一种轨道车辆车体用吸能铝型材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种侣型材，具体设及一种适用于轨道车辆车体用的含有元素V的 Al-Mg-Si新型吸能侣合金型材及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在轨道列车轻量化、运行速度大幅提升的同时，其安全性愈发凸显出来。轨道列车 在运行速度不断提升的同时，在遇到突发事件时的制动能力却没有得到有效改善。目前一 般在汽车车体上采用一种吸收碰撞能量的侣型材来保护汽车车体，轨道运输上还未有相关 侣型材应用的报道（尤其是高铁）。现有技术中的应用在汽车车头的侣型材吸能效果差，在 高速碰撞时容易撕裂、飞瓣，容易对乘客造成二次伤害。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种含有V元素的高效吸能侣型材及其制备 方法，W及采用该吸能侣型材制得的应用在轨道列车车头的侣型材结构。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种轨道车辆车体用吸能侣型材，包 括如下质量百分比的金属物质；0.5% -0.7%的Si、〇-〇. 15%的化、0.4% -0.6%的Mg、 0. 2% -0. 3% 的Mn、〇-〇. 01% 的Cu、0. 1% -0. 2% 的Cr、〇-〇. 01% 的Zn、0. 04% -0. 06% 的 Ti、0. 04% -0. 1%的V，其余成分为A1。
[0005] 本发明的有益效果是；①通过在吸能侣型材中添加0. 04% -0. 1%的V元素，能够 减少铸锭的柱状晶组织，细化铸造组织，在较高的固溶处理温度下，可析出细小的VAlii等 弥散相，该些弥散相具有高密度和高热稳定性，在合金热处理和热变形过程中钉扎位错和 晶界，阻碍位错重排及晶界迁移，起到抑制变形晶粒再结晶及再结晶晶粒长大的作用，达到 细化型材组织的目的，使铸锭的强度和初性得W提高，塑性、耐蚀性得W改善，吸能特性显 著提升；本发明的侣型材经过高速碰撞后发生纵向折叠变形，且变形呈均匀折叠的环状、无 撕裂；②将Mn、化元素的添加量控制在0. 3% -0. 5%，在侣合金中形成MnA16、CrA17等金 属化合物，阻碍再结晶晶粒长大；但需要控制好Mn、&总量，降低泽火敏感性，避免产生粗 大的第二相，削弱时效过程中Mg2Si相的沉淀强化效果，从而达到组织致密化的效果。
[0006] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进。
[0007] 进一步，一种轨道车辆车体用吸能侣型材，包括如下质量百分比的金属组分： 0.6%的Si、0.1%的Fe、0.5%的Mg、0.25%的Mn、0.005%的Cu、0.15%的Cr、0.005%的 Zn、0. 05% 的Ti、0. 06% 的V，余量为A1。
[000引本发明还提供一种上述轨道车辆车体用吸能侣型材的制备方法，依次包括W下步 骤：包括清炉、装炉烙炼、精炼、铸造、均质、挤压拉直、时效，所述装炉烙炼过程为；待烙炼 炉炉膛温度升至600°CW上时，先将侣锭、侣娃合金、侣铺合金、侣铭合金和一级侣合金废料 一并投入烙炼炉中，待烙炼炉炉膛温度升至745C时，再依次投入侣饥合金、侣铁合金，最后 再加入儀锭，在儀锭投放处均匀撒入无钢覆盖剂将儀锭彻底覆盖，待儀锭完全烙化后，用铁 祀将其均匀铺开后进行揽拌，得到烙炼合金烙体，取样分析。
[0009] 采用上述进一步方案的有益效果是：针对不同的合金，设置不同的投料顺序，待烙 炼炉炉膛温度升至745°c时，投入侣饥合金和侣铁合金，此时，饥和铁的扩散速度较大，可快 速溶解，减少了饥元素的损失；最后再投入儀锭，在Mg锭投入处均匀撒入无钢覆盖剂将Mg 锭彻底覆盖，可减少儀元素的氧化烧损。
[0010] 进一步，所述精炼过程为；将烙炼炉中的烙炼合金烙体转入精炼炉中，从烙炼结 束至精炼开始的时间不超过化；初始精炼时，在精炼炉中加入1.化g/T?A1的精炼剂，精 炼温度735°C-745°C，精炼时间为15min-20min，精炼过程中，静置炉中气泡的高度不大于 100mm，精炼完成后取样分析。
[0011] 进一步，所述均质过程为；将经过精炼得到的精炼合金烙体在540°C-580°C均匀 化处理化-1化，然后大风急冷化，水冷至室温。
[0012] 采用上述进一步方案的有益效果是；上述均质化处理过程能够使Mn、化和V在快 速结晶的条件下，形成溶有该些元素的过饱和烙体；该些过饱和烙体在均匀化加热保温阶 段和冷却阶段，相应的化合物就会从固溶体中析出，快速冷却可W使Mg、Si等合金元素仍 保持在固溶体中，导致MgsSi相的析出很少甚至没有，对后续挤压过程中挤压抗力的降低和 粗晶层的减少有重要影响。
[0013] 进一步，所述挤压拉直过程为；侣型材挤压温度为480°C-530°c，挤压速度为2m/min-5m/min，挤压完成后采用风冷方式对侣型材进行固溶处理；将固溶处理后的侣型材冷 却到室温后进行拉直，拉直量控制在1. 5%W内。
[0014] 采用上述进一步方案的有益效果是：采用低温低速挤压，强风冷却，可抑制再结晶 晶粒长大，使侣型材组织致密化。
[0015] 进一步，所述时效过程为；将拉直后的侣型材在180°C-300°C的环境下保温lh-3h，然后自然状态下冷却。
[0016] 采用上述进一步方案的有益效果是：采用上述时效过程，可提高屈服强度，抗冲击 性能良好，增加侣型材的使用寿命。
[0017] 进一步，所述取样分析过程为；取样前，开启永磁揽拌器揽拌至少lOmin，用取样 勺在烙炼炉/精炼炉内取=个试样，第一个试样预热试样模，不做分析用，然后选择烙炼炉 膛/精炼炉膛的中部和边部各取一个试样，取样深度大于30cm，取样位置与烙炼炉/精炼炉 内壁之间的距离大于50cm;对取得的试样进行分析，根据分析结果进行调整或转入下道工 序。
[001引采用上述进一步方案的有益效果是；采用预热样模、深度取样的方式进行取样分 析，可保证采样的均匀性和分析结果的准确性。
[0019] 进一步，所述吸能结构采用如权利要求1所述侣型材制成；所述吸能结构包括m个 吸能本体，所述吸能本体为横截面呈正n边形的筒状结构，m> 3,n> 4 ;采用挤压一体成 型技术将所述各吸能本体筒状结构挤压成一体，形成所述吸能结构。
[0020] 采用上述进一步方案的有益效果是：本发明采用吸能本体挤压融合为一体的吸能 结构，且吸能本体呈筒状结构，当吸能结构遭到碰撞时，会形成纵向折叠变形，且变形呈均 匀折叠的环状、无撕裂，可有效降低碰撞能量。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明轨道车辆车体用吸能结构的立体结构示意图；
[0022] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0023] 1、吸能本体。
【具体实施方式】
[0024]W下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0025] 本发明的一种轨道车辆车体用吸能侣型材，包括如下质量百分比的金属组分：
[0026]实施例 1 ;0. 5%的Si、0. 15%的化、0. 4%的Mg、0. 2%的Mn、0. 01%的Cu、0. 1%的 Cr、0. 01% 的Zn、0. 04% 的Ti、0. 04% 的V，余量为A1。
[0027]实施例 2 ;0. 6% 的Si、0. 1% 的化、0. 5% 的Mg、0. 25% 的Mn、0. 005% 的Cu、0. 15% 的Cr、0.005%的Zn、0.05%的Ti、0.06%的V，余量为Al。
[002引 实施例 3 ;0. 7%的Si、0. 15%的化、0. 6%的Mg、0. 3%的Mn、0. 01%的Cu、0. 2%的Cr、0. 01% 的Zn、0. 06% 的Ti、0. 1% 的V，余量为A1。
[0029] 本发明的吸能侣型材中，通过在吸能侣型材中添加0.04% -0. 1%的V元素，能够 减少铸锭的柱状晶组织，细化铸造组织，在较高的固溶处理温度下，可析出细小的VAlii等 弥散相，该些弥散相具有高密度和高热稳定性，在合金热处理和热变形过程中钉扎位错和 晶界，阻碍位错重排及晶界迁移，起到抑制变形晶粒再结晶及再结晶晶粒长大的作用，达到 细化型材组织的目的，使铸锭的强度和初性得W提高，塑性、耐蚀性得W改善，吸能特性显 著提升；本发明的侣型材经过高速碰撞后发生纵向折叠变形，且变形呈均匀折叠的环状、无 撕裂；将Mn、化元素的添加量控制在0. 3% -0. 5%，在侣合金中形成MnA16、CrA17等金属 化合物，阻碍再结晶晶粒长大；但需要控制好Mn、&总量，降低泽火敏感性，避免产生粗大 的第二相，削弱时效过程中Mg2Si相的沉淀强化效果，从而达到组织致密化的效果。
[0030] 上述实施例的吸能侣型材的制备方法，依次包括W下步骤：
[0031] 步骤1)清炉；投料前需将烙炼炉、静置炉等清理干净。
[0032] 步骤2)装炉烙炼；投料前各烙炼金属物料需清洁干净，装炉前，烙炼炉炉膛温度 应高于600°C，根据金属物料形态，先装入一级侣合金废料（一级侣合金废料为与烙炼产 品各组分含量相同的切割产品时产生的边角料）装入烙炼炉中，根据一级侣合金废料的形 态，先装入小块或薄片废料，其次加入椿头等大块废料；待炉料烙化下榻时，在烙体表面均 匀撒入20kg普通覆盖剂，待炉料烙化约S分之一时，用永磁揽拌器揽拌30min;
[0033] 对中间合金进行称重，先加入侣锭，再依次加入侣娃合金、侣铺合金和侣铭合金， 装炉时，应将烙点低、易氧化的中间合金装在中下层，高烙点的中间合金装在最上层，所装 入的炉料应当在烙池中均匀分布，防止偏重。待烙炼炉炉膛温度升至745C时，再依次投入 侣饥合金、侣铁合金，此时，饥和铁的扩散速度较大，可快速溶解，减少饥元素的损失；最后 加入儀锭，在儀锭投放处均匀撒入无钢覆盖剂将儀锭彻底覆盖，可减少儀元素的氧化烧损； 待儀锭完全烙化后，用铁祀将儀锭烙融物均匀铺开后进行揽拌，得到烙炼合金烙体；将烙炼 炉的温度降至730°C时，撒入15kg打渣剂，关闭炉口炯5min，打开炉口，将烙渣彻底化出炉 外；
[0034] 对烙炼合金烙体进行取样分析，操作工取样分析前需检查取样勺和试样模是否 有残侣等异物，取样勺用铁白粉测涂；取样前，必须开