CN110453114A

CN110453114A - 一种新能源汽车电池托盘用边梁型材

Info

Publication number: CN110453114A
Application number: CN201910757489.XA
Authority: CN
Inventors: 时勇; 胡祥树; 张奇
Original assignee: CYMA PRECISION ALUMINUM Co Ltd
Current assignee: CYMA PRECISION ALUMINUM Co Ltd
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2019-11-15

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 1.15‑1.30％，Mg 0.81‑0.90％，Cu 0.12‑0.20％，Fe 0.22‑0.30％，Mn 0.71‑0.85％，Cr 0.06‑0.10％，Zn 0.01‑0.04％，Ti 0.04‑0.09％，(Ca+Na)≤0.002％，Al 96.25‑96.85％。本发明的挤压工艺采用了变速调控实现等温挤压的方式，可以减少和避免因模具在承受高温高压热摩擦时产生的金属弹变，有效改善挤压后长材产品头尾尺寸偏差较大现状，同时也能保障型材出料时的表面温度基本一致性，来满足在线固溶(水淬)要求；采用的双级时效热处理工艺，使型材经过双级时效处理后，时效强化相充分均匀析出，最终产品达到抗拉强度Rm≥360Mpa、屈服强度Rp0.2≥330Mpa、延伸率A50≥10.6％、硬度HW≥16.4的综合力学性能要求。

Description

一种新能源汽车电池托盘用边梁型材

技术领域

本发明涉及一种铝合金型材，具体涉及一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，可在诸多款型的新能源汽车的电池托盘组装焊接生产行业中广泛推广应用。

背景技术

目前，汽车蓄电池托盘基本上是钢板冲压成型，蓄电池大部分采用由托盘、压板、两根拉杆和螺母形成的“捆绑式”固定。这些零部件基本是金属零件，重量相对较重，而且冲压成型需要拉延、冲孔、修边定形等多步骤完成，此外，多个部件也会降低装配效率。因此，高强度和轻量化的零部件以及高效的成型、装配和维修成为了本领域亟待实现的期望。

当前轻量化、低成本是电动汽车发展的重要方向，新能源汽车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。

为了解决汽车蓄电池托盘装配效率低下、零部件重量大的问题，中国专利201220587041.1公开了一种汽车蓄电池托盘，采用塑料材料注塑成型工艺制备蓄电池托盘，但该汽车蓄电池托盘也存在着抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等综合性能指标较低的技术问题。

铝合金在汽车轻量化中的应用优势在于密度小(2.73g/cm3)、耐蚀性好、塑性优良，从生产成本、零件质量、材料利用、制造技术、机械性能、可持续发展等多方面具有其他轻量化材料无可比拟的优越性，因此铝合金将成为汽车工业中的首选轻量化材料。

因此，现在很多企业都选用以铝合金材料为主，作为新能源电动汽车动力电池托盘，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、高效产能成为优选的钢材替代材料。

先期开发研制的新能源汽车电池托盘是由7系Al-Zn-Mg合金材料焊接组成,但在高温焊接时,产品局部的机械性能产生失效,使焊接部位机械性能偏低,引发开裂等质量缺陷；另外7系Al-Zn-Mg合金对应力腐蚀较敏感，在使用寿命周期内易产生组织开裂风险。

发明内容

本发明的目的就是针对此前使用的7系Al-Zn-Mg合金材料存在的高温焊接时产品局部的机械性能产生失效，焊接部位机械性能偏低,引发开裂等质量缺陷，以及使用中易产生组织开裂风险的技术难题，而提供一种具有高强高韧、高耐蚀耐疲劳和优异的焊接性能的新能源汽车电池托盘用边梁型材，专门用于新能源汽车电池托盘，以提高其高综合性能，可满足汽车电池托盘加工对材料的性能要求，来代替当前应用的7系材料。

为达到本发明的上述目的，本发明一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，针对性地对合金元素成分配比进行综合优化、调整，先采用合金成分的优化，提高了硅Si、镁Mg、铁Fe、铜Cu、锰Mn、铬Cr、锌Zn、钛Ti等合金元素成分的百分比，再进一步优化处理工艺。原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 1.15-1.30％，Mg 0.81-0.90％，Cu 0.12-0.20％，Fe0.22-0.30％，Mn 0.71-0.85％，Cr 0.06-0.10％，Zn 0.01-0.04％，Ti 0.04-0.09％，(Ca+Na)≤0.002％，Al 96.25-96.85％。

其加工工艺为：

(1)铝棒的制造工艺：原料经过熔炼除渣除气提纯和深井铸造等方式完成铸棒成型，再经过喷淋水冷，在555～568℃范围内加热保温7～8h进行均质处理，使合金成分均匀化；

(2)型材热挤压成型工艺：采用变速调控实现等温挤压方式对铸棒进行挤压，使挤压出的型材在出模成型后，表面温度达到540～560℃之间；强制冷却方式是以≥600℃/min速度进入水温48～52℃的循环流动水槽内，进行在线固溶水淬处理，使合金材料中的Mg2Si强化相以最大数量溶入基体，可最大限度地提高了Mg、Si元素在基体内的过饱和度，对后续时效热处理过程中析出相大小、数量、形态和分布起到了良好改善作用，以满足合金材料强化效果。

经过在线固溶水淬处理后，按照3～5％的拉伸变量，通过张力拉直加工，来释放减少材料基体中留存的残余应力，并保证了型材全尺寸和形位尺寸的达标。

(3)双级时效热处理工艺：对张力拉直加工后的型材采用双级时效热处理工艺；第一段低温预时效处理，用120～140℃加温1～3h并保温4-5h后，再调整提高温度至165～175℃加温0.5～1h并保温7～8h进行第二段峰值时效处理，从而使型材经过双级时效处理后，时效强化相充分均匀析出，最终使产品达到抗拉强度Rm≥360Mpa、屈服强度Rp0.2≥330Mpa、延伸率A50≥10.6％、硬度HW≥16.4的综合力学性能要求。

其原料中各合金元素的较优的质量百分含量为：Si 1.17-1.25％，Mg 0.83-0.88％，Cu 0.13-0.18％，Fe 0.24-0.30％，Mn 0.73-0.85％，Cr 0.07-0.10％，Zn 0.02-0.04％，Ti 0.05-0.09％，(Ca+Na)≤0.001％，Al 96.45-96.75％。

其较优的加工工艺为：

(1)铝棒的制造工艺：原料经过熔炼除渣除气提纯和深井铸造等方式完成铸棒成型，再经过喷淋水冷，在558～563℃范围内加热保温7.2～8h进行均质处理，使合金成分均匀化；

(2)型材热挤压成型工艺：采用变速调控实现等温挤压方式对铸棒进行挤压，使挤压出的型材在出模成型后，表面温度达到545～555℃之间；强制冷却方式是以≥600℃/min速度进入水温48～52℃的循环流动水槽内，进行在线固溶水淬处理，使合金材料中的Mg2Si强化相以最大数量溶入基体；

经过在线固溶水淬处理后，按照3.5～5％的拉伸变量，通过张力拉直加工，来释放减少材料基体中留存的残余应力，并保证了型材全尺寸和形位尺寸的达标；

(3)双级时效热处理工艺：对张力拉直加工后的型材采用双级时效热处理工艺；第一段低温预时效处理，用125～140℃加温1.5～3h并保温4-5h后，再调整提高温度至165～175℃加温0.6～1h并保温7～8h进行第二段峰值时效处理，从而使型材经过双级时效处理后，时效强化相充分均匀析出，最终使产品达到抗拉强度Rm≥360Mpa、屈服强度Rp0.2≥330Mpa、延伸率A50≥10.6％、硬度HW≥16.4的综合力学性能要求。

其更优的加工工艺为：步骤(1)的加热保温温度为560℃；步骤(2)的强制冷却方式是以≥600℃/min速度进入水温约50℃的循环流动水槽内。

本发明一种新能源汽车电池托盘用边梁型材及其生产方法采用以上技术方案后，具有以下积极效果：

(1)研究结果表明，通过优化调整合金中相关元素含量，增加硅Si、镁Mg、铁Fe、铜Cu、锰Mn、铬Cr、锌Zn、钛Ti等合金元素成分的百分比，有利于提高汽车电池托盘用高强度铝合金材的抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等综合性能。

(2)在铝棒的制造工艺中，经过熔炼除渣除气提纯和深井铸造等方式完成铸棒成型，再经过喷淋水冷，采用560℃加热保温7-8h的均质处理，使合金成分均匀化。

(3)挤压工艺采用了变速调控实现等温挤压的方式，可以减少和避免因模具在承受高温高压热摩擦时产生的金属弹变，有效改善挤压后长材产品头尾尺寸偏差较大现状，同时也能保障型材出料时的表面温度基本一致性，来满足在线固溶(水淬)要求。

(4)型材热挤压成型工艺中Mg₂Si强化相以最大数量溶入基体，可最大限度地提高了Mg、Si元素在基体内的过饱和度，对后续时效热处理过程中析出相大小、数量、形态和分布起到了良好改善作用，以满足合金材料强化效果。

(5)采用双级时效热处理工艺，使型材经过双级时效处理后，时效强化相充分均匀析出，从而提升合金的力学性能要求。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合具体实施例对本发明一种新能源汽车电池托盘用边梁型材及其生产方法做进一步详细说明。

当前常规6系铝合金含有以下技术控制要求如下：

化学成分：Si/0.90-1.1％，Mg/0.70-0.80％，Cu/0.05-0.10％，Fe/0.10-0.20％，Mn/0.50-0.70％，Cr/0.05％，Zn/0.05％，Ti/0.03％，余量为Al；

加工工艺：常规热挤压方式+水淬固溶处理；时效工艺均采用常规峰值单级时效180-200℃保温6-10h；

力学性能满足：抗拉强度Rm≥310Mpa,屈服强度Rp0.2≥260Mpa,延伸率A50≥8％；

硬度值满足在15-16°HW。

按照目前6系铝合金的化学成分和热处理工艺生产的铝合金型材，其性能检测指标如表1所示。

表1现有6系铝合金型材性能检测数据

上述的6系铝型材合金成分与生产时效工艺只能满足在国标、欧标的控制基础上，到目前为止，还没有专门设计针对汽车托盘开发的专用高强铝合金材料。

因此，本发明需要研发出一种专门用于新能源汽车电池托盘用的具有高综合性能的高强度铝合金材料及其生产方法。

本发明一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，其原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 1.15-1.30％，Mg 0.81-0.90％，Cu0.12-0.20％，Fe 0.22-0.30％，Mn 0.71-0.85％，Cr 0.06-0.10％，Zn0.01-0.04％，Ti 0.04-0.09％，Ca+Na≤0.002％，Al 96.25-96.85％。

其生产方法采用以下工序：

(2)型材热挤压成型工艺：采用变速调控实现等温挤压方式对铸棒进行挤压，使挤压出的型材在出模成型后，表面温度达到540～560℃之间；强制冷却方式是以≥600℃/min速度进入水温48～52℃的循环流动水槽内，进行在线固溶水淬处理，使合金材料中的Mg2Si强化相以最大数量溶入基体；

经过在线固溶水淬处理后，按照3～5％的拉伸变量，通过张力拉直加工，来释放减少材料基体中留存的残余应力，并保证了型材全尺寸和形位尺寸的达标；

本发明采用以上合金及工艺生产的生产的专门用于新能源汽车电池托盘的高强度铝合金型材的原料合金组分如表2所示，其力学性能检测数据如表3所示。

表2本发明实施例原料合金组分质量百分含量(％)

表3本发明实施例生产产品的力学性能检测数据。

由表2、表3可以看出，通过优化调整合金元素中硅Si、镁Mg、铁Fe、铜Cu、锰Mn、铬Cr、锌Zn、钛Ti等合金元素含量，并采用优化的生产工艺，生产出的高强度铝合金型材的综合力学性能比表1中的性能明显提高，最终使产品达到抗拉强度Rm最低368Mpa，屈服强度Rp0.2最低334Mpa，延伸率A50最低10.9％，硬度HW最低16.5的综合力学性能要求。完全可以作为新能源汽车电池托盘用铝合金型材，取得了意想不到的技术效果和应用效果。

采用本发明方法生产出的高强度铝合金型材已经销往国内有关电动汽车生产厂家，深受市场欢迎。

Claims

1.一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，其特征在于原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 1.15-1.30％，Mg 0.81-0.90％，Cu 0.12-0.20％，Fe 0.22-0.30％，Mn 0.71-0.85％，Cr 0.06-0.10％，Zn 0.01-0.04％，Ti 0.04-0.09％，(Ca+Na)≤0.002％，Al96.25-96.85％；

其加工工艺为：

(2)型材热挤压成型工艺：采用变速调控实现等温挤压方式对铸棒进行挤压，使挤压出的型材在出模成型后，表面温度达到540～560℃之间；强制冷却方式是以295～305℃/min速度进入水温48～52℃的循环流动水槽内，进行在线固溶水淬处理，使合金材料中的Mg2Si强化相以最大数量溶入基体；

2.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，其特征在于：原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 1.17-1.25％，Mg 0.83-0.88％，Cu 0.13-0.18％，Fe 0.24-0.30％，Mn 0.73-0.85％，Cr 0.07-0.10％，Zn 0.02-0.04％，Ti 0.05-0.09％，(Ca+Na)≤0.001％，Al 96.45-96.75％。

3.如权利要求1或2所述的一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，其特征在于加工工艺为：

(2)型材热挤压成型工艺：采用变速调控实现等温挤压方式对铸棒进行挤压，使挤压出的型材在出模成型后，表面温度达到545～555℃之间；强制冷却方式是以295～305℃/min速度进入水温48～52℃的循环流动水槽内，进行在线固溶水淬处理，使合金材料中的Mg2Si强化相以最大数量溶入基体；

4.如权利要求3所述的一种新能源汽车电池托盘用边梁型材，其特征在于：步骤(1)的加热保温温度为560℃；步骤(2)的强制冷却方式是以300℃/min速度进入水温约50℃的循环流动水槽内。