鋁合金由于具有良好的成形性、可加工性、焊接性和非常好的耐腐蝕性，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。未來幾年，電動(dòng)汽車的鋁消耗量將持續(xù)增加，體現(xiàn)在車身部件和電池容器中。電池外殼采用壓鑄鋁合金件，如AlSi10MnMg合金零件。不同的研究者發(fā)現(xiàn)，鋁合金高壓壓鑄特別適合一體化零件整體成形。熔煉和鑄造過程中不可避免引入Fe, 尤其是在使用廢料和回收材料時(shí)。Fe是Al-Mg和Al-Mg-Mn合金中改善力學(xué)性能的有利元素。Fe顯著提高了合金的屈服強(qiáng)度，但明顯降低了伸長(zhǎng)率。也有研究發(fā)現(xiàn)，Si含量的增加改善鑄造合金的強(qiáng)度，但會(huì)降低硬度，同時(shí)降低鋁合金的塑性。研究表明，低壓和低溫使孔隙率增加，促進(jìn)富鐵金屬間化合物的形成，改變α-Al相的形態(tài)，惡化合金力學(xué)性能。壓鑄工藝參數(shù)與合金元素之間的相互作用對(duì)合金拉伸性能有顯著影響。
目前，合金元素及壓鑄工藝條件對(duì)力學(xué)性能的影響，主要研究集中于短期生產(chǎn)過程。考慮零件的獨(dú)特使用環(huán)境，討論長(zhǎng)期熱環(huán)境對(duì)鋁合金力學(xué)性能的影響的報(bào)道較少。因此，本研究對(duì)AlSi12(Fe)(a)合金和AlSi10MnMg合金試樣在500h×120℃熱處理后的力學(xué)性能進(jìn)行比較，研究薄壁鋁合金高壓壓鑄件在長(zhǎng)期熱環(huán)境下的力學(xué)性能穩(wěn)定性，可為此類新能源汽車薄壁壓鑄件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。選擇經(jīng)過500h×120℃預(yù)處理的試樣和普通試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。盡管預(yù)處理后AlSi12(Fe)(a)合金試樣的力學(xué)性能發(fā)生了變化，但是沒有衰減到材料標(biāo)準(zhǔn)值以下。預(yù)處理后AlSi10MnMg合金試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度有所提高，但伸長(zhǎng)率降低，且低于材料的標(biāo)準(zhǔn)值。
圖文結(jié)果
在制備階段采用統(tǒng)一的試生產(chǎn)條件，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件調(diào)整壓鑄工藝參數(shù)，采用與壓鑄件同批次熔化的鋁合金液體壓鑄而成。非夾緊部分應(yīng)無劃痕、麻面、冷隔、裂紋、夾雜物和表面孔洞等缺陷。兩端應(yīng)打磨平整，并去除進(jìn)料口和渣包口，尺寸示意圖見圖1。根據(jù)零件交付狀態(tài)的要求，不采用熱處理。壓鑄機(jī)型號(hào)為UB350iC,鋁液澆注溫度為(680±10)℃,模溫機(jī)溫度為(200±10)℃、真空度為(40±10)kPa, 鑄造壓力為(95±10)MPa。使用FED-720烘箱進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理參數(shù)為500 h×120℃,并進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件設(shè)置為(23±5)℃和(50%±25%)(Rh為溫度),分別測(cè)試6個(gè)AlSi12(Fe)(a)合金試棒和6個(gè)AlSi10MnMg合金試棒，其中，AlSi12(Fe)(a)合金的1號(hào)～3號(hào)試棒和AlSi10MnMg合金的1號(hào)～3號(hào)試棒未經(jīng)預(yù)處理；兩種合金的4號(hào)～6號(hào)試棒經(jīng)預(yù)處理。使用K2012967數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量試棒中部圓形截面的直徑，使用E45.305電子萬能試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試試棒的力學(xué)性能。
結(jié)論
通過表2和表3的測(cè)試結(jié)果可知，預(yù)處理前材料的力學(xué)性能符合DIN EN 1706標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)處理后，盡管AlSi12(Fe)(a)合金的力學(xué)性能有所下降，但仍滿足要求，但AlSi10MnMg合金的伸長(zhǎng)率低于DIN EN 1706標(biāo)準(zhǔn)。
AlSi12(Fe)(a)合金是一種具有高導(dǎo)熱性和良好流動(dòng)性的共晶Al-Si合金，具有優(yōu)異的鑄造成形性，能夠形成復(fù)雜的薄壁零件，能夠滿足新能源汽車電池組件的生產(chǎn)要求。AlSi10MnMg合金的熱處理工藝會(huì)導(dǎo)致鑄件變形和表面起泡問題，特別是隨著壓鑄件體積增加，零件很難二次整形。因此，一方面，可以在鑄態(tài)下直接使用非熱處理壓鑄鋁合金工藝，以避免上述問題，另一方面，減少零件熱處理工藝也可以降低零件的制造成本。
電池在高功率運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多熱量，因此，新材料的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為提高新能源汽車電池模塊散熱能力的關(guān)鍵。由于鋁合金具有良好的導(dǎo)熱性、加工性、低成本、環(huán)保和低密度等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)新能源汽車電池模塊的小型化和輕量化，同時(shí)保持新能源汽車蓄電池模塊的高散熱能力，被廣泛用于散熱器、承載板、支架、接線盒、前蓋，以及其他新能源汽車零部件。
本文作者：
張作偉 方建儒 張世恩
大連亞明汽車部件股份有限公司
張作偉
大連交通大學(xué)連續(xù)擠壓教育部工程技術(shù)研究中心
本文來源：《特種鑄造及有色合金》雜志
