一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的挤压生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的挤压生产工艺。
【背景技术】
[0002]Al-Zn-Mg合金强度高、焊接性能优良，已被广泛应用于轨道交通、军用设施、航空航天等领域。采用Al-Zn-Mg合金作为高铁车体用型材，不仅可以保证车体的使用强度还能使车重大幅降低，能有效降低能耗。
[0003]Al-Zn-Mg属于中高强铝合金，具有较高的变形抗力，为保证挤压的顺利进行，工业生产中通常需要提高挤压温度、或减小铸锭长度、或降低挤压速度等办法来降低挤压力，保证型材更多的挤出长度。然而，提高挤压温度会导致再结晶体积分数增加，综合性能下降，而减小铸锭长度和降低挤压速度则会导致生产效率低下。降低挤压温度可以一定程度上提高产品的综合性能，但合金的变形抗力显著增加，容易导致挤不动或模具寿命低的问题。挤压温度由挤压筒温度、铸锭加热温度、模具温度共同决定。
[0004]Al-Zn-Mg合金通过人工时效可以使固溶原子析出形成弥散分布的强化相，提高型材的强度，T6峰值时效状态的合金强度最高，但耐应力腐蚀性能较差；工业上常常采用T73过时效状态来提高耐应力腐蚀性能，但强度下降明显；1974年，以色列提出一种三级时效工艺一一回归再时效处理工艺，可以使晶内组织与T6态相似，而晶界组织与T73态相似，使合金获得了较高的强度和良好的耐应力腐蚀性能。但工艺受专利保护，一直处于保密状态，且对设备的要求非常高，工业生产的生产效率非常低，目前也仅用于航空某几个重要铝合金部件的生产。
[0005]本发明提出一种关于高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的挤压方法，通过协调各个挤压过程的工艺，确保生产稳定的同时，提高型材的成品率和综合性能。提出一种多级时效工艺，在不增加三级时效热处理设备的情况下，综合提高Al-Zn-Mg合金的强度和耐应力腐蚀性能。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:针对传统挤压工艺的上述不足，提供一种挤压生产工艺，提升尚铁用车体型材的综合性能，提尚工业生广的稳定性，从而提尚尚铁车体用型材广品的生产效率。采用工业化的时效设备，通过改进时效工艺，使其同时具有良好的强度和耐应力腐蚀性能。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的挤压生产工艺，包括如下步骤:
[0009]铸锭加热:选用长度为500mm-2000mm的铸锭，加热使其头尾温差在5_50°C之间，铸锭在加热炉中的加热温度控制在450-510°C ；
[0010]模具加热:模具在加热炉中加热470-520°C，保温3_40h ；
[0011]挤压筒加热:挤压筒温度控制在400-470°C ；
[0012]挤压生产:铸锭和模具加热完成、挤压筒到温之后，将加热后的铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在0.5-4.5m/min ；
[0013]在线淬火:保证型材淬火区入口温度多450°C，淬火方式可选择空冷、强风、水雾冷却，淬火冷却速率为10-100°C /min ；
[0014]中断:中间换锭时间不超过40min ；
[0015]拉伸矫直:在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在0.3% -3.0% ;
[0016]人工时效:采取双级时效制度，第一级时效为15°C -120°C，时间为2h_480h，第二级时效温度为120°C _180°C，时间为2h-48h。
[0017]进一步地，在所述铸锭加热的步骤中，加热使铸锭的头尾温差在15_45°C之间。
[0018]进一步地，在所述挤压生产的步骤中，控制挤压速度为l_3m/min。
[0019]进一步地，在所述拉伸矫直的步骤中，在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在1% -2.5% ；
[0020]进一步地，在所述人工时效的步骤中，采取双级时效制度，第一级时效为200C _100°C，时间为 24h-240h，第二级时效温度为 130°C _170°C，时间为 5h_40h。
[0021]在对铝合金铸锭进行挤压时会产生热效应，热效应大小和铸锭的温度、挤压速度、挤压比的大小有关。要提高铝合金的综合性能，在铸锭的挤压过程中，必须正确选择挤压时的工艺参数，包括挤压时的温度、挤压速度及变形程度等。温度包括:挤压时的温度、挤压时摩擦所引起的上升的温度、挤压筒的温度，模具的温度、铸锭的温度、时效温度等一系列温度。
[0022]本发明的挤压工艺合理选择铸锭加热温度，通过梯度加热的方法使铸锭的头尾温差较小，克服了传统生产中由于铸锭各部分有较大温差，从而在加工过程中使铸锭合金组织的不均匀的缺点。同时，通过确定合适的铸锭温度、模具温度、挤压筒温度，并调节挤压速度，使热效应产生热量与模具导热引起的热损失基本上互相抵消，避免因毛坯局部过热而造成粗晶组织，保证足够均匀的变形条件。
[0023]Al-Zn-Mg铝合金主要的时效方式是单级峰值时效和双级时效工艺。峰值时效时合金具有高强度、低韧性和耐腐蚀性能很差的特点，在实际应用过程中存在很大的局限性。采用双级时效能使合金得到断续的晶界组织和弥散的晶内析出相，从而具有较高的强度同时显著提高韧性和耐腐蚀性。在双级时效的过程中，关键在于控制好二级时效时间和温度来改善材料的性能。本发明控制双级时效的时间和温度，调节晶内、晶界的析出相，提高合金的综合性能。
[0024]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0025]1、本发明通过合理选取铸锭加热温度、模具温度、挤压筒温度，并调节挤压速度，保证挤压过程的稳定及型材的综合性能。
[0026]2、本发明通过合理调整挤压工艺，降低挤压力，通过拉伸提高型材的长度，实现多倍定尺的生产，从而提高成品率。
[0027]3、本发明通过严格控制挤压过程停顿时间以及铸锭上机前停顿时间，保证挤压过程温度的一致性，保证产品的稳定性。
[0028]4、本发明通过采用双级时效热处理，控制双级时效的时间和温度，调节晶内、晶界的析出相，使合金同时具有良好的强度和耐应力腐蚀性能，提高合金的综合性能。
【具体实施方式】
[0029]下面结合一些实施例和对比例对本发明作进一步说明，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0030]实施例1
[0031]取高铁车体用Al-Zn-Mg合金铸锭进行挤压加工，具体步骤为:
[0032]铸锭加热:选用长度为500mm的铸锭，加热使其头尾温差为5°C，铸锭在加热炉中的加热温度控制在450°C ；
[0033]模具加热:模具在加热炉中加热至470°C，保温3h ；
[0034]挤压筒加热:挤压筒温度控制在400°C ；
[0035]挤压生产:铸锭和模具加热完成、挤压筒到温之后，将加热后的铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在0.5m/min ；
[0036]在线淬火:保证型材淬火区入口温度为450°C以上，淬火方式可选择空冷、强风、水雾冷却，保温型材各个区域淬火均匀，淬火冷却速率为10°c /min ；
[0037]中断:中间换锭时间控制为40min ；
[0038]拉伸矫直:在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在0.3% ;
[0039]人工时效:采取双级时效制度，第一级时效为15°C，时间为480h，第二级时效温度为120°C，时间为48ho
[0040]通过对上述挤压工艺制备的合金型材进行性能测试，获得该高铁车用Al-Zn-Mg合金型材的抗拉强度为392MPa，屈服强度335MPa，延伸率为19 %，抗拉强度的标准差为3.4MPa，应力腐蚀敏感性Isskt值为0.0173。
[0041]实施例2
[0042]取高铁车体用Al-Zn-Mg合金铸锭进行挤压加工，具体步骤为:
[0043]铸锭加热:选用长度为2000mm的铸锭，加热使其头尾温差为50°C，铸锭在加热炉中的加热温度控制在510°C ；
[0044]模具加热:模具在加热炉中加热520°C，保温40h ；
[0045]挤压筒加热:挤压筒温度控制在470°C ；
[0046]挤压生产:铸锭和模具加热完成、挤压筒到温之后，将加热后的铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在4.5m/min ；
[0047]在线淬火:保证型材淬火区入口温度为460°C以上，淬火方式可选择空冷、强风、水雾冷却，保温型材各个区域淬火均匀，淬火冷却速率为100°c /min ；
[0048]中断:中间换锭时间为40min ；
[0049]拉伸矫直:在保证型材拉直的情况下控制拉伸率为3.0% ;
[0050]人工时效:采取双级时效制度，第一级时效为120°C，时间为2h，第二级时效温度为180°C，时间为2ho
[0051]通过对上述挤压工艺制备的合金型材进行性能测试，获得该高铁车用Al-Zn-Mg合金型材的抗拉强度为370MPa，屈服强度315MPa，延伸率为21 %，其中抗拉强度的标准差为5.2MPa，应力腐蚀敏感性Isskt值为0.0457。
[0052]实施例3
[0053]取高铁车体用Al-Zn-Mg合金铸锭进行挤压加工，具体步骤为:
[0054]铸锭加热:选用长度为100mm的铸锭，加热使其头尾温差为15°C，铸锭在加热炉中的加热温度控制在480°C