一种Al-Sc合金车载电池包及其生产方法技术

一种Al

【技术实现步骤摘要】
一种Al
‑
Sc合金车载电池包及其生产方法


[0001]本专利技术涉及铝合金
，具体涉及一种Al
‑
Sc合金车载电池包及其生产方法。

技术介绍

[0002]为提高环保生态环境，目前，汽车产业向轻量化、绿色化、新能源和清洁能源发展。当前新能源汽车主要以电池供电替代汽油为驱动，使用减少碳排放。为保证车载用电池在车辆行驶中安全、稳定的使用，以及安装与维护方便，通常多节电池以组的形式放置在金属框架内，形成电池包总成。因此，在相同电池技术条件下，电池包用金属框架重量直接影响新能源汽车能耗和最大行驶里程。
[0003]目前，电池包金属框架材料采用传统6XXX系铝合金型材，型材及框架制造过程为：熔铸
‑
均质
‑
挤压
‑
固溶
‑
时效
‑
冷弯折
‑
MIG焊接。在传统合金和生产工艺下框架具有如下问题：1)型材米重大、机械性能低且生产效率低。受传统铝合金热加工性和室温机械性能影响，只可生产壁厚为2.5mm或以上型材，才能保证框架安全性所需受力需求，且型材生产速率最高只能达到5m/min；2)冷弯折问题多。一是因型材基体晶粒粗大，导致冷弯折时易出现橘皮和裂纹缺陷，进而使得冷弯折加工废品率高；二是型材经冷弯折后变形不一致。一方面，采用单级均质制度，使得合金元素扩散不充分，未对铸造过程产生的成分偏析良好减轻及消除，致使材料性能不均匀。另一方面，在预拉伸阶段，弯折设备采用力值自动判定变形量，因材料性能波动性，易产生误判，致使拉弯工艺不稳定。3)焊缝强度低，即接头系数小。采用MIG焊接技术，因其热出入量较大，使得焊缝较宽，热影响区较大，强度较低，易对电池包整体强度和安全性产生影响。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种Al
‑
Sc合金车载电池包及其生产方法，其通过对6XXX系合金加入Sc元素的成分设计及优化角度出发，通过对熔铸、多级均质、挤压、热处理、弯折和焊接工艺适当调整，提高材料热加工性能和材料强度，提高材料生产效率、降低型材壁厚和框架重量、改善机体晶粒大小、强度均匀性，促进冷弯折尺寸偏差统一性和成品率提升、以及降低输入和热影响区大小，提高焊后强度和接头系数。本专利技术所公开的一种Al
‑
Sc合金车载电池包的生产方法，通过Al
‑
Sc合金主添加元素包括Si、Mg、Sc元素，其他合金元素包括Mn、Cr、Cu等元素，根据不同性能需求，对成分范围进行适当调整，当合金含量处于某一定范围时，有助于提高材料综合性能。
[0005]本专利技术采用以下技术方案:
[0006]本专利技术的一种Al
‑
Sc合金车载电池包，包括的成分及各个成分的质量百分比为：Si：0.50
‑
0.9％，Fe≤0.35％，Cu≤0.30％，Mn≤0.50％，Mg：0.40
‑
0.7％，Cr≤0.30％，Zn≤0.20％，Ti≤0.10％，Mn+Cr：0.12
‑
0.50％，Sc：0.2
‑
0.4％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。
[0007]所述的一种Al
‑
Sc合金车载电池包，其抗拉强度为326MPa～349MPa，抗拉强度标准
差为3.03MPa～3.59MPa，抗拉强度变异系数为0.9～1.1％，屈服强度为313～333MPa，屈服强度标准差为5.87～6.53MPa，屈服强度变异系数为1.83～2.02％，延伸率均值为11.2～13.5％，延伸率标准差为：0.34～0.36％，延伸率变异系数：2.67～3.04％，型材微观晶粒度为6～7.5级，焊接后抗拉强度为238MPa～295MPa，接头系数为0.73～0.88。
[0008]本专利技术的一种Al
‑
Sc合金车载电池包的生产方法，包括以下步骤：
[0009]S1：备料
[0010]根据制备的一种Al
‑
Sc合金车载电池包的成分，称量原料；
[0011]S2：熔铸
[0012]将原料进行熔炼，其中，Sc的原料Al
‑
Sc中间合金采用铝箔包裹投入熔炼炉，熔化后，搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；
[0013]S3：多级均质
[0014]将铝合金铸锭进行多级均质，得到均质后的铝合金铸锭；其中，均质工艺参数为：将铝合金铸锭加热至460～480℃，保温240～260min，然后继续升温至550～570℃，保温360～380min，再继续升温至575～585℃，保温120～140min，冷却至室温；
[0015]S4：挤压
[0016]将均质后的铝合金铸锭加工处理后，加热至500～520℃，进行挤压，得到尺寸符合车载电池包用框架型材；其中，挤压速率为5～7m/min；
[0017]S5：热处理弯折
[0018]将尺寸符合车载电池包用框架型材进行淬火、校直、时效和冷弯折，得到弯折后的车载电池包用框架型材；
[0019]S6：焊接
[0020]根据车载电池包的规格，将弯折后的车载电池包用框架型材进行焊接，得到Al
‑
Sc合金车载电池包。
[0021]所述的S2中，熔炼具体工艺为：向熔炼炉中投入铝锭，再升温至800～850℃后，待铝锭熔化后，加入Al
‑
Sc合金车载电池包的成分原料中，除了Sc的原料和Mg的原料之外的其他原料，再将熔炼炉升温至710～730℃，充分熔化后，将Al
‑
Sc中间合金和Mg锭一起投入熔炼炉中进行熔炼。
[0022]所述的S2中，在半连续铸造中，在出口处加入Al
‑
Ti
‑
B丝，加入的Al
‑
Ti
‑
B丝占Al
‑
Sc合金车载电池包原料的质量百分比为0.015～0.02％，加入速率为0.1～0.15kg/min，铸造速度为50～80mm/min，水流量9～11m3/h。
[0023]所述的S2中，半连续铸造中，铸锭引出后，开启电磁搅拌。
[0024]所述的S2中，Al
‑
Sc中间合金采用铝箔包裹投入熔炼炉。
[0025]所述的S3中，均质采用周期式均质炉，温度波动范围为
±
3℃，功率为30kW。
[0026]所述的S4中，加工处理为将均质后的铝合金铸锭车去表面凝壳层，并切去头尾，得到挤压生产所需锭坯。
[0027]所述的S4中，挤压参数为：将均质后的铝合金铸锭置于预热温度为430～450℃挤压筒中，采用450～500℃的挤压模具进行挤压。
[0028]所述的S4中，挤压采用单动正向卧式挤压机。
[0029]所述的S5中，淬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al
‑
Sc合金车载电池包，其特征在于，该Al
‑
Sc合金车载电池包包括的成分及各个成分的质量百分比为：Si：0.50
‑
0.9％，Fe≤0.35％，Cu≤0.30％，Mn≤0.50％，Mg：0.40
‑
0.7％，Cr≤0.30％，Zn≤0.20％，Ti≤0.10％，Mn+Cr：0.12
‑
0.50％，Sc：0.2
‑
0.4％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的Al
‑
Sc合金车载电池包，其特征在于，Al
‑
Sc合金车载电池包，其抗拉强度为326MPa～349MPa，抗拉强度标准差为3.03MPa～3.59MPa，抗拉强度变异系数为0.9～1.1％，屈服强度为313～333MPa，屈服强度标准差为5.87～6.53MPa，屈服强度变异系数为1.83～2.02％，延伸率均值为11.2～13.5％，延伸率标准差为：0.34～0.36％，延伸率变异系数：2.67～3.04％，型材微观晶粒度为6～7.5级，焊接后抗拉强度为238MPa～295MPa，接头系数为0.73～0.88。3.权利要求1或2所述的Al
‑
Sc合金车载电池包的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：备料根据制备的Al
‑
Sc合金车载电池包的成分，称量原料；S2：熔铸将原料进行熔炼，其中，Sc的原料Al
‑
Sc中间合金采用铝箔包裹投入熔炼炉，熔化后，搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；S3：多级均质将铝合金铸锭进行多级均质，得到均质后的铝合金铸锭；其中，均质工艺参数为：将铝合金铸锭加热至460～480℃，保温240～260min，然后继续升温至550～570℃，保温360～380min，再继续升温至575～585℃，保温120～140min，冷却至室温；S4：挤压将均质后的铝合金铸锭加工处理后，加热至500～520℃，进行挤压，得到尺寸符合车载电池包用框架型材；其中，挤压速率为5～7m/min；S5：热处理弯折将尺寸符合车载电池包用框架型材进行淬火、校直、时效和冷弯折，得到弯折后的车载电池包用框架型材；S6：焊接根据车载电池包的规格，将弯折后的车载电池包用框架型材进行焊接，得到Al
‑
Sc合金车载电池包。4.根据权利要求3所述的Al
‑
Sc合金车载电池包的生产方法，其特征在于，所述的S2中，熔炼具体工艺为：向熔炼炉中投入铝锭，再升温至800～850℃后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙巍，王东辉，佟伟平，张辉，陈诚诚，王向杰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：