电池托盘用6005A铝合金成分优化及搅拌摩擦焊接工艺研究

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采用搅拌摩擦焊接工艺焊接的铝合金电池托盘是新能源汽车电池的承载件,整体质量偏大,具有极大的轻量化空间。随着新能源汽车轻量化对材料和其性能要求的提升,电池托盘所用的材料及搅拌摩擦焊接工艺已不能满足托盘轻量化的性能需求。本文在电池托盘用6005A铝合金的基础上,采用JMat Pro热力学模拟与第一性原理计算相结合优化6005A铝合金成分,研究不同含量的La(0.1 wt.%,0.3wt.%,0.5 wt.%,0.7 wt.%,1.0 wt.%)对6005A试验铝合金经过均匀化处理,66.7%变形量的轧制,轧制后固溶加人工时效处理(简称T6态)的显微组织和力学性能的影响,以及T6态的含0.1 wt.%La的8mm厚的6005A试验铝合金板的搅拌摩擦焊接工艺对显微组织和力学性能的影响,为开发新型电池托盘用6005A试验铝合金提供理论及工艺参考。JMat Pro热力学模拟与第一性原理计算结果表明:6005A铝合金成分范围中存在七种析出相Mg2Si、Al5Cu2Mg8Si6、Al13Cr4Si4、Al2Cu、Al6Mn、β(Al Fe Si)、E-Al Cr Mg Mn,其中Mg2Si、Al5Cu2Mg8Si6、Al13Cr4Si4、Al2Cu为主要析出相,对四种主要析出相的生成能力、稳定性、剪切模量、杨氏模量、泊松比进行计算,综合其对力学性能的影响,得优化后的6005A铝合金成分为Al-0.7 wt.%Mg-0.7 wt.%Si-0.3 wt.%Cr-0.2wt.%Mn-0.18 wt.%Fe,其铸态抗拉强度为135.55 MPa,屈服强度为71.52 MPa,硬度为43.64 HV。添加0.1 wt.%的La有助于长条针状的共晶Si和β(Al Fe Si)相转变为点状,而增大La的添加量不利于长条针状的共晶Si和β(Al Fe Si)相转变为点状,容易形成粗大的Al Fe Si La相。La的添加均未能显著提高均匀化态、轧制态、T6态的6005A试验铝合金的抗拉强度,但对其延伸率影响较大,延伸率变化趋势为先上升后下降到逐渐趋于平缓。均匀化态、轧制态、T6态的6005A试验铝合金均在添加0.1 wt.%La时获得最佳力学性能,依次分别为:抗拉强度119.2 MPa,延伸率26.2%;抗拉强度220.7 MPa,延伸率5.2%;抗拉强度284 MPa,延伸率17%。搅拌摩擦焊接工艺参数对焊合区晶粒尺寸有着显著影响,焊合区晶粒尺寸会随着搅拌头转速增大而增大,同时也会随着焊接速度增大而减小。在搅拌头转速为600 rpm,焊接速度为200 mm/min时,焊合区晶粒尺寸最小为6.56μm,且此时接头力学性能最佳,抗拉强度为204.7 MPa,焊接效率为72%,延伸率为17%与T6态母材几乎无差别。
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