一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造 圆锭的均匀化处理方法。
【背景技术】
[0002] 随着铁路运输业的发展，对铁道车辆提出了越来越高的要求，轻质高速已成为现 代化铁道车辆的重要指标。中强Al-Zn-Mg铝合金不仅具有密度小、适中的强度和好的可焊 性，而且具有较宽的固溶处理温度范围，优良的热变形性能和抗应力腐蚀性能，在高铁制造 行业得到了广泛应用。
[0003] 中强Al-Zn-Mg铝合金圆锭采用井式直接水冷半连续铸造生产工艺，铸锭由于浇 注速度和冷却速度较大，容易产生严重的枝晶偏析、铸造应力、以及大量沿晶界分布的非平 衡共晶组织，严重影响铸锭的塑性加工性能及最终产品性能。工业上通常采用高温均匀化 退火的方法来消除以上缺陷。
[0004] 目前工业化生产的Al-Zn-Mg合金均匀化工艺通常采用单级均匀化或双级（多级） 均匀化，一级均匀化：升温一高温保温一冷却；二级均匀化：升温一低温保温一升温一高温 保温一冷却。但上述方法存在如下技术缺点：（1)铸锭由室温直接升温至退火温度的过程 中需要经历多个第二相的析出区间，常规升温工艺无法保证圆铸锭的温度均匀性，组织存 在差异，导致铸锭经过挤压后产品性能不均匀；（2)铸锭一般采用快速冷却和慢速冷却，当 铸锭从退火温度快速冷却到室温时，铸锭内部存在应力，影响铸锭的机加工和挤压性能，严 重时还会影响产品的综合性能；（3)铸锭从退火温度慢速冷却到室温可以降低应力，但需 要经历一段很长的析出温度区间，导致固溶体析出大量平衡相，降低了材料的强度，也由于 铸锭内外温度相差较大，导致铸锭心部和边部的析出组织存在很大的差异，无法保证材料 的性能均匀性。
[0005] 鉴于上述问题，有必要对高铁用中强Al-Zn-Mg铝合金的均匀化处理进行进一步 研宄，提高塑性加工性能及最终产品性能，以适应大规模生产的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高铁用Al-Zn-Mg合金半 连续铸造圆锭的均匀化处理方法，本发明可以提高铸锭均热的生产效率，控制均热组织的 均匀性，提高第二相粒子的分布均匀性，从而提高型材产品的力学性能。
[0007] 本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理方法，均匀化处理时升 温、保温以及降温的步骤为：
[0009] (1)将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至低温区T1，T1为100°C-270°c，升温 速率为 3°C/h-30°C/h，保温 0h-20h;
[0010] (2)再将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至中温区T2，T2为350°C-450°c，升 温速率为15°C/h-100°C/h，保温时间为0. 5h-15h;
[0011] (3)然后将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至高温区T3，T3为450°C_520°C， 升温速率为10°c/h-50°c/h，保温时间为6h-64h;
[0012] (4)将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至降温低温区T4,T4为100°C_350°C， 降温速率为10°c/h-300°c/h;
[0013] (5)最后，将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至室温，降温速率为50°C/ h-1000。。/h〇
[0014] 优选地，本发明的高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理方法，在均 匀化处理时升温、保温以及降温的步骤为：
[0015] (1)将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至低温区150°C-200°C，升温速率为 10°C/h-20°C/h，保温 0h-20h;
[0016] (2)再将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至中温区350°C_450°C，升温速率为 50°C/h-80°C/h，保温时间为 3h-10h;
[0017] (3)然后将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至高温区450°C_520°C，升温速率 为 20°C/h-30°C/h，保温时间为 12h-40h;
[0018] (4)将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至降温低温区200°C_300°C，降温速率 为 20(TC/h-26(TC/h;
[0019] (5)最后，将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至室温，降温速率为500°C/ h-80(TC/h〇
[0020] 其中，所述步骤（1)-(3)中升温时采用的是一级或多级升温方式。
[0021] 其中，所述步骤（4)和（5)中，冷却方式采用空冷、风冷、水冷或水雾冷中的一种或 多种。
[0022] 均匀化处理的目的是使一次析出相充分回溶，经过后续挤压、固溶工艺，最后在时 效处理过程中析出相均匀、细小。均匀化过程中起决定作用的是退火的温度和时间，温度越 高，在同一温度下保温的时间越长，越有利于原子的充分扩散。当均匀化处理温度较低时， 难以使一些具有较高熔点的一次凝固析出相实现充分回溶；而当均匀化处理温度过高时， 铸锭中存在的一些低熔点共晶相将会出现过烧现象；上述矛盾导致传统的均匀化处理温度 一般不能选择过高，从而导致Al-Zn-Mg铝合金铸锭中一次凝固析出相残留量过大。
[0023] 因此，需选择合理的均匀化温度及时间，使一次析出相最大限度的回溶。本发明 通过针对高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理的研宄作了大量工作，获得 了大量的实验数据，研宄结果表明，450°C-520°C这一温度区间是较为合适的均匀化退火温 度。
[0024] 进一步地，本发明将圆铸锭由室温升温至退火温度分成3步来完成，降温至室温 的过程分成2步来完成，升温曲线方程为二阶导数连续，而降温曲线方程为二阶导数不连 续。升温和降温过程中的吸热和放热量可用积分式表述为：
【主权项】
1. 一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理方法，其特征在于均匀化 处理时升温、保温以及降温的步骤为： (1) 将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至低温区Tl，Tl为100°C_270°C，升温速率 为 3°C/h-40°C/h，保温 0h-20h; (2) 再将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至中温区T2，T2为300°C_450°C，升温速 率为 15°C/h-100°C/h，保温时间为 0? 5h-15h; (3) 然后将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至高温区T3,T3为450°C_520°C，升温 速率为l〇°C/h-50°C/h，保温时间为6h-64h; (4) 将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至降温低温区T4,T4为160°C_420°C，降温 速率为l〇°C/h-300°C/h; (5) 最后，将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至室温，降温速率为50°C/h-1000°C/ h〇
2. 根据权利要求1所述的一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理方 法，其特征在于均匀化处理时升温、保温以及降温的步骤为： (1) 将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至低温区150°C_220°C，升温速率为10°C/ h-30°C/h，保温 0h-20h; (2) 再将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至中温区350°C-430 °C，升温速率为 40°C/h-70°C/h，保温时间为 3h-10h; (3) 然后将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭升温至高温区450°C-520°C，升温速率为 20°C/h-30°C/h，保温时间为 12h-40h; (4) 将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至降温低温区220°C-380°C，降温速率为 160〇C/h-260〇C/h； (5) 最后，将Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭降温至室温，降温速率为200°C/h-800°C/ h〇
3. 根据权利要求1或2所述的一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处 理方法，其特征在于：所述步骤（1)-(3)中升温时，采用的是一级或多级升温方式。
4. 根据权利要求1或2所述的一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处 理方法，其特征在于：所述步骤（4)和（5)中，冷却方式采用空冷、风冷、水冷或水雾冷中的 一种或多种。
【专利摘要】本发明公开了一种高铁用Al-Zn-Mg合金半连续铸造圆锭的均匀化处理方法，属于铝合金加工技术领域。本发明的均匀化处理过程包括升温过程和降温过程：升温过程是缓慢升温至低温区并保温或不保温，然后快速升至中温区保温一段时间，最后再缓慢升到高温区保温较长的时间；降温过程为缓慢降温至低温区，然后快速降至室温，完成均匀化退火。本发明可以提高铸锭均热的生产效率，控制均热组织的均匀性，提高第二相粒子的分布均匀性，从而提高型材产品的力学性能。
【IPC分类】C22F1-053
【公开号】CN104762574
【申请号】CN201510142597
【发明人】聂祚仁, 周文标, 黄晖, 张明珠, 谢清真
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月29日