高速动车用Al‑Mg‑Si合金型材制备方法与流程

本发明涉及铝合金制备
技术领域：
，尤其涉及一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法。
背景技术：
：al-mg-si合金型材强度适中、容易折弯、焊接性能优良，广泛应用于轨道交通领域。轨道交通列车运行速度快，对材料的性能要求相对较高，其力学性能要求均是按照t6状态要求，而由于挤压型材离线淬火设备较为复杂，且价格昂贵，目前很少有铝型材企业配备挤压型材离线淬火设备，因此，目前工业生产方式一般都是用t5状态代替t6状态，t5状态力学性能虽然一般也能达到t6状态最低要求，但较t6状态平均要低20-30mpa，力学性能的降低会导致列车结构安全性降低。目前工业化生产普遍采用单级时效工艺，即生产工艺路线一般为：挤压—在线淬火—单级高温人工时效，无法有效的控制该al-mg-si合金时效过程中析出相的形态、大小和分布，因此，在t5状态下固溶不够充分时，无法获得高的强度，从而达不到高速动车的使用要求。技术实现要素：针对以上不足，本发明提供一种能够让高速动车用al-mg-si型材强度在t5状态下达到或略高于普通t6水平的型材制备方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，包括有以下步骤：（一）挤压：铸造的铝合金铸锭为al-mg-si合金铸锭，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.4-0.8%，mg：0.8-1.2%，cu：0.15-0.4%，fe≤0.7%，以及含有下述一种或一种以上的元素：cr≤0.3%、mn≤0.15%、zn≤0.25%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余为al及不可避免的杂质；待所述al-mg-si合金铸锭以及模具加热完成，挤压筒到温之后上模进行挤压，挤压速度控制在1-5m/min；（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为480-530℃，通过风冷或者水冷的方式使型材冷却，冷却速度为1-10℃/s；（三）单级低温人工时效：时效温度为40-70℃，保温时间为4-40h；（四）冷却停放：低温人工时效后，型材出炉冷却至室温，并停放2-48h；（五）双级高温人工时效：第一级时效温度为100-150℃，保温时间为2-48h；第二级时效温度为120-200℃，保温时间为1-24h。优选的是，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.4-0.6%，mg：0.8-1%，cu：0.15-0.3%，fe≤0.6%，以及含有下述一种或一种以上的元素：cr≤0.2%、mn≤0.1%、zn≤0.2%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余为al及不可避免的杂质。优选的是，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.6-0.8%，mg：1-1.2%，cu：0.3-0.4%，fe≤0.6%，以及含有下述一种或一种以上的元素：cr≤0.2%、mn≤0.1%、zn≤0.2%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余为al及不可避免的杂质。优选的是，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.5-0.6%，mg：0.9-1%，cu：0.2-0.3%，fe≤0.7%，以及含有下述一种或一种以上的元素：cr≤0.1%、mn≤0.1%、zn≤0.2%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余为al及不可避免的杂质。优选的是，步骤（一）挤压中，所述al-mg-si合金铸锭加热完成温度为480-520℃，所述模具加热完成温度为490-510℃，所述待挤压筒到温温度为440-460℃。优选的是，步骤（二）在线淬火中，型材冷却速度为1-5℃/s。优选的是，步骤（三）单级低温人工时效中，时效温度为55-60℃，保温时间为8-20h。优选的是，步骤（三）单级低温人工时效中，时效温度为60-70℃，保温时间为8-15h。优选的是，步骤（五）双级高温人工时效中，第一级时效温度为110-130℃，保温时间为12-22h；第二级时效温度为150-180℃，保温时间为5-10h。优选的是，步骤（五）双级高温人工时效中，第一级时效温度为130-150℃，保温时间为12-22h；第二级时效温度为180-200℃，保温时间为1-10h。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，适用的al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.4-0.8%，mg：0.8-1.2%，cu：0.15-0.4%，fe≤0.7%，以及含有下述一种或一种以上的元素：cr≤0.3%、mn≤0.15、zn≤0.25%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余为al及不可避免的杂质；本发明将目前工业化生产普遍采用的单级时效工艺由原来的：挤压—在线淬火—单级高温人工时效，调整为：挤压—在线淬火—单级低温人工时效—冷却停放—双级高温人工时效，配合特定的合金组分，通过三级时效处理，使得第二相充分弥散析出，最大化的发挥第二相强化效果，从而提高该合金t5状态的力学性能，使其强度达到或略高于普通t6状态，从而达到高速动车的使用要求。本发明中，al-mg-si合金时效过程中第二相转化过程如下：gp区—针状mg2si非平衡相—棒状mg2si非平衡相—片状平衡mg2si相。gp区是溶质原子聚集区，是铝合金时效强化的根本原因，铝合金型材在在线淬火后，进行单级低温人工时效，有利于形成更多弥散的溶质原子聚集区（gp区），从而使得在后续的双级高温时效过程中，第二相形核长大时有更多的gp区作为核心依附，使第二相长大后更为细小均匀，从而强化效果更为明显。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本发明实施例1提供的一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法的工艺流程图；图2为按本发明实施例1的工艺方法所获型材的金相组织图像；图3为按现有技术的工艺方法所获型材的金相组织图像。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1请参照图1，本实施例提供一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，包括有以下步骤：（一）挤压（s1）：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500mn单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为al-mg-si合金铸锭，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.6%，mg：1%，cu：0.3%，fe：0.6%，cr：0.2%，mn：0.1%，zn：0.2%，ti：0.1%，v：0.05%，sc：0.15%，ag：0.1%，其余为al及不可避免的杂质；铸锭车皮后直径448mm，铸锭长度1000mm；将al-mg-si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将al-mg-si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在3m/min；挤压型材截面规格300*420mm，壁厚3-12mm；（二）在线淬火（s2）：型材淬火区入口温度为500℃，使用意大利奥马弗在线淬火系统进行冷却，通过水冷的方式使型材冷却，水冷参数设置为65，冷却速度为5℃/s；（三）单级低温人工时效（s3）：时效温度为55℃，保温时间为20h；（四）冷却停放（s4）：低温人工时效后，型材出炉冷却至室温，并停放24h；（五）双级高温人工时效（s5）：第一级时效温度为130℃，升温速度2℃/min，保温时间为12h；第二级时效温度为150℃，升温速度2℃，保温时间为10h。实施例2本实施例提供一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，包括有以下步骤：（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500mn单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为al-mg-si合金铸锭，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.4%，mg：0.8%，cu：0.15%，fe：0.5%，cr：0.1%，mn：0.05%，zn：01%，ti：0.1%，v：0.05%，sc：0.15%，ag：0.1%，其余为al及不可避免的杂质；铸锭车皮后直径448mm，铸锭长度1200mm；将al-mg-si合金铸锭分区加热，头部温度520℃，中部温度500℃，尾部温度480℃，模具加热到490℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将al-mg-si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在1m/min；挤压型材截面规格200*1900mm，壁厚3-5mm；（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为480℃，用意大利奥马弗在线淬火系统进行冷却，通过风冷的方式使型材冷却，风冷参数全部设置为99，冷却速度为1℃/s；（三）单级低温人工时效：时效温度为40℃，保温时间为40h；（四）冷却停放：低温人工时效后，型材出炉冷却至室温，并停放2h；（五）双级高温人工时效：第一级时效温度为100℃，保温时间为48h；第二级时效温度为120℃，保温时间为24h。实施例3本实施例提供一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，包括有以下步骤：（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500mn单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为al-mg-si合金铸锭，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.8%，mg：1.2%，cu：0.4%，fe：0.7%，cr：0.3%，mn：0.15%，zn：0.25%，ti：0.1%，v：0.05%，sc：0.15%，ag：0.2%，其余为al及不可避免的杂质；将al-mg-si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将al-mg-si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在5m/min；挤压型材截面规格340*290mm，壁厚6-10mm；（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为480℃，用意大利奥马弗在线淬火系统进行冷却，通过水冷的方式使型材冷却，水冷参数设置为80，冷却速度为10℃/s；（三）单级低温人工时效：时效温度为70℃，保温时间为4h；（四）冷却停放：低温人工时效后，型材出炉冷却至室温，并停放48h；（五）双级高温人工时效：第一级时效温度为150℃，保温时间为2h；第二级时效温度为200℃，保温时间为1h。实施例4本实施例提供一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，包括有以下步骤：（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500mn单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为al-mg-si合金铸锭，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.5%，mg：0.9%，cu：0.2%，fe：0.7%，cr：0.3%，mn：0.15%，zn：0.25%，ti：0.1%，sc：0.15%，其余为al及不可避免的杂质；将al-mg-si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，，将al-mg-si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在3m/min；挤压型材截面规格420*240mm，壁厚10-15mm；（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为520℃，用意大利奥马弗在线淬火系统进行冷却，通过水冷的方式使型材冷却，水冷参数设置为90，冷却速度为5℃/s；（三）单级低温人工时效：时效温度为60℃，保温时间为8h；（四）冷却停放：低温人工时效后，型材出炉冷却至室温，并停放24h；（五）双级高温人工时效：第一级时效温度为110℃，保温时间为22h；第二级时效温度为180℃，保温时间为5h。实施例5本实施例提供一种高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，包括有以下步骤：（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500mn单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为al-mg-si合金铸锭，所述al-mg-si合金铸锭的组分及重量百分比为：si：0.5%，mg：0.9%，cu：0.2%，fe：0.7%，cr：0.3%，mn：0.1%，zn：0.2%，ti：0.1%，sc：0.15%，其余为al及不可避免的杂质；将al-mg-si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，，将al-mg-si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在3m/min；挤压型材截面规格420*240mm，壁厚10-15mm；（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为520℃，用意大利奥马弗在线淬火系统进行冷却，通过水冷的方式使型材冷却，水冷参数设置为90，冷却速度为5℃/s；（三）单级低温人工时效：时效温度为55℃，保温时间为15h；（四）冷却停放：低温人工时效后，型材出炉冷却至室温，并停放24h；（五）双级高温人工时效：第一级时效温度为110℃，保温时间为22h；第二级时效温度为180℃，保温时间为5h。下面对按本发明实施例1的工艺方法所获型材以及按现有技术的工艺方法所获型材的金相组织图像、最终力学性能进行测试、比较。图2为按本发明实施例1的工艺方法所获型材的金相组织图像，图3为按现有技术的工艺方法所获型材的金相组织图像，图2和图3均为200倍金相显微镜下观察获得。从图2和图3中可以看出，按本发明实施例1的工艺方法所获型材的金相组织，第二相长大后更为细小均匀，从而强化效果更为明显；按现有技术的工艺方法所获型材的金相组织，第二相长大后更为粗大不均，从而强化效果没有本发明的明显。表1按本发明实施例1的工艺方法所获型材的最终力学性能样品编号12345平均抗拉强度（mpa）299298301301295298.8屈服强度（mpa）265265268266262265.2表2按现有技术的工艺方法所获型材的最终力学性能样品编号678910平均抗拉强度（mpa）268270272269275270.8屈服强度（mpa）225229231228234229.4表1为按本发明实施例1的工艺方法所获型材的最终力学性能；表2为按现有技术的工艺方法所获型材的最终力学性能。从表1和表2中可以看出，按本发明实施例1的工艺方法所获型材的五个样品的抗拉强度范围为295-301mpa，平均抗拉强度为298.8mpa，按本发明实施例1的工艺方法所获型材的五个样品的屈服强度范围为262-268mpa，平均屈服强度为265.2mpa；按现有技术的工艺方法所获型材的五个样品的抗拉强度范围为268-275mpa，平均抗拉强度为270.8mpa，按现有技术的工艺方法所获型材的五个样品的屈服强度范围为225-234mpa，平均屈服强度为229.4mpa；由此可知，按本发明实施例1的工艺方法所获型材的抗拉强度和屈服强度都比按现有技术的工艺方法所获型材的抗拉强度和屈服强度高，即采用本发明公开的高速动车用al-mg-si合金型材制备方法，能使得al-mg-si型材强度在t5状态下达到或略高于普通t6水平，从而达到高速动车的使用要求。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12