一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备方法

摘要

本发明公开了一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备方法，步骤包括：合金熔炼及铸造、二级均匀化处理及挤压、挤压机在线淬火、拉伸及时效热处理，以及上述工艺步骤配套的工艺参数。本发明通过调整合金铸锭的均匀化处理工艺、热挤压工艺和热处理工艺，实现适用于新能源汽车动力系统用，且综合性能优异的7XXX铝合金，通过该方法生产的铝合金抗拉强度超过400MPa，延伸率超过13％，耐晶间腐蚀等级为1级。

权利要求

1.一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备方法，所述型材由以下按照质量百分比的原料组成：Zn3.0％～5.5％，Mg0.5％-0.95％，Si0.5％～0.6％，Fe0.01％～0.6％，Cu0.2％～0.3％，Mn0.05％～0.3％，Cr0.01％～0.1％，Ti0.15％～0.25％，Zr0.25％-0.3％，其余为Al；

其特征在于，所述方法步骤包括：

1)熔炼合金：将炉温设定为750℃-840℃，按照上述配比依次加入重熔铝锭、Zn锭及Mn、Fe、Si、Cu、Cr、Ti、Zr，当炉料完全熔化，熔体温度达到700℃～750℃时加入Mg锭，搅拌后取样分析调整成分；成分合格后将炉料升温至750℃～800℃，加入精炼剂，并通入保护气氛进行除气除渣15min～38min；静置后将所得合金液浇注成铸锭，其中，铸造速度为65～80mm/min；

2)均匀化处理：将经步骤1)得到的铸锭置于均匀化热处理炉中进行一级均匀化处理，一级均匀化处理温度为540℃～550℃，保温时间为2h-4h；随后将铸锭进行一次挤压，其中，将铝合金铸锭预热，预热温度为440℃～460℃，将工模具预热，预热温度为460℃～470℃，将挤压筒预热，预热温度为420℃～430℃，挤压比控制在2-5之间，挤压速度控制在7～8m/min之间；然后，对得到的挤压型材进行二级均匀化处理，处理温度为525℃～540℃，保温时间为1h-3h；

3)挤压及在线淬火：将经步骤2)所得型材预热，预热温度为460℃～470℃，将工模具预热，预热温度为450℃～460℃，将挤压机预热，预热温度为420℃～430℃，控制挤压比和型材出口速度，保证挤压出口温度为470℃～480℃，随后将挤压型材直接进行水冷在线淬火，淬火后温度小于100℃；

4)拉伸和热处理：将经步骤3)所得铝合金挤压型材首先经过拉伸，拉伸率为0.2％～

0.5％，随后进行二级人工时效；其中，一级时效温度为180℃～200℃，保温时间为30min～

120min，二级时效温度为115℃～125℃，保温时间为2h～4h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中精炼剂质量占熔炼炉中熔体质量的0.2％-0.3％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中挤压比为20-45。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中型材出口速度为5～7m/min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中精炼剂为硝酸钠。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Zn、Mg和Zr的含量之和在4.2％～6.5％之间。

7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，得到的新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金，抗拉强度超过400Mpa，延伸率超过13％，耐晶间腐蚀等级为1级。

说明书

一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备方法。

背景技术

[0002] 随着节能环保理念认识深度的增加，汽车产业轻量化显得尤为重要，尤其是新能源汽车产业。据测算，汽车减重10％，新能源汽车的续航里程可提高5.5％。因此，适用于新能源汽车，高强韧铝合金材料的开发是其轻量化的最有效途径。

[0003] 目前新能源汽车动力系统中所用铝合金基本上还是传统的6061和6082，而这两种合金的抗拉强度处于280-310MPa之间。如果7系铝合金的强度超过400MPa，且在其成本并不明显增加的条件下，可以实现17％的减重效果。

[0004] 综上所述，开发一种适用于新能源汽车产业，低成本且综合性能优异的铝合金型材的制备方法是十分有意义的。

发明内容

[0005] 针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备方法，通过该方法可以实现高强韧7系铝合金型材制备，成本低，综合性能优异，非常适合用于新能源汽车动力电池系统构件。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的。

[0007] 一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn3.0％～5.5％，Mg0.5％-0.95％，Si0.5％～0.6％，Fe0.01％～0.6％，Cu0.2％～0.3％，Mn0.05％～0.3％，Cr0.01％～0.1％，Ti0.15％～0.25％，Zr0.25％-0.3％，其余为Al。

[0008] 进一步地，Zn、Mg和Zr的含量之和在4.2％～6.5％之间。

[0009] 一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

[0010] 1)熔炼合金：将炉温设定为750℃-840℃，按照上述配比向熔炼炉中依次加入重熔铝锭、Zn锭及Mn、Fe、Si、Cu、Cr、Ti、Zr，当炉料完全熔化，熔体温度达到700℃～750℃时加入Mg锭，搅拌后取样分析调整成分；成分合格后将炉料升温至750℃～800℃，加入精炼剂，并通入保护气氛进行除气除渣15min～38min；静置后将所得合金液浇注成铸锭，其中，铸造速度为65～80mm/min；

[0011] 2)均匀化处理：将经步骤1)得到的铸锭置于均匀化热处理炉中进行一级均匀化处理，一级均匀化处理温度为540℃～550℃，保温时间为2h-4h；随后将铸锭进行一次挤压，其中，将铝合金铸锭预热，预热温度为440℃～460℃，将工模具预热，预热温度为460℃～470℃，将挤压筒预热，预热温度为420℃～430℃，挤压比控制在2-5之间，挤压速度控制在7～8m/min之间；然后，对得到的挤压型材进行二级均匀化处理，处理温度为525℃～540℃，保温时间为1h-3h；

[0012] 3)挤压及在线淬火：将经步骤2)所得型材预热，预热温度为460℃～470℃，将工模具预热，预热温度为450℃～460℃，将挤压机预热，预热温度为420℃～430℃，控制挤压比和型材出口速度，保证挤压出口温度为470℃～480℃，随后将挤压型材直接进行水冷在线淬火，淬火后温度小于100℃；

[0013] 4)拉伸和热处理：将经步骤3)所得铝合金挤压型材首先经过拉伸，拉伸率为0.2％～0.5％，随后进行二级人工时效；其中，一级时效温度为180℃～200℃，保温时间为30min～120min，二级时效温度为115℃～125℃，保温时间为2h～4h。

[0014] 进一步地，所述步骤1)中精炼剂质量占熔炼炉中熔体(即全部铝合金炉料和精炼剂之和)质量的0.2％-0.3％。

[0015] 进一步地，所述步骤3)中挤压比为20-45。

[0016] 进一步地，所述步骤3)中型材出口速度为5～7m/min。

[0017] 进一步地，所述步骤1)中精炼剂为硝酸钠。

[0018] 进一步地，采用上述方法得到的新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金，抗拉强度超过400Mpa，延伸率超过13％，耐晶间腐蚀等级为1级。

[0019] 本发明中通过控制合金型材制备中工艺步骤及工艺参数，最终实现低成本、综合性能优异、高强韧且适用于新能源汽车动力系统的铝合金型材。

[0020] 本发明中均匀化处理采用的为二级均匀化加一次挤压的方式对铸锭进行处理，最重要的目的是保证铸锭中合金元素的均匀分布，一方面一级均匀化处理温度较高，能有效促使合金元素的均匀分布；另一方面，一次挤压后，合金处于严重塑性变形状态，晶粒细化明显，因此，较低温度较短时间的二级均匀化就能够保证铸锭中元素的完全均匀分布，同时减少了均匀化处理时间，虽然增加了一步挤压过程，但是挤压比低，对材料的成本增加甚微。

[0021] 本发明中在线淬火工艺是实现该合金优良性能和成本控制的重要手段，本发明中采用了水冷的在线淬火工艺，主要的目的包括两方面：第一，水冷淬火速度快，能够保证合金元素在铝合金基体中形成过饱和固溶体；第二，虽然淬火后型材的残余应力较大，但是本发明中增加了拉伸处理过程，能有效降低残余应力所带来的不利影响。

[0022] 本发明中时效工艺是实现合金优良性能的重要步骤，7xxx铝合金的耐腐蚀性能较差，一般的方法是通过调整合金析出序列和沉淀相形态，进而改善合金性能，本发明中合金经过较高温度的一级时效工艺和较低温度的二级时效工艺，使合金具备了高强韧，耐腐蚀等优良的综合性能。

[0023] 本发明的有益效果为：

[0024] 本发明通过调整合金铸锭的均匀化处理工艺、热挤压工艺和热处理工艺，实现适用于新能源汽车动力系统用，且综合性能优异的7XXX铝合金，通过该方法生产的铝合金抗拉强度超过400MPa，延伸率超过13％，耐晶间腐蚀等级为1级。

[0025] 本发明中制备方法采用了新型的均匀化热处理制度，显著降低了均匀化处理时间，有效改善了合金的均匀化效果。

[0026] 本发明通过增加拉伸和二级时效工艺，明显降低合金的残余应力，并保证合金高强韧、耐腐蚀等优良的综合优异性能。

[0027] 本发明制备铝合金工艺简单，成本低，适合批量生产。

附图说明

[0028] 图1为新能源汽车动力系统用高强韧挤压成型铝合金材料产品的拉伸性能曲线图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合附图和实例对本发明做进一步的详细说明。

[0030] 图1为其中一种实施例制备的新能源汽车动力系统用高强韧挤压成型铝合金材料产品的拉伸性能曲线，从图1可以看出，通过该发明方法制备的铝合金型材拉伸强度超过400MPa，能够满足绝大多数工业的需求；此外，延伸率超过13％，具有优异的延展性，适合挤压成型。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例中，一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金及其制备方法，按照以下原料配比组成：Zn3％，Mg0.95％，Si0.5％，Fe0.4％，Cu0.2％，Mn0.3％，Cr0.05％，Ti0.25％，Zr0.25％，其余为Al。

[0033] 1)熔炼合金：将炉气温度设定为800℃，将备好的重熔铝锭、Zn锭及Mn、Fe、Si、Cu、Cr、Ti、Zr，根据块重及尺寸大小依次加入，当炉料完全熔化，熔体温度达到700℃时将Mg锭加入，搅拌后取样分析调整成分；成分合格后将炉料升温至760℃，加入0.2％精炼剂(硝酸钠)，并通入保护气氛(氮气)进行除气除渣38min；静置后将所得合金液浇注成锭，铸造速度为70mm/min。

[0034] 2)均匀化处理：步骤1)中所得铸锭置于均匀化热处理炉中进行一级均匀化处理，具体的处理方案为：首先一级均匀化处理温度为545℃，保温时间为3h；随后将铸锭进行一次挤压：首先将铝合金铸锭、工模具和挤压筒预热，预热温度分别为450℃、465℃和425℃，挤压比为5，挤压速度为7m/min；然后，对挤压型材进行二级均匀化处理，热处理温度为525℃，保温时间为2h。

[0035] 3)挤压及在线淬火：将经步骤2)得到的铝合金型材进行挤压，控制工艺参数为：将经步骤2)得到的铝合金型材、工模具和挤压机预热，预热温度分别为465℃、455℃和430℃，挤压比为20，挤压速度为6m/min，保证挤压出口温度为475℃。随后挤压型材直接进行水冷在线淬火，淬火后温度为80℃。

[0036] 4)拉伸和热处理：将步骤3)中所得合金的挤压材首先经过拉伸，拉伸率为0.2％，随后进行二级人工时效。一级时效制度为190℃，保温时间为1h，二级时效制度为120℃，保温时间为4h。

[0037] 实施例2

[0038] 本实施例中，一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金及其制备方法，按照以下原料配比组成：Zn4％，Mg0.8％，Si0.6％，Fe0.01％，Cu0.2％，Mn0.05％，Cr0.1％，Ti0.15％，Zr0.3％，其余为Al。

[0039] 1)熔炼合金：将炉气温度设定为840℃，将备好的重熔铝锭、Zn锭及Mn、Fe、Si、Cu、Cr、Ti、Zr中间合金，根据块重及尺寸大小依次加入，当炉料完全熔化，熔体温度达到750℃时将Mg锭加入，搅拌后取样分析调整成分；成分合格后将炉料升温至750℃，加入0.3％精炼剂(硝酸钠)，并通入保护气氛(氮气)进行除气除渣15min；静置后将所得合金液浇注成锭，铸造速度为65mm/min。

[0040] 2)均匀化处理：步骤1)中所得铸锭置于均匀化热处理炉中进行均匀化处理，具体的处理方案为：首先均匀化处理温度为540℃，保温时间为4h；随后将铸锭进行一次挤压，首先将铝合金铸锭、工模具和挤压筒预热，预热温度分别为460℃、470℃和430℃，挤压比为2，挤压速度为8m/min；然后，对挤压型材进行二级均匀化处理，热处理温度为530℃，保温时间为1h。

[0041] 3)挤压及在线淬火：将经步骤2)得到的铝合金型材进行挤压，控制工艺参数为：将经步骤2)铝合金型材、工模具和挤压机预热，预热温度分别为460℃、460℃和420℃，挤压比为45，挤压速度为7m/min，保证挤压出口温度为470℃。随后挤压型材直接进行水冷在线淬火，淬火后温度为80℃。

[0042] 4)拉伸和热处理：将步骤3)中所得合金的挤压材首先经过拉伸，拉伸率为0.4％，随后进行二级人工时效。一级时效制度为200℃，保温时间为30min，二级时效制度为115℃，保温时间为3h。

[0043] 实施例3

[0044] 本实施例中，一种新能源汽车动力系统用高强韧7XXX铝合金及其制备方法，按照以下原料配比组成：Zn5％，Mg0.5％，Si0.55％，Fe0.2％，Cu0.2％，Mn0.3％，Cr0.1％，Ti0.15％，Zr0.25％，其余为Al。

[0045] 1)熔炼合金：将熔炼炉炉气温度设定为750℃，将备好的重熔铝锭、Zn锭及Mn、Fe、Si、Cu、Cr、Ti、Zr中间合金，根据块重及尺寸大小依次加入，当炉料完全熔化，熔体温度达到725℃时将Mg锭加入，搅拌后取样分析调整成分；成分合格后将炉料升温至800℃，加入
0.25％精炼剂(硝酸钠)，并通入保护气氛(氮气)进行除气除渣25min；静置后将所得合金液浇注成锭，铸造速度为80mm/min。

[0046] 2)均匀化处理：步骤1)中所得铸锭置于均匀化热处理炉中进行均匀化处理，具体的处理方案为：首先均匀化处理温度为550℃，保温时间为2h；随后将铸锭进行一次挤压，铝合金铸锭、工模具和挤压筒预热，预热温度分别为440℃、460℃和430℃，挤压比为4，挤压速度为7m/min；然后，对挤压型材进行二级均匀化处理，热处理温度为540℃，保温时间为3h。

[0047] 3)挤压及在线淬火：将经步骤2)得到的铝合金型材进行挤压，控制工艺参数为：将经步骤2)得到的铝合金型材、工模具和挤压机预热，预热温度分别为470℃、450℃和425℃，挤压比为30，挤压速度为5m/min，保证挤压出口温度为480℃。随后将经挤压得到的型材直接进行水冷在线淬火，淬火后温度为80℃。

[0048] 4)拉伸和热处理：将步骤3)中所得合金的挤压材首先经过拉伸，拉伸率为0.5％，随后进行二级人工时效。一级时效制度为180℃，保温时间为2h，二级时效制度为125℃，保温时间为2h。

[0049] 对比例1

[0050] 与实施例1不同的是：均匀化热处理为二级均匀化工艺但未进行一次挤压。

[0051] 对比例2

[0052] 与实施例1不同的是：一级时效工艺温度较低，二级时效工艺温度较高，具体工艺：一级时效制度为120℃，保温时间为1h，二级时效制度为190℃，保温时间为4h。

[0053] 对比例3

[0054] 与实施例1不同的是：时效制度仍为二级时效但未经过拉伸。

[0055] 表中给出的是实施例1-3和对比例1-3中合金的综合性能对比结果。实施例1-3是符合本发明实施方案的，可见合金的力学性能和晶间腐蚀性能优异，综合表现良好，也体现了本方案的合理性。对比例1与实施例1的对比结果可见，本发明中合金只进行双级的均匀化工艺却不进行一次挤压是不合理的，其力学性能降低、耐晶间腐蚀性能降低，因此只有通过两级的均匀化处理加一次挤压才能充分的发挥合金的性能。对比例2与实施例1的对比结果可见，经较低温的一级时效与较高温的二级时效的合金性能稍有下降，抗晶间腐蚀能力亦有所降低，由此可知，合理的双级时效工艺能够显著改善合金的耐晶间腐蚀性能。对比例3和实施例1的对比结果可知，虽然未经过拉伸的合金综合性能变化不大，但在后续的加工过程中，水冷淬火后的合金产品残余应力过大，会导致产品变形，进而报废。

[0056] 表1实施例1-3及对比例1-3的综合性能

[0057] 实施例 抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率％ 晶间腐蚀等级1 404 362 14 1
2 402 368 13 1
3 408 372 13 1
对比例 抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率％ 晶间腐蚀等级
1 370 331 9.9 2-3
2 398 352 12 2-3
3 400 359 13 1

[0058] 以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。