一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方法
【专利摘要】一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的生产方法，其制造方法有：选择挤压机，设计模具；铸造铝合金铸锭；挤压火车货运车体用超宽铝合金型材、在线淬火；火车货运车体用超宽铝合金型材张力拉伸、时效处理；火车货运车体用超宽铝合金型材取样、检查；火车货运车体用超宽铝合金型材打硬度、包装。本发明的优点在于：在线淬火生产火车货运车体用超宽铝合金型材，实现中小挤压机生产超大外接圆直径型材，产品各项性能指标达到国家标准要求，提高劳动生产率，节约成本，满足用户订货需求，实现超大尺寸火车货运车体用超宽铝合金型材规模生产。
【专利说明】一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方 法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种用中小挤压设备生产超设备能力的火车货运车体用超宽铝合金 型材制造方法。 【背景技术】
[0002] 随着火车运输业快速发展，火车货运车体对新技术、新材料、新工艺，新产品要求 越来越高，对火车货运车体用超宽铝合金型材的需求量越来越大，火车货运车体用超宽铝 合金型材必须具备强度高、塑性好、比强度高、质量轻、耐蚀性好、无应力腐蚀破裂倾向、抗 晶间腐蚀能力强、焊接性能良好、焊接区耐蚀性能不变、切削性好、易于加工等优点，并具有 良好的工艺性能，适合于各种形式切削加工成型。鉴于6061T6铝合金主要强化元素少，合 金简单，在高温加热过程中，主要强化元素随温度提高，固溶度显著增加，合金具有明显的 淬火时效强化效果，淬火范围较宽，适于在线淬火，当合金中添加少量的Cu时，使6061合金 的强度接近硬铝，强度增加较大，在125MN、挤压筒直径600_或90MN、挤压筒直径520_挤 压机上生产，变形抗力较大，对于火车货运车体用超宽铝合金型材不适用于目前的方法，因 此，急需一种针对火车货运车体用超宽铝合金型材制造方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对以上不足提供一种能够利用中小挤压机批量生产一种火 车货运车体用超宽铝合金型材制造方法而设计，可以有效解决大量生产、交货问题，生产的 产品满足国家标准，有利于加工和使用。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的： 一种用中小挤压设备生产超设备能力的火车货运车体用超宽铝合金型材制造方法，包 括如下步骤： 一、 选择挤压机，模具设计； 二、 铸造铝合金铸锭，所用的铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0. 65%?0. 75, Fe 为彡 0· 70%，Cu 为 0· 30% ?0· 35%，Μη 为彡 0· 15%，Mg 为 1. 05% ?1. 15%，Cr 为 0· 25% ? 0. 30%，Zn为彡0. 25%，Ti为彡0. 15%，单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 15%，其余为A1 ; 三、 挤压超设备能力火车货运车体用超宽铝合金型材并在线淬火； 四、 超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材拉直处理、张力拉伸并进行时 效处理； 五、 火车货运车体用超宽铝合金型材取样、检查； 上述步骤一选择挤压机，传统模具设计用外接圆直径为Φ600_或Φ520_挤压筒，生 产外接圆直径为820. 07mm火车货运车体用超宽铝合金型材，本发明采用突破设计方法，用 Φ460πιπι挤压筒生产外接圆直径为820. 07mm火车货运车体用超宽铝合金型材。
[0005] 上述步骤二传统铸锭规格为Φ600ι?πιΧ 4000mm或Φ520ι?πιΧ 4000mm，本发明突破 选择铸锭规格为〇460mmX 4000mm，熔炼六号铝合金圆铸锭时要求计算配料、液体扒渣、除 气，铸造时要求过滤；铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分，低倍和化学成分合 格后切毛料，传统毛料规格为Φ582ι?πιΧ600?1800mm或Φ506ι?πιΧ750?1700mm，本发明 突破设计选择毛料规格为Φ 448mm X 720?1500mm ;毛料均质，加热温度：550-560 ±5 °C，保 温9小时以上，冷却方式：风冷+水冷降温。
[0006] 上述步骤三中挤压一种超设备能力的火车货运车体用超宽铝合金型材，传统挤 压在125丽或90丽挤压机上生产，本发明突破设计选择75丽挤压机上进行，铝合金圆 铸锭加热到500-550°C，迅速装入挤压筒，挤压速度3±0. 5m/min，在线淬火，淬火温度 500-520 ± 5 °C，淬火速度 300-350 °C / 分。
[0007] 上述步骤四中，超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材先后进行压直 处理、然后张力拉伸处理，拉伸率1. 〇?3. 0%。
[0008] 上述步骤四中时效处理：时效温度150_170°C，金属保温8-15小时，出时效炉。将 时效出炉的理化试验料，按照合同规定的验收标准及图纸规定的取样位置，取理化试样，全 部理化试验检测合格后，将火车货运车体用超宽铝合金型材表面检查、尺寸检查、检查合格 的火车货运车体用超宽铝合金型材包装。
[0009] 本发明提供了批量生产火车货运车体用超宽铝合金型材制造方法，使生产效率提 高13?21%，使中小设备的利用率达到10%以上。
[〇〇1〇] 本发明的有益效果是：步骤一的模具设计方法使中小挤压机可以生产外接圆直 径大的超宽型材，突破传统设计，使设备利用率提高10%上，步骤二中化学成分在国家标准 范围内，将6061超宽铝合金型材铸造成分范围变窄，并且铸造范围控制在国家标准的中线 并偏上线，避免由于化学成分过大波动引起内部组织不均匀及力学性能散差过大，提高型 材与火车车体其他部件连接的可靠性；主要强化成分控制在中线并偏上线，提高力学性能； 加入Cu元素，控制在标准的上线，少量的Cu与主要强化成分Si、Mg结合，使力学性能显著 提高，可使力学性能接近硬铝的性能；Fe为杂质元素，对力学性能及晶间腐蚀有不良影响， 由于铸造过程中Fe元素的不可控制性，使Μη元素控制在上线，可消除Fe的不良影响又可 细化晶粒，使6061合金的综合性能提高，加入一定量的Cr，与Mn、Ti同时起到细化晶粒的 作用，按照上述原则配制的化学成分，使超宽铝合金型材合格率稳定在95%以上。步骤二均 火制度中冷却方式为大风冷却至200°C加水冷降温，实现快速冷却，保证强化元素最大程度 固溶，减少工序等待时间在24小时以上，提高生产效率，并且火车货运车体用超宽铝合金 型材加工后表面经各种氧化或涂层处理后光泽美观、无暗纹、暗线，既保证使用性能又提高 审美感；步骤三的挤压速度可以保证出口温度，使在线喷水冷却保证淬火效果，保证力学性 能合格，在线淬火能够减少变形，步骤四使拉伸率在1. 5?1. 7%之间，减少拉伸率变化大引 起的尺寸不均，保证持续供货过程中尺寸散差小，通过以上措施，可以实现6061火车货运 车体用超宽铝合金型材在线淬火并满足高强性能要求，使抗拉强度320-347MPa，屈服强度 280-310MPa，伸长率15-17. 2%，布氏硬度100-117HB，国家标准要求：抗拉强度彡260MPa，屈 服强度彡240MPa，伸长率彡10%，布氏硬度彡90HB。 【专利附图】
【附图说明】
[〇〇11] 图1为本发明实施例1模具设计图； 图2为本发明实施例2模具设计图； 图中：1-空位垫，2-剪切垫、3-模具，4-挤压筒，5-型材。 【具体实施方式】
[0012] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了 解本发明，但并不因此限制本发明。
[0013] 实施例1 一、 选择挤压机，模具设计，传统设计采用125MN或90MN挤压机上生产，生产外接圆直 径为820. 07mm火车货运车体用超宽铝合金型材； 二、 铸造的铝合金为六系铝合金圆铸锭，传统铸锭规格Φ600πιπιΧ4000mm，熔炼六号铝 合金圆铸锭，所用的铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0. 70%，Fe为0. 58%，Cu为0. 33%， Μη 为 0· 138%，Mg 为 1. 12%，Cr 为 0· 27%，Zn 为 0· 18%，Ti 为 0· 10%，单个杂质彡 0· 05%，合计 杂质<0. 15%，其余为A1 ;配料时要求计算配料、液体扒渣、除气，铸造时要求过滤，配料 计算以步骤二的中线为基础，以确保铸锭成分控制在标准范围内；在融化后一次扒渣、熔炼 炉精炼后一次机渔、保温炉精炼后一次机渔；溶炼炉精炼后一次除气、保温炉精炼后一次除 气，保温炉精炼后再进行一次除气机除气； 三、 将规格为〇600mmX4000mm六号铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成 分，低倍和化学成分合格后切毛料，毛料规格为〇582mmX 1800mm;毛料均质，加热温度： 550±5°C，保温9小时以上，冷却方式：风冷+水冷降温； 四、 将制备的六号铝合金圆铸锭加热到520°C，迅速装入挤压筒，挤压速度3±0. 5m/ min，淬火温度510±5°C，淬火速度330°C /分； 五、 将火车货运车体用超宽铝合金型材压直处理，然后张力拉伸，拉伸率1. 7%，然后时 效：时效温度170°C，金属保温8小时，出时效炉； 六、 将时效出炉的理化试验料，按照合同规定的验收标准及图纸规定的取样位置，取 理化试样，全部理化试验检测合格后，将火车货运车体用超宽铝合金型材表面检查、尺寸检 查、检查合格的火车货运车体用超宽铝合金型材包装。
[0014] 实施例2 本实施方式与【具体实施方式】1不同的是，利用75MN挤压机，采用扩展模设计火车货运 车体用超宽铝合金型材，并将直线形型材设计成弯曲形型材，利用外接圆直径为Φ460πιπι 挤压筒生产外接圆直径为820. 07mm火车货运车体用超宽铝合金型材，打破行业中挤压筒 直径大于制品外接圆直径的10?20%的规定，其他步骤及参数与【具体实施方式】1相同。
[0015] 实施例3 本实施方式与【具体实施方式】1不同的是，铸造的铝合金铸锭为六号铝合金圆铸锭，所 用的铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0. 72%，Fe为0. 45%，Cu为0. 33%，Mn为0. 139%， Mg 为 1. 12%，Cr 为 0. 27%，Zn 为 0. 15%，Ti 为 0. 11%,单个杂质彡 0. 05%，合计杂质彡 0. 15%， 其余为A1 ; 在融化后一次扒渣、熔炼炉精炼后一次扒渣、保温炉精炼后一次扒渣；熔炼炉精炼后一 次除气、保温炉精炼后一次除气，保温炉精炼后再进行一次除气机除气。精炼程度达到一级 氧化膜要求，没有金属与非金属化合物偏析，保证熔体质量均匀，精炼程度达到一级氧化膜 要求，保证内部组织无氧化膜缺陷，避免使用过程中火车货运车体用超宽铝合金型材因组 织缺陷突然断裂，其他步骤及参数与【具体实施方式】1相同。
[0016] 实施例4 本实施方式与【具体实施方式】1不同的是，毛料均质，加热温度：560°c，保温10小时， 冷却方式：大风冷却至200°C后喷水冷却，选择均质加热温度为560°C，保温10小时是为了 充分消除铸造过程中形成的化合物偏析，使化学成分及组织更加均匀，消除铸造应力，避免 由于应力产生的铸锭裂纹，低倍检查氧化膜，检查化合物偏析，满足一级氧化膜要求，其他 步骤及参数与【具体实施方式】1相同。
[0017] 实施例5 本实施方式与【具体实施方式】1不同的是，铸锭加热温度530°c，迅速装入挤压筒，挤压 速度3. 5M/min，保证淬火温度535°C，风冷+水雾降温，淬火速度350°C，因火车货运车体超 宽型材壁薄、外接圆直径大，铸锭高温加热可以减小挤压时的变形抗力，实现快速挤压，保 证淬火温度，实现淬火后的强度，其他步骤及参数与【具体实施方式】1相同。
[0018] 实施例6 本实施方式与【具体实施方式】1不同的是，将火车货运车体用超宽铝合金型材利用专 门设计的胎具进行压力压直，然后张力拉伸，拉伸率1. 5%，因火车货运车体型材壁薄，没有 特别突出的立筋，可以实现利用中小挤压机进行弯曲挤压，然后用专用胎具压直，再张力拉 伸，然后时效，时效温度170°C，金属保温8小时，出时效炉，其他步骤及参数与具体实施方 式1相同。
[0019] 实施例7 本实施方式与【具体实施方式】1不同的是，低倍检查氧化膜和化合物偏析，在成品低倍 检查时抽检氧化膜，以保证产品内部组织合格，其他步骤及参数与【具体实施方式】1相同。
[0020] 本发明提供了批量生产超大尺寸火车货运车体用超宽铝合金型材的制造方法，使 生产效率提高13?21%，使中小设备的利用率达到10%以上。本专利一是通过突破性的利 用中小挤压机，为超宽、薄壁、没有突出立筋的平面型材模具设计，将超宽平面型材设计成 弯曲形状，挤压后通过专门胎具再将弯曲形状压直成平面形状，使中小挤压机能够挤压大 挤压机才能生产的超宽薄壁型材，使设备利用率提高，减少成本，二是通过调整加热温度、 挤压速度、增加检验使各项性能指标略有提1?。
【权利要求】
1. 一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方法，其特征在于所述的生 产方法按以下步骤实现： 一、 选择挤压机，模具设计； 二、 铸造铝合金铸锭，所用的铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0. 65%?0. 75, Fe 为彡 0· 70%，Cu 为 0· 30% ?0· 35%，Μη 为彡 0· 15%，Mg 为 1. 05% ?1. 15%，Cr 为 0· 25% ? 0. 30%，Zn为彡0. 25%，Ti为彡0. 15%，单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 15%，其余为A1 ; 三、 挤压超设备能力火车货运车体用超宽铝合金型材并在线淬火； 四、 超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材张力拉伸并进行时效处理； 五、 火车货运车体用超宽铝合金型材取样、检查； 六、 超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材打硬度、包装。
2. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方 法，其特征在于：步骤一选择的挤压机为中小挤压机，挤压筒直径为460_。
3. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材 的方法，其特征在于：步骤二中铸造的铝合金铸锭为六系铝合金圆铸锭，铸锭规格为 〇460mmX4000mm，铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分、切毛料，毛料规格为 Φ448πιπιΧ 720?1500mm，均质处理，加热温度：550-560±5°C，保温9小时以上，风冷+水冷 降温。
4. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的 方法，其特征在于：步骤三中挤压一种超设备能力的火车货运车体用超宽铝合金型材，选 择75MN挤压机上进行、挤压筒直径460mm，将制备的六号铝合金圆铸锭加热到500-550°C， 迅速装入挤压筒，挤压温度500?540°C，挤压速度3±0. 5m/min，在线淬火，淬火温度 500-520 ± 5 °C，淬火速度 300-350 °C / 分。
5. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方 法，其特征在于：步骤四中一种超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材压直处 理、拉伸处理，拉伸率1. 0?3. 0%。
6. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方 法，其特征在于：步骤四中一种超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材时效处 理，时效温度150-170°C，金属保温8-15小时，出时效炉。
7. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方 法，其特征在于：步骤五中一种超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材取样、检 查。
8. 根据权利要求1所述的一种超设备能力生产火车货运车体用超宽铝合金型材的方 法，其特征在于：步骤六中一种超设备能力生产的火车货运车体用超宽铝合金型材，按照合 同要求的验收标准及图纸规定的取样位置，进行取样、表面检查、尺寸检查、包装交货。
【文档编号】C22F1/047GK104099498SQ201410394116
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】王呈刚, 张建忠, 许辉, 苏本显, 宋微, 胡哲 申请人:山东裕航特种合金装备有限公司