铝合金及其制备方法和应用以及车辆车身骨架连接件和电动汽车

摘要

本公开涉及一种铝合金及其制备方法和应用以及车辆车身骨架连接件和电动汽车，该铝合金含有合金元素和余量的铝元素；以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：6‑7重量%的Si，0.4‑0.6重量%的Mg，0.2‑0.4重量%的Cu，不超过0.12重量%的Fe，不超过0.05重量%的Mn，不超过0.2重量%的Ti和不超过0.05重量%的Zn。采用本公开提供的铝合金所制成的车辆车身骨架连接件可以满足车辆车身的结构强度，可以取代传统的焊接的车辆车身连接方式，实现铆接的连接工艺，与普通压铸法所制成的铸件相比性能更好且成本相当。

说明书

技术领域

本公开涉及一种铝合金及其制备方法和应用以及车辆车身骨架连接件和电动汽车。

背景技术

目前的电动城市客车的骨架均为钢骨架，钢结构使得客车自重大，进而导致载客量至少比普通燃油城市客车少数十人。此外，钢骨架易生锈，即使经过磷化处理后钢骨架的寿命也只有8年左右，而且不能回收利用，磷化处理的过程也会对环境造成污染。随着环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流，汽车骨架及汽车铸件的轻量化也成为汽车的重要发展方向之一。使用铝镁等轻合金材料是目前各汽车制造商的主要减重措施。

采用铝合金构件作为电动城市客车的骨架时，如果无法达到较高的力学性能要求，则会影响整个车身的结构强度。现有的铸造方法中，压铸法会产生卷气、缩孔以及冷隔等铸造缺陷，使得汽车铸件的力学性能达不到使用要求；重力铸造法在样品尺寸精度和力学性能方面均不能满足产品要求，虽然通过后续机加工能够达到产品尺寸要求，但明显增加了成本；锻造法很难成型成具有特定结构的汽车铸件产品，成型成本很高。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种铝合金及其制备方法和应用，以克服传统铝合金力学性能较差的缺陷。

本公开的另一个目的是提供一种车辆车身骨架连接件，该车辆车身骨架连接件采用本公开提供的铝合金制成，具有较高的力学性能同时降低成本。

本公开的再一个目的是提供一种电动汽车，该电动汽车使用本公开提供的车辆车身骨架连接件。

为了实现上述目的，本公开第一方面：提供一种铝合金，该铝合金含有合金元素和余量的铝元素；以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：6-7重量％的Si，0.4-0.6重量％的Mg，0.2-0.4重量％的Cu，不超过0.12重量％的Fe，不超过0.05重量％的Mn，不超过0.2重量％的Ti和不超过0.05重量％的Zn。

优选地，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：6-6.5重量％的Si，0.5-0.6重量％的Mg，0.2-0.4重量％的Cu，不超过0.12重量％的Fe，不超过0.05重量％的Mn，不超过0.2重量％的Ti和不超过0.05重量％的Zn。

优选地，所述铝合金的断裂强度不低于300MPa，屈服强度不低于265MPa，延伸率不低于10％。

优选地，所述铝合金的断裂强度不低于330MPa，屈服强度不低于270MPa，延伸率不低于11％。

本公开第二方面：提供一种制备铝合金的方法，该方法包括以下步骤：a、将熔炼原料熔融，得到熔融后的物料；所述熔炼原料含有合金元素和余量的铝元素；在所述熔炼原料的总重量为100重量份的基准上，所述合金元素含有6-7重量份的Si，0.4-0.6重量份的Mg，0.2-0.4重量份的Cu，不超过0.12重量份的Fe，不超过0.05重量份的Mn，不超过0.2重量份的Ti和不超过0.05重量份的Zn；b、将步骤a中得到的所述熔融后的物料进行超声波振动处理和机械搅拌处理，得到搅拌后的物料；c、将步骤b中得到的所述搅拌后的物料进行压铸处理。

优选地，步骤a中的所述熔融处理的条件包括：温度为700-730℃，时间为6-10小时。

优选地，步骤b中的所述超声波振动处理的条件包括：超声波频率为20KHz-120KHz，时间为0.1-5分钟，温度为680-700℃，超声波振动幅度为0.1-2mm；所述机械搅拌处理的条件包括：机械搅拌转速为100-3000r/min，机械搅拌时间为5-120秒。

优选地，步骤c中的所述压铸处理包括采用反重力压铸法将所述搅拌后的物料挤压到模具内，所述压铸处理的条件包括：压铸机吨位不低于400吨，压铸压力为50-200MPa，压射速度为0.1-0.5m/s。

优选地，该方法还包括，将步骤b中得到的所述搅拌后的物料进行压铸处理后，再进行切削加工，然后进行固溶处理、自然时效处理和人工时效处理中的至少一种。

优选地，将步骤b中得到的所述搅拌后的物料进行压铸处理后，再进行切削加工，然后进行固溶处理、自然时效处理和人工时效处理。

优选地，所述固溶处理的条件包括：温度为520-530℃，时间为8-10小时；所述自然时效处理的条件包括：温度为室温，时间为6-10小时；所述人工时效处理的条件包括：温度为150-180℃，时间为10-12小时。

本公开第三方面：提供一种铝合金，该铝合金由本公开第二方面的方法制备得到。

本公开第四方面：提供本公开第一方面或第三方面的铝合金在车辆车身骨架连接件中的应用。

本公开第五方面：提供一种车辆车身骨架连接件，该车辆车身骨架连接件采用本公开第一方面或第三方面的铝合金制成。

优选地，该辆车身骨架连接件包括第一连接板和一体化连接在所述第一连接板的边缘的第二连接板；并且，在所述第一连接板和所述第二连接板的两侧还分别一体化连接有第一加强侧板和第二加强侧板。

优选地，在所述第一连接板和/或所述第二连接板上还开设有至少一个铆钉孔。

本公开第六方面：提供一种电动汽车，该电动汽车包括本公开第五方面的车辆车身骨架连接件。

通过上述技术方案，本公开将传统的铝合金配方加以改良以提高其力学性能，采用本公开提供的铝合金所制成的车辆车身骨架连接件可以满足车辆车身的结构强度，可以取代传统的焊接的车辆车身连接方式，实现铆接的连接工艺，与普通压铸法所制成的铸件相比性能更好且成本相当。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开所提供的车辆车身骨架连接件的立体图；

图2是实施例1的铝合金的金相图片；

图3是对比例1的铝合金的金相图片。

附图标记说明

1第一连接板2第二连接板3第一加强侧板

4第二加强侧板5铆钉孔

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开第一方面：提供一种铝合金，该铝合金含有合金元素和余量的铝元素；以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：6-7重量％的Si，0.4-0.6重量％的Mg，0.2-0.4重量％的Cu，不超过0.12重量％的Fe，不超过0.05重量％的Mn，不超过0.2重量％的Ti和不超过0.05重量％的Zn。在该配方下得到的铝合金具有更好的力学性能和铸造性能，其断裂强度可以达到不低于300MPa，屈服强度可以达到不低于265MPa，延伸率可以达到不低于10％。

根据本公开的第一方面，在优选情况下，为了进一步提高所述铝合金的力学性能和铸造性能，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：6-6.5重量％的Si，0.5-0.6重量％的Mg，0.2-0.4重量％的Cu，不超过0.12重量％的Fe，不超过0.05重量％的Mn，不超过0.2重量％的Ti和不超过0.05重量％的Zn。在该优选配方下，铝合金的断裂强度可以达到不低于330MPa，屈服强度可以达到不低于270MPa，延伸率可以达到不低于11％。

本文中，在无相反说明的情况下，铝合金的屈服强度、断裂强度和延伸率的数值是指参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》测试的铝合金的屈服强度、断裂强度和延伸率的数值。

本公开第二方面：提供一种制备铝合金的方法，该方法包括以下步骤：a、将熔炼原料熔融，得到熔融后的物料；所述熔炼原料含有合金元素和余量的铝元素；在所述熔炼原料的总重量为100重量份的基准上，所述合金元素含有6-7重量份的Si，0.4-0.6重量份的Mg，0.2-0.4重量份的Cu，不超过0.12重量份的Fe，不超过0.05重量份的Mn，不超过0.2重量份的Ti和不超过0.05重量份的Zn：b、将步骤a中得到的所述熔融后的物料进行超声波振动处理和机械搅拌处理，得到搅拌后的物料；c、将步骤b中得到的所述搅拌后的物料进行压铸处理。

根据本公开的第二方面，步骤a中的所述熔融处理的条件为本领域常规的合金熔融条件，例如，步骤a中的所述熔融处理的条件可以包括：温度为700-730℃，时间为6-10小时。

根据本公开的第二方面，将步骤a中得到的所述熔融后的物料装入容器中进行超声波振动处理和机械搅拌处理，所得到的搅拌后的物料为细小的半固态晶粒组织，可以进一步提高物料的强度和塑性，所述容器可以为坩埚。步骤b中的所述超声波振动处理可以包括将超声波振动装置置于盛放所述熔融后的物料的容器中，打开超声波振动装置，设定振动参数后进行该处理。所述超声波振动装置可以包括超声波换能器和细长探头，所述细长探头上端与超声波换能器相连接，所述细长探头下端部全部或部分被引入所述盛放所述熔融后的物料的容器中。所述超声波振动处理的条件可以包括：超声波频率为20KHz-120KHz，时间为0.1-5分钟，温度为680-700℃，超声波振动幅度为0.1-2mm。所述机械搅拌处理的条件可以包括：机械搅拌转速为100-3000r/min，机械搅拌时间为5-120秒。

根据本公开的第二方面，为了降低缩孔、气孔和针孔等铸造缺陷，进一步提高铝合金的力学性能，步骤c中的所述压铸处理可以包括采用反重力压铸法将所述搅拌后的物料挤压到模具内。所述反重力压铸法是指使所述搅拌后的物料充填模具的驱动力与重力方向相反，通过克服所述搅拌后的物料的自身重力、模具内阻力以及其他外力的作用完成充填铸型，所采用的设备可以为本领域常规的，例如可以采用自下而上式挤压铸造机进行所述压铸处理。所述压铸处理的条件可以包括：压铸机吨位不低于400吨，压铸压力为50-200MPa，压射速度为0.1-0.5m/s。

根据本公开的第二方面，为了使铝合金产品的性能更加稳定，该方法还包括，将步骤b中得到的所述搅拌后的物料进行压铸处理后，再进行切削加工，去除水口、渣包等瑕疵，然后进行固溶处理、自然时效处理和人工时效处理中的至少一种。优选情况下，将步骤b中得到的所述搅拌后的物料进行压铸处理后，再进行切削加工，去除水口、渣包等瑕疵后，依次进行固溶处理、自然时效处理和人工时效处理，可以使得所述铝合金的力学性能和铸造性能进一步提高。其中，所述固溶处理、自然时效处理和人工时效处理的含义为本领域技术人员所熟知。所述固溶处理的条件可以包括：温度为520-530℃，时间为8-10小时；所述自然时效处理的条件包括：温度为室温，时间为6-10小时；所述人工时效处理的条件包括：温度为150-180℃，时间为10-12小时。

本公开第二方面所提供的制备铝合金的方法通过对铝合金的配方改良，改善传统半固态成型工艺以及开发相匹配的热处理工艺，解决了传统制备方法无法制备出成型结构复杂、力学性能高的铝合金铸件的问题，同时降低了制备成本。

本公开第三方面：提供一种铝合金，该铝合金由本公开第二方面的方法制备得到。

本公开第四方面：提供本公开第一方面或第三方面的铝合金在车辆车身骨架连接件中的应用。

本公开第五方面：提供一种车辆车身骨架连接件，该车辆车身骨架连接件采用本公开第一方面或第三方面的铝合金制成。

根据本公开的第五方面，如图1所示，该辆车身骨架连接件包括第一连接板1和一体化连接在所述第一连接板1的边缘的第二连接板2，第一连接板1和第二连接板2之间的角度可以根据车辆车身的实际连接需要进行设计。在所述第一连接板1和所述第二连接板2的两侧还分别一体化连接有第一加强侧板3和第二加强侧板4，第一加强侧板3和第二加强侧板4各自独立地分别与第一连接板1和第二连接板2所在平面垂直，第一加强侧板3和第二加强侧板4的形状可以根据车辆车身的实际连接需要进行设计。

根据本公开的第五方面，如图1所示，在所述第一连接板1和/或所述第二连接板2上还开设有至少一个铆钉孔5，使用时将铆钉穿过铆钉孔实现车辆车身的铆接连接。

本公开第五方面提供的车辆车身骨架连接件可以满足车辆车身的结构强度，可以取代传统的焊接的车辆车身连接方式，实现铆接的连接工艺，与普通压铸法所制成的铸件相比性能更好且成本相当。

本公开第六方面：提供一种电动汽车，该电动汽车包括本公开第五方面的车辆车身骨架连接件。

下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。

实施例和对比例中，参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》测试铝合金的屈服强度、断裂强度和延伸率，参照《GB/T 13298-1991金属显微组织检验方法》进行铝合金的金相组织观察。

实施例1

将6.3重量份的Si，0.55重量份的Mg，0.25重量份的Cu，0.1重量份的Fe，0.02重量份的Mn，0.15重量份的Ti，0.03重量份的Zn以及补足至100重量份的Al在710℃温度下熔融8小时；将熔融后的物料置于坩埚内，进行超声波振动处理和机械搅拌处理，超声波频率为30KHz，超声波振动时间为9秒，温度为690℃，超声波振动幅度为0.15mm，机械搅拌转速为1000r/min，机械搅拌时间为9秒；将搅拌后的物料倒入料筒，采用自下而上式挤压铸造机(吨位为650吨)将其挤压到模具内，压力为60MPa，压射速度为0.2m/s；压铸处理后去除样品水口、渣包，在525℃温度下进行固溶处理9小时，然后在室温下进行自然时效处理8小时，在170℃温度下进行人工时效处理10小时，得到铝合金制成的车辆车身骨架连接件。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片见图1。

实施例2

将6.1重量份的Si，0.51重量份的Mg，0.3重量份的Cu，0.07重量份的Fe，0.03重量份的Mn，0.1重量份的Ti，0.04重量份的Zn以及补足至100重量份的Al在710℃温度下熔融8h时间；将熔融后的物料置于坩埚内，进行超声波振动处理和机械搅拌处理，超声波频率为60KHz，超声波振动时间为1分钟，温度为690℃，超声波振动幅度为0.1mm，机械搅拌转速为200r/min，机械搅拌时间为60秒；将搅拌后的物料倒入料筒，采用自下而上式挤压铸造机(吨位为450吨)将其挤压到模具内，压力为100MPa，压射速度为0.4m/s；压铸处理后去除样品水口、渣包，在520℃温度下进行固溶处理9h时间，然后在室温下进行自然时效处理8h时间，在160℃温度下进行人工时效处理10h时间，得到铝合金制成的车辆车身骨架连接件。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图1类似。

实施例3

将6.4重量份的Si，0.59重量份的Mg，0.38重量份的Cu，0.08重量份的Fe，0.02重量份的Mn，0.12重量份的Ti，0.03重量份的Zn以及补足至100重量份的Al在710℃温度下熔融8h时间；将熔融后的物料置于坩埚内，进行超声波振动处理和机械搅拌处理，超声波频率为100KHZ，超声波振动时间为9s，温度为690℃，超声波振动幅度为0.2mm，机械搅拌转速为2000r/min，机械搅拌时间为90秒；将搅拌后的物料倒入料筒，采用自下而上式挤压铸造机(吨位为850吨)将其挤压到模具内，压力为150MPa，压射速度为0.1m/s；压铸处理后去除样品水口、渣包，在530℃温度下进行固溶处理9h时间，然后在室温下进行自然时效处理8h时间，在180℃温度下进行人工时效处理10h时间，得到铝合金制成的车辆车身骨架连接件。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图1类似。

实施例4

将6.7重量份的Si，0.45重量份的Mg，0.3重量份的Cu，0.1重量份的Fe，0.04重量份的Mn，0.15重量份的Ti，0.03重量份的Zn以及补足至100重量份的Al在710℃温度下熔融8h时间；将熔融后的物料置于坩埚内，进行超声波振动处理和机械搅拌处理，超声波频率为30KHz，超声波振动时间为9s，温度为690℃，超声波振动幅度为0.15mm，机械搅拌转速为1000r/min，机械搅拌时间为9秒；将搅拌后的物料倒入料筒，采用自下而上式挤压铸造机(吨位为650吨)将其挤压到模具内，压力为60MPa，压射速度为0.2m/s；压铸处理后去除样品水口、渣包，在525℃温度下进行固溶处理9h时间，然后在室温下进行自然时效处理8h时间，在170℃温度下进行人工时效处理10h时间，得到铝合金制成的车辆车身骨架连接件。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图1类似。

实施例5

将6.9重量份的Si，0.41重量份的Mg，0.25重量份的Cu，0.1重量份的Fe，0.02重量份的Mn，0.15重量份的Ti，0.03重量份的Zn以及补足至100重量份的Al在710℃温度下熔融8h时间；将熔融后的物料置于坩埚内，进行超声波振动处理和机械搅拌处理，超声波频率为30KHz，超声波振动时间为9s，温度为690℃，超声波振动幅度为0.15mm，机械搅拌转速为1000r/min，机械搅拌时间为9秒；将搅拌后的物料倒入料筒，采用自下而上式挤压铸造机(吨位为650吨)将其挤压到模具内，压力为60MPa，压射速度为0.2m/s；压铸处理后去除样品水口、渣包，在525℃温度下进行固溶处理9h时间，然后在室温下进行自然时效处理8h时间，在170℃温度下进行人工时效处理10h时间，得到铝合金制成的车辆车身骨架连接件。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图1类似。

对比例1

与实施例1的区别在于，铝合金的配方为：7.2重量份的Si，0.38重量份的Mg，0.08重量份的Cu，0.11重量份的Fe，0.02重量份的Mn，0.18重量份的Ti，0.02重量份的Zn以及补足至100重量份的Al。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片见图2。

对比例2

与实施例1的区别在于不进行超声波振动处理。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图2类似。

对比例3

与实施例1的区别在于不进行机械搅拌处理。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图2类似。

对比例4

与实施例1的区别在于热处理采用传统的T6处理过程，为535℃下固溶6h，接着在140℃下固溶4h。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图2类似。

对比例5

与实施例1的区别在于压铸处理采用水平压铸机(购自力劲型号280T压铸机)，压力为60MPa，压射速度为0.2m/s。检测其屈服强度、断裂强度和延伸率，测试结果见表1。金相照片与图2类似。

表1

实施例屈服强度(MPa)断裂强度(MPa)延伸率(％)实施例128434312.5实施例227833211实施例328734111.5实施例427032710.5实施例526831510对比例12392888对比例22402669对比例32502958.5对比例42482807.5对比例52402766

从实施例1-5及对比例1-5的结果可以看出，本公开的铝合金具有良好的力学性能，断裂强度可达到300MPa以上，屈服强度可达到265MPa以上，延伸率超过10％，尤其在合金元素为6-6.5重量％的Si，0.5-0.6重量％的Mg，0.2-0.4重量％的Cu，不超过0.12重量％的Fe，不超过0.05重量％的Mn，不超过0.2重量％的Ti和不超过0.05重量％的Zn的铝合金配比下，可以达到断裂强度不低于330MPa，屈服强度不低于270MPa，延伸率不低于11％。从金相照片可以看出，采用本公开的方法制备的铝合金可以得到球形或近球形非晶枝的结构(图2)，而采用传统方法制备的铝合金的结构不规则(图3)，证明采用本公开的方法制备的铝合金具有较高的综合性能。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。