专利名称：适用于高铁车体制造的7003t5铝合金及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于高铁车体制造的7003T5铝合金及其生产工艺，属于有色金属加工技术领域。
背景技术：
高速铁路，简称“高铁”，是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化)，使最高营运速率达到不小于每小时200公里，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升，高铁巨大的牵引力对车体材料的强度、降低风阻和抗腐蚀等方面都提出了极为苛刻的要求。纯铝的密度小(P =2.7g/cm3),大约是铁的1/3，熔点低(660°C )，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性(S: 32 40%，Ψ: 70 90%)，易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好。铝合金密度低但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，铝合金的应用范围越来越广，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，是一种非常适用于高铁车体生产的工业材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝合金韦氏硬度值彡16Hw,适用于高铁车体制造，制造出的高铁车体强度高、耐腐蚀、车体重量减轻，在行驶过程中更加节省能源的适用于高铁车体制造的7003T5铝合金及其生产工艺。
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本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:适用于高铁车体制造的7003T5铝合金，铝合金组分按重量百分比是:Si ( 0.20%、Fe:0.2% 0.3%、Cu:0.12% 0.18%、Mn:0.15% 0.25%、Mg:0.709Γ0.9%、Cr < 0.2%、Zn:5.6% 5.8%、Ti < 0.2%、Zr:0.12%
0.20%、Al:余量，各组分之和为100%。适用于高铁车体制造的7003T5铝合金生产工艺，它包括以下步骤:
51:配料:选用纯铝锭AL99.70、镁锭和锌锭(4号锌含量99.50以上)作为炉料原材料、采用的元素添加剂包括Zr元素添加剂、Fe元素添加剂、Cu元素添加剂和Mn元素添加剂，并准确掌握各种材料的化学成分，根据配料总量，按要求的配料成分来计算添加各原材料的
使用量；
52:熔炼:将铝锭装入熔化炉熔炼，温度控制在700 750°C，熔炼包括以下子步骤:
521:铝锭熔化下塌时，按规定撒上覆盖剂保护熔体；
522:加元素添加剂和Zn:当铝锭相当大部分熔化之后，向熔体均匀加入Fe、Cu、Mn和Zr元素添加剂，使其淹没于熔体并搅拌，随后加入Zn锭，以熔体淹没Mn块为宜，并适当搅动熔体，使熔池内各处温度均匀，加速熔化；523:扒渣:当炉料充分熔化，熔体温度达到熔炼温度时，进行扒渣，扒渣前应先向熔体表层按规定量撒入一层打渣剂，使氧化渣与熔体分离，扒渣要平稳，彻底扒净表面渣，防止渣滓卷入熔体内，尽量少带出金属；
524:加Mg:扒渣后向熔体加入Mg锭，加Mg锭前应撒入覆盖剂，加Mg锭时熔体温度控制在700 730°C，所加Mg锭必须压入熔体，以防止浮在熔体表面氧化燃烧，边加边搅拌，以利于迅速熔化；
525:搅拌:在熔体加入合金元素之后，以及在熔体出炉之前，进行充分搅拌，搅拌操作应平稳，不起大的波浪；搅拌要彻底，不留死角，使熔体上下层、各区域温度均匀，成分达到
一致；
526:取样(炉前分析):在经过充分搅拌，使合金元素完全溶解、熔体成分和温度均匀后，按规定取样作炉前分析，炉前分析采用光谱分析，选用7005合金分析程序；
527:调整成分:按炉前分析结果，如果除Zn、Mg、Zr之外的其他元素含量，虽不符合本发明成分要求但不超出标准成分范围，则可不作成分调整，如Zn、Mg、Zr元素不符合本发明成分要求，可通过计算，适当进行补料调整；
528:除气精炼:按规定进行除气精炼操作，时间不少于15分钟，精炼温度控制在720 730°C，精炼除气后静置；
53:铸造:将熔炼后的熔体进行铸造，铸造温度控制在700 730°C，铸造速度为80 110mm/min，冷却水压为 0.05 0.08MPa ；
54:低倍检查和最终成分分析:每铸次抽取两根铸棒，每根铸棒切头50mm、切尾IOOmm后，在两端各取一个15 20mm厚度试片，检查低倍组织和晶粒度，每熔次切取一个试件进行最终成分分析； 55:挤压成型:将检查合格的铸棒进行挤压成型，挤压筒温度控制在430 450°C，模具加热温度为460 480°C，铸棒加热定温为500 510°C，加热时间为3.5 4h，挤压筒温、模温、棒温符合要求后，即可进行试挤压，挤压速度为5 6m/min，首料应慢速上压，待制品流出模孔后调整至合适挤压速度，确保制品出口温度控制在450 475°C范围内；
56:在线淬火:在制品出口温度下采用强制风冷或水雾冷，使制品离开淬火区后温度降至250°C以下；
57:人工时效:采用双级人工时效制度:第一阶段95 100°C保温4小时，第二阶段155 160°C保温6小时，第一阶段时效结束后，提高炉温到第二阶段规定温度，中间升温过渡时间不计入时效保温时间，人工时效后检查硬度，韦氏硬度值> 16Hw为合格；
58:切割获得成品:锯切长度公差+0/_lmm，切斜度彡0.2mm。所述的步骤S27中的标准成分范围为:Si彡0.30%、Fe彡0.36%、Cu彡0.20%、Mn ( 0.30%、Mg:0.50%"1.0%、Cr ( 0.2%、Zn:5.0% 6.0%、Ti ( 0.20%,Zr:0.12% 0.25%、Al:余量，各组分之和为100%。本发明的有益效果是:提供一种用于高铁车体制造的7003T5铝合金，该铝合金中S1、Fe、Cu、Mn等元素含量均低于标准成分，一方面减少了合金元素的添加量，降低了原料成本，另一方面也提高了合金的加工性能，降低了能耗和磨具的损耗，提高了生产效率；生产出的铝合金韦氏硬度值> 16Hw,适用于高铁车体制造，制造出的高铁车体强度高、耐腐蚀、车体重量减轻，在行驶过程中更加节省能源。
具体实施例方式下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。实施例1:适用于高铁车体制造的7003T5铝合金的组分按重量百分比是:Fe:
0.25%、Cu:0.15%、Mn:0.20%、Mg:0.9%、Zn:5.75%、Ti:0.182%、Zr:0.18%、Al:余量，各组分之和为100%。适用于高铁车体制造的7003T5铝合金生产工艺，它包括以下步骤:
51:配料:选用纯铝锭AL99.70、镁锭和锌锭(4号锌含量99.50以上)作为炉料原材料、采用的元素添加剂包括Zr元素添加剂、Fe元素添加剂、Cu元素添加剂和Mn元素添加剂，并准确掌握各种材料的化学成分，根据配料总量，按要求的配料成分来计算添加各原材料的
使用量；
52:熔炼:将铝锭装入熔化炉熔炼，温度控制在700 750°C，熔炼包括以下子步骤:
521:铝锭熔化下塌时，按规定撒上覆盖剂保护熔体；
522:加元素添加剂和Zn:当铝锭相当大部分熔化之后，向熔体均匀加入Fe、Cu、Mn和Zr元素添加剂，使其淹没于熔体并搅拌，随后加入Zn锭，以熔体淹没Mn块为宜，并适当搅动熔体，使熔池内各处温度均匀，加速熔化；
523:扒渣:当炉料充分熔化，熔体温度达到熔炼温度时，进行扒渣，扒渣前应先向熔体表层按规定量撒入一层打渣剂，使氧化渣与熔体分离，扒渣要平稳，彻底扒净表面渣，防止渣滓卷入熔体内，尽量少带出金 属；
524:加Mg:扒渣后向熔体加入Mg锭，加Mg锭前应撒入覆盖剂，加Mg锭时熔体温度控制在700 730°C，所加Mg锭必须压入熔体，以防止浮在熔体表面氧化燃烧，边加边搅拌，以利于迅速熔化；
525:搅拌:在熔体加入合金元素之后，以及在熔体出炉之前，进行充分搅拌，搅拌操作应平稳，不起大的波浪；搅拌要彻底，不留死角，使熔体上下层、各区域温度均匀，成分达到
一致；
526:取样(炉前分析):在经过充分搅拌，使合金元素完全溶解、熔体成分和温度均匀后，按规定取样作炉前分析，炉前分析采用光谱分析，选用7005合金分析程序；
527:调整成分:按炉前分析结果，如果除Zn、Mg、Zr之外的其他元素含量，虽不符合本发明成分要求但不超出标准成分范围，则可不作成分调整，如Zn、Mg、Zr元素不符合本发明成分要求，可通过计算，适当进行补料调整；
528:除气精炼:按规定进行除气精炼操作，时间不少于15分钟，精炼温度控制在720 730°C，精炼除气后静置；
53:铸造:将熔炼后的熔体进行铸造，铸造温度控制在700 730°C，铸造速度为80 110mm/min，冷却水压为 0.05 0.08MPa ；
54:低倍检查和最终成分分析:每铸次抽取两根铸棒，每根铸棒切头50mm、切尾IOOmm后，在两端各取一个15 20mm厚度试片，检查低倍组织和晶粒度，每熔次切取一个试件进行最终成分分析；
55:挤压成型:将检查合格的铸棒进行挤压成型，挤压筒温度控制在430 450°C，模具加热温度为460 480°C，铸棒加热定温为500 510°C，加热时间为3.5 4h，挤压筒温、模温、棒温符合要求后，即可进行试挤压，挤压速度为5 6m/min，首料应慢速上压，待制品流出模孔后调整至合适挤压速度，确保制品出口温度控制在450 475°C范围内；
56:在线淬火:在制品出口温度下采用强制风冷或水雾冷，使制品离开淬火区后温度降至250°C以下；
57:人工时效:采用双级人工时效制度:第一阶段95 100°C保温4小时，第二阶段155 160°C保温6小时，第一阶段时效结束后，提高炉温到第二阶段规定温度，中间升温过渡时间不计入时效保温时间，人工时效后检查硬度，韦氏硬度值> 16Hw为合格；
58:切割获得成品:锯切长度公差+0/_lmm，切斜度彡0.2mm。所述的步骤S27中的标准成分范围为:Si彡0.30%、Fe彡0.36%、Cu彡0.20%、Mn ( 0.30%、Mg:0.50%"1.0%、Cr ( 0.2%、Zn:5.0% 6.0%、Ti ( 0.20%,Zr:0.12% 0.25%、Al:余量，各组分之和为100%。实施例2:适用于高铁车体制造的7003T5铝合金的组分按重量百分比是:Si:
0.20%、Fe:0.2%:、Cu:0.12%、Mn: 0.25%、Mg:0.80%、Cr:0.15 %、Zn:5.6%、T1:0.15%、Zr:
0.12%、Al:余量，各组分之和为100%ο适用于高铁车体制造的7003T5铝合金生产工艺与实施例1相同。实施例3:适用于高铁车体制造的7003T5铝合金的组分按重量百分比是:Si:
0.15%,Fe:0.3%、Cu:0.18%、Mn:0.15%,Mg:0.70%,Cr:0.l%、Zn:5.8%、T1:0.l%、Zr: 0.20%、Al:余量， 各组分之和为100%。适用于高铁车体制造的7003T5铝合金生产工艺与实施例1相同。
权利要求
1.适用于高铁车体制造的7003T5铝合金，其特征在于:铝合金的组分按重量百分比是:Si 彡 0.20%,Fe:0.2% 0.3%、Cu:0.12% 0.18%、Mn:0.15% 0.25%、Mg:0.70% 0.9%、Cr < 0.2%、Zn:5.6% 5.8%、Ti < 0.2%、Zr:0.12% 0.20%、A1:余量，各组分之和为 100%。
2.一种如权利要求1所述的适用于高铁车体制造的7003T5铝合金生产工艺，其特征在于:它包括以下步骤: 51:配料:选用纯铝锭AL99.70、镁锭和锌锭(4号锌含量99.50以上)作为炉料原材料、采用的元素添加剂包括Zr元素添加剂、Fe元素添加剂、Cu元素添加剂和Mn元素添加剂，并准确掌握各种材料的化学成分，根据配料总量，按要求的配料成分来计算添加各原材料的使用量； 52:熔炼:将铝锭装入熔化炉熔炼，温度控制在700 750°C，熔炼包括以下子步骤: 521:铝锭熔化下塌时，按规定撒上覆盖剂保护熔体； 522:加元素添加剂和Zn:当铝锭相当大部分熔化之后，向熔体均匀加入Fe、Cu、Mn和Zr元素添加剂，使其淹没于熔体并搅拌，随后加入Zn锭，以熔体淹没Mn块为宜，并适当搅动熔体，使熔池内各处温度均匀，加速熔化； 523:扒渣:当炉料充分熔化，熔体温度达到熔炼温度时，进行扒渣，扒渣前应先向熔体表层按规定量撒入一层打渣剂，使氧化渣与熔体分离，扒渣要平稳，彻底扒净表面渣，防止渣滓卷入熔体内，尽量少带出金属； 524:加Mg:扒渣后向熔体加入Mg锭，加Mg锭前应撒入覆盖剂，加Mg锭时熔体温度控制在700 730°C，所加Mg锭必须压入熔体，以防止浮在熔体表面氧化燃烧，边加边搅拌，以利于迅速熔化； 525:搅拌:在熔体加入合金元素之后，以及在熔体出炉之前，进行充分搅拌，搅拌操作应平稳，不起大的波浪；搅拌要彻底，不留死角，使熔体上下层、各区域温度均匀，成分达到一致； 526:取样(炉前分析):在经过充分搅拌，使合金元素完全溶解、熔体成分和温度均匀后，按规定取样作炉前分析，炉前分析采用光谱分析，选用7005合金分析程序； 527:调整成分:按炉前分析结果，如果除Zn、Mg、Zr之外的其他元素含量，虽不符合本发明成分要求但不超出标准成分范围，则可不作成分调整，如Zn、Mg、Zr元素不符合本发明成分要求，可通过计算，适当进行补料调整； 528:除气精炼:按规定进行除气精炼操作，时间不少于15分钟，精炼温度控制在720 730°C，精炼除气后静置； 53:铸造:将熔炼后的熔体进行铸造，铸造温度控制在700 730°C，铸造速度为80 110mm/min，冷却水压为 0.05 0.08MPa ； 54:低倍检查和最终成分分析:每铸次抽取两根铸棒，每根铸棒切头50mm、切尾IOOmm后，在两端各取一个15 20mm厚度试片，检查低倍组织和晶粒度，每熔次切取一个试件进行最终成分分析； 55:挤压成型:将检查合格的铸棒进行挤压成型，挤压筒温度控制在430 450°C，模具加热温度为460 480°C，铸棒加热定温为500 510°C，加热时间为3.5 4h，挤压筒温、模温、棒温符合要求后，即可进行试挤压，挤压速度为5 6m/min，首料应慢速上压，待制品流出模孔后调整至合适挤压速度，确保制品出口温度控制在450 475°C范围内；56:在线淬火:在制品出口温度下采用强制风冷或水雾冷，使制品离开淬火区后温度降至250°C以下； 57:人工时效:采用双级人工时效制度:第一阶段95 100°C保温4小时，第二阶段155 160°C保温6小时，第一阶段时效结束后，提高炉温到第二阶段规定温度，中间升温过渡时间不计入时效保温时间，人工时效后检查硬度，韦氏硬度值> 16Hw为合格； 58:切割获得成品:锯切长度公差+0/_lmm，切斜度彡0.2mm。
3.根据权利要求2所述的适用于高铁车体制造的7003T5铝合金生产工艺，其特征在于:所述的步骤S27中的标准成分范围为:Si ( 0.30%、Fe ( 0.36%、Cu ( 0.20%、Mn ( 0.30%、Mg:0.50%"1.0%、Cr ( 0.2%、Zn:5.0% 6.0%、Ti ( 0.20%,Zr:0.12% 0.25%、Al:余量，各组分之和为100%。
全文摘要
本发明公开了一种适用于高铁车体制造的7003T5铝合金及其生产工艺，铝合金的组分按重量百分比是Si≤0.20%、Fe0.2%～0.3%、Cu0.12%～0.18%、Mn0.15%～0.25%、Mg0.70%~0.9%、Cr＜0.2%、Zn5.6%～5.8%、Ti＜0.2%、Zr0.12%～0.20%、Al余量，各组分之和为100%。铝合金的生产工艺步骤为配料、熔炼、铸造、低倍检查和最终成分分析、挤压成型、在线淬火、人工时效和切割获得成品。本发明制造的7003T5铝合金韦氏硬度值≥16Hw，适用于高铁车体制造，制造出的高铁车体强度高、耐腐蚀、车体重量减轻，行驶过程中节省能源。
文档编号C22C1/06GK103205617SQ20131010177
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者廖健 申请人:成都阳光铝制品有限公司