定的铝合金熔铸效果，利用挤压成型过程中的高温固溶效果通过在线淬火快速冷却，形成过饱和固溶体，以及重新加热保温时效，使内部强化相镁二硅均匀析出，可生产出用于满足新能源电池托盘用的要求高强度、耐腐蚀、导热和焊接性能良好的铝合金材料。
进一步，步骤（1）中，所述熔化的温度为720-750℃。
进一步，步骤（3）中，所述水冷却的条件包括：水的温度＜50℃，冷却时间为0.5-1.5h。
进一步，步骤（3）中，所述铝棒的直径为152-188mm。
进一步，步骤（4）中，所述预热的条件包括：所述预热的条件包括：预热温度为500-530℃，预热时间2-4小时。
进一步，步骤（4）中，所述挤压成型的条件包括：挤压速度为5-10m/min，出料口温度为510-540℃。
在本发明步骤（4）中，水冷是在利用挤压成型过程中的高温固溶效果的基础上，通过冷却系统的水冷方式，快速冷却至150℃以下。
进一步，步骤（5）中，所述保温的条件包括：温度为175-180℃，时间为7-8h。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种上述所述的加工方法制得的新能源电池托盘用6系铝合金型材，具有高强韧度、高焊接性能、耐蚀性和耐疲劳，可满足汽车电池托盘加工对材料的要求。
与现有技术相比，本发明的新能源电池托盘用6系铝合金型材兼具高强韧度、高焊接性能、耐蚀性和耐疲劳的特点，适用于新能源电池托盘的加工过程。实验证明，本发明的6系铝合金型材硬度可达16.2-17.5 hw，抗拉强度≥290 Mpa，屈服强度≥260 Mpa，延伸率≥10 A50mm%。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，
韦氏硬度通过GB/T62660.1-2016金属材料韦氏硬度试验第一部分：试验方法测得；
抗拉强度通过GB/T16865-2013变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法测得；
屈服强度通过GB/T62660.1-2016金属材料韦氏硬度试验第一部分：试验方法测得；
延伸率通过GB/T16865-2013变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法测得；
采用搅拌摩擦焊的焊接方式，焊接后性能通过GB/T2651-2008焊接接头拉伸试验方法测得。
在没有特别说明的情况下，所用原料均采用市售产品。
实施例1
新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至730℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.65%，Mg 0.92%，Cu0.20%，Fe 0.15%，Mn 0.05%，Cr 0.10%，Zn 0.003%，Ti 0.05%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为23℃水冷却60min时铸造，得到直径为152mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为510℃预热3小时后，以挤压速度为10m/min，出料口温度为520℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以冷却速度20℃/s快速水冷至150℃以下；
（5）将冷却后的型材加热至180℃下保温7小时后，自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
实施例2
新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至720℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.68%，Mg 0.90%，Cu0.22%，Fe 0.20%，Mn 0.03%，Cr 0.09%，Zn 0.008%，Ti 0.03%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为26℃水冷却62min时铸造，得到直径为152mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为520℃预热2.5小时后，以挤压速度为8m/min，出料口温度为530℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以水冷速度16℃/S快速水冷至150℃以下；
（5）将冷却后的型材加热至175℃下保温8小时后，自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
实施例3
新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至740℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.66%，Mg 0.94%，Cu0.21%，Fe 0.18%，Mn 0.08%，Cr 0.11%，Zn 0.001%，Ti 0.08%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为24℃水冷却60min时铸造，得到直径为152mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为500℃预热4小时后，以挤压速度为5m/min，出料口温度为520℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以冷却速度25℃/S快速水冷至150℃以下；
（5）将冷却后的型材加热至178℃下保温7.5小时后，自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
实施例4
新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至750℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.70%，Mg 0.95%，Cu0.18%，Fe 0.12%，Mn 0.04%，Cr0.12%，Zn 0.008%，Ti0.07%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为24℃水冷却64min时铸造，得到直径为188mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为530℃预热2小时后，以挤压速度为6m/min，出料口温度为540℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以冷却速度22℃/S快速冷却至150℃以下；
（5）将冷却后的型材加热至180℃下保温7小时后，自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
对比例1
按照实施例1的方法加工新能源电池托盘用6系铝合金型材，不同的是，步骤（2）中，6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.75%，Mg 0.8%，Cu 0.85%，Fe0.20%，Mn 0.15 %，Cr0.02%，Zn 0.05%，Ti 0.07%，余量为Al。
对比例2
按照实施例1的方法加工新能源电池托盘用6系铝合金型材，不同的是，步骤（4）中，将铝棒置入电阻加热炉中升温至510℃保温12h，出炉，空气中自然冷却，然后再将铝棒加热至480℃，保温4h后，进行挤压处理（挤压筒预热温度为400℃），制品挤出模具口后进行水雾淬火，以冷却速度10℃快速冷却至150℃以下。
测试例
测定实施例1-4和对比例1加工得到的新能源电池托盘用6系铝合金型材的硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率和焊接后抗拉强度。测定结果见表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，实施例1-4加工得到的新能源电池托盘用6系铝合金型材硬度可达17.2-17.7hw，抗拉强度≥298Mpa，屈服强度≥262Mpa，延伸率≥10.7A50mm%，焊接后抗拉强度≥240 Mpa。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种新能源电池托盘用6系铝合金型材，其特征在于，以6系铝合金型材的总重量，该6系铝合金型材含有以下化学成分：Si0.65-0.70%，Mg0.90-0.95%，Cu0.18-0.22%，Fe≤0.20%，Mn＜0.1%，Cr0.09-0.12%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al；所述新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.65-0.70%，Mg 0.90-0.95%，Cu 0.18-0.22%，Fe ≤0.20%，Mn＜0.1%，Cr 0.09-0.12%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行水冷却铸造，得到铝棒；
（4）将铝棒预热后挤压成型，然后以冷却速度＞14℃/s水冷至50℃以下；所述预热的条件包括：预热温度为500-530℃，预热时间2-4小时；
（5）将冷却后的型材重新加热并保温后，再自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
2.一种新能源电池托盘用6系铝合金型材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6系铝合金型材的化学成分：Si 0.65-0.70%，Mg 0.90-0.95%，Cu 0.18-0.22%，Fe ≤0.20%，Mn＜0.1%，Cr 0.09-0.12%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行水冷却铸造，得到铝棒；
（4）将铝棒预热后挤压成型，然后以冷却速度＞14℃/s水冷至50℃以下；所述预热的条件包括：预热温度为500-530℃，预热时间2-4小时；
（5）将冷却后的型材重新加热并保温后，再自然冷却，得到新能源电池托盘用6系铝合金型材。
3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，步骤（1）中，所述熔化的温度为720-750℃。
4.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，步骤（3）中，所述水冷却的条件包括：水的温度＜50℃，冷却时间为0.5-1.5h。
5.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，步骤（3）中，所述铝棒的直径为152-188mm。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的加工方法，其特征在于，步骤（4）中，所述挤压成型的条件包括：挤压速度为5-10m/min，出料口温度为510-540℃。
7.根据权利要求2-5中任意一项所述的加工方法，其特征在于，步骤（5）中，所述保温的条件包括：温度为175-180℃，时间为7-8h。
8.一种根据权利要求3-7中任意一项所述的加工方法制得的新能源电池托盘用6系铝合金型材。
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