CN110819857B - 一种轨道列车车体薄壁铝型材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道列车车体薄壁铝型材，包括下述重量百分比的成分：Si 0.66‑0.72％，Fe 0.18‑0.24％，Mn 0.24‑0.3％，Mg 0.42‑0.46％，Cr 0.04‑0.08％，Ti 0.04‑0.08％，Cu 0.03‑0.05％，La 0.14‑0.2％，Sr 0.12‑0.16％，Ce 0.05‑0.08％，余量为Al。本发明的轨道列车车体薄壁铝型材具有优良的抗拉强度、疲劳强度、延伸率和抗腐蚀性，综合性能良好，能更好地满足轨道列车车体的使用要求，提高其运行寿命和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种轨道列车车体薄壁铝型材。
背景技术
铝合金具有比重小、比强度大、加工性能好等优点，在各个领域得到广泛的应用。随着轨道列车车体加工技术的发展以及车辆轻量化的趋势，铝型材逐步应用于轨道列车车体的结构材料中。轨道列车车体一般为薄壁空心型材，具有大型、大断面、形状复杂等特点，而且轨道列车车体接触的外部环境复杂多变，有一定几率发生腐蚀或者应力断裂现象，因此对车体材料的抗拉强度、疲劳强度、延伸率、抗腐蚀性等性能均提出了较高的要求。目前应用于轨道列车车体空心型材的材质多为6005A铝合金，其焊接性能良好，但是力学性能一般。为了满足轨道列车车体的使用要求，提高其运行寿命和安全性，需要全面提高铝型材的整体性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种轨道列车车体薄壁铝型材，具有优良的抗拉强度、疲劳强度、延伸率和抗腐蚀性，整体性能好。
本发明提出的一种轨道列车车体薄壁铝型材，包括下述重量百分比的成分：
Si 0.66-0.72％，Fe 0.18-0.24％，Mn 0.24-0.3％，Mg 0.42-0.46％，Cr 0.04-0.08％，Ti 0.04-0.08％，Cu 0.03-0.05％，La 0.14-0.2％，Sr 0.12-0.16％，Ce 0.05-0.08％，余量为Al。
优选地，所述铝型材的成分中，Sr+La+Ce≥0.35％。
优选地，所述的轨道列车车体薄壁铝型材制备方法如下：
S1、均匀化退火：先将按成分熔铸得到的铝合金铸锭在535-585℃进行阶段性均匀化退火处理，然后风冷冷却至常温；
S2、热挤压：将步骤S1冷却后的铸锭在挤压机上进行热挤压，挤压温度为500-515℃，然后水冷淬火至常温；
S3、固溶处理：将步骤S2得到的型材坯体在540-570℃固溶处理1-1.5h，然后水冷淬火至常温；
S4、人工时效：将步骤S3冷却后得到的型材坯体在165-180℃进行人工时效7-9h，风冷冷却至常温，即得。
优选地，所述步骤S1中，阶段性均匀化退火的具体步骤包括：先在535-550℃保温2-4h，然后升温至560-575℃保温3-5h，最后在580-585℃保温5-8min。
优选地，所述步骤S2中，热挤压的具体条件为：挤压比41.5-45.5，挤压速度1-2.5m/min。
优选地，所述步骤S2中，水冷淬火的具体步骤包括：先以8-10℃/s的冷却速度冷却至280-310℃，然后以4-5℃/s的冷却速度冷却至150-180℃，最后以2-2.5℃/s的冷却速度冷却至常温。
优选地，所述步骤S3中，水冷淬火的冷却速度为20-30℃/s。
优选地，所述步骤S4中，风冷冷却的冷却速度为3-5℃/s。
本发明的有益效果如下：
本发明的原料成分中，Mg与Si形成主要强化相Mg2Si；Cr能调节强化相Mg2Si在晶界的析出，Mn能细化再结晶晶粒，促进Mg2Si相的均匀分布；Cu能产生固溶强化作用，提高型材的强度，但是会降低耐蚀性；La能在基体中形成Al11La3等稀土化合物耐腐蚀相，提高型材的耐腐蚀性能，弥补Cu对耐蚀性的不利影响，而且可以对合金中的Al8SiFe2等化合物相和主要强化相Mg2Si相起到细化作用，进一步改善型材的强度、塑性和耐蚀性，但是，随着La含量的增加，含La结晶相大量聚集，形成粗大的块状相，对合金的性能不利，因此单一La的效果有限；通过合适含量的La、Sr、Ce配合，既能避免形成粗大稀土化合物相，对合金性能产生不利影响，又能更好地促进Mg2Si相的细化，使粗大树枝状的Mg2Si相转变为细小、弥散、均匀分布的颗粒状，改善合金的强度、塑性和耐蚀性。制备方法中，通过选择合适的阶段性均匀化退火工艺，既能使原子在固相中的扩散更为充分，提高基体成分均匀化程度，减少晶内偏析和脆性相，并且增加弥散相粒子的数量，减少弥散相粒子的尺寸，从而提高型材的强韧性和耐腐蚀性，又能避免退火温度过高导致的过烧；通过选择合适的挤压条件，以及挤压后的淬火工艺，特别是挤压后控制不同的冷却速度，进行分阶段水冷淬火，既有利于提高合金元素的固溶程度，促进弥散相的细化，从而改善型材的强度和塑性，又能避免冷却速度过快导致的合金组织不均匀以及型材扭拧变形；通过选择合适的固溶处理和人工时效后的冷却方式和冷却速度，既能进一步缓解强化相的粗化，又能减少型材中的残余应力，从而提高型材的力学性能以及使用耐久性。基于上述原料成分以及制备工艺，本发明的轨道列车车体薄壁铝型材具有优良的抗拉强度、疲劳强度、延伸率和抗腐蚀性，综合性能良好，能更好地满足轨道列车车体的使用要求，提高其运行寿命和安全性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种轨道列车车体薄壁铝型材，包括下述重量百分比的成分：
Si 0.66％，Fe 0.18％，Mn 0.24％，Mg 0.42％，Cr 0.04％，Ti 0.04％，Cu0.03％，La 0.14％，Sr 0.16％，Ce 0.05％，余量为Al。
优选地，所述的轨道列车车体薄壁铝型材制备方法如下：
S1、均匀化退火：先将按成分熔铸得到的铝合金铸锭先在535℃保温2h，然后升温至560℃保温3h，最后在580℃保温5min，然后风冷冷却至常温；
S2、热挤压：将步骤S1冷却后的铸锭在挤压机上进行热挤压，挤压温度为500℃，挤压比41.5，挤压速度1m/min，然后水冷淬火，先以8℃/s的冷却速度冷却至280℃，然后以4℃/s的冷却速度冷却至150℃，最后以2℃/s的冷却速度冷却至常温；
S3、固溶处理：将步骤S2得到的型材坯体在540℃固溶处理1h，然后水冷淬火至常温，冷却速度为20℃/s；
S4、人工时效：将步骤S3冷却后得到的型材坯体在165℃进行人工时效7h，风冷冷却至常温，冷却速度为3℃/s，即得。
实施例2
一种轨道列车车体薄壁铝型材，包括下述重量百分比的成分：
Si 0.7％，Fe 0.22％，Mn 0.26％，Mg 0.45％，Cr 0.05％，Ti 0.06％，Cu0.035％，La 0.18％，Sr 0.14％，Ce 0.06％，余量为Al。
优选地，所述的轨道列车车体薄壁铝型材制备方法如下：
S1、均匀化退火：先将按成分熔铸得到的铝合金铸锭先在540℃保温3h，然后升温至570℃保温4h，最后在583℃保温6min，然后风冷冷却至常温；
S2、热挤压：将步骤S1冷却后的铸锭在挤压机上进行热挤压，挤压温度为510℃，挤压比43.5，挤压速度1.5m/min，然后水冷淬火，先以10℃/s的冷却速度冷却至300℃，然后以4.5℃/s的冷却速度冷却至180℃，最后以2.5℃/s的冷却速度冷却至常温；
S3、固溶处理：将步骤S2得到的型材坯体在565℃固溶处理1.2h，然后水冷淬火至常温，冷却速度为25℃/s；
S4、人工时效：将步骤S3冷却后得到的型材坯体在175℃进行人工时效8h，风冷冷却至常温，冷却速度为4℃/s，即得。
实施例3
一种轨道列车车体薄壁铝型材，包括下述重量百分比的成分：
Si 0.72％，Fe 0.24％，Mn 0.3％，Mg 0.46％，Cr 0.08％，Ti 0.08％，Cu 0.05％，La 0.2％，Sr 0.12％，Ce 0.05％，余量为Al。
优选地，所述的轨道列车车体薄壁铝型材制备方法如下：
S1、均匀化退火：先将按成分熔铸得到的铝合金铸锭先在550℃保温4h，然后升温至575℃保温5h，最后在585℃保温8min，然后风冷冷却至常温；
S2、热挤压：将步骤S1冷却后的铸锭在挤压机上进行热挤压，挤压温度为515℃，挤压比45.5，挤压速度2.5m/min，然后水冷淬火，先以10℃/s的冷却速度冷却至310℃，然后以5℃/s的冷却速度冷却至180℃，最后以2.5℃/s的冷却速度冷却至常温；
S3、固溶处理：将步骤S2得到的型材坯体在570℃固溶处理1.5h，然后水冷淬火至常温，冷却速度为30℃/s；
S4、人工时效：将步骤S3冷却后得到的型材坯体在180℃进行人工时效9h，风冷冷却至常温，冷却速度为5℃/s，即得。
将实施例1-3得到的铝型材与现有6005A铝合金型材进行性能测试，其中现有6005A铝合金型材的具体成分如下：Si 0.66％，Fe 0.18％，Mn 0.24％，Mg 0.42％，Cr0.04％，Ti 0.04％，Cu 0.03％，Zn 0.01％，余量为Al。其中，力学性能按照GB228-2010标准进行测试；耐腐蚀性能测试按照GB-T 10125中的乙酸盐雾(CASS)试验方法进行，120h后测定各试样失重率。测试结果如下表所示：
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 现有铝型材 |
| 抗拉强度(MPa) | 318 | 326 | 301 | 278 |
| 屈服强度(MPa) | 290 | 301 | 274 | 249 |
| 延伸率(％) | 15 | 14.5 | 16 | 13 |
| 腐蚀失重率(g/m<sup>2</sup>) | 8.7 | 6.9 | 7.2 | 18.6 |
由此可见，本发明的铝型材与现有技术相比，全面提升了抗拉强度、疲劳强度、延伸率和抗腐蚀性，综合性能良好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种轨道列车车体薄壁铝型材，其特征在于，包括下述重量百分比的成分：
Si 0.66-0.72%，Fe 0.18-0.24%，Mn 0.24-0.3%，Mg 0.42-0.46%，Cr 0.04-0.08%，Ti0.04-0.08%，Cu 0.03-0.05%，La 0.14-0.2%，Sr 0.12-0.16%，Ce 0.05-0.08%，余量为Al；
所述铝型材的成分中，Sr+La+Ce≥0.35%；
所述的轨道列车车体薄壁铝型材制备方法如下：
S1、均匀化退火：先将按成分熔铸得到的铝合金铸锭在535-585℃进行阶段性均匀化退火处理，然后风冷冷却至常温；
S2、热挤压：将步骤S1冷却后的铸锭在挤压机上进行热挤压，挤压温度为500-515℃，然后水冷淬火至常温；
S3、固溶处理：将步骤S2得到的型材坯体在540-570℃固溶处理1-1.5h，然后水冷淬火至常温；
S4、人工时效：将步骤S3冷却后得到的型材坯体在165-180℃进行人工时效7-9h，风冷冷却至常温，即得；
步骤S1中，阶段性均匀化退火的具体步骤包括：先在535-550℃保温2-4h，然后升温至560-575℃保温3-5h，最后在580-585℃保温5-8min；
步骤S2中，水冷淬火的具体步骤包括：先以8-10℃/s的冷却速度冷却至280-310℃，然后以4-5℃/s的冷却速度冷却至150-180℃，最后以2-2.5℃/s的冷却速度冷却至常温。
2.根据权利要求1所述的轨道列车车体薄壁铝型材，其特征在于，步骤S2中，热挤压的具体条件为：挤压比41.5-45.5，挤压速度1-2.5m/min。
3.根据权利要求1或2所述的轨道列车车体薄壁铝型材，其特征在于，所述步骤S3中，水冷淬火的冷却速度为20-30℃/s。
4.根据权利要求1或2所述的轨道列车车体薄壁铝型材，其特征在于，步骤S4中，风冷冷却的冷却速度为3-5℃/s。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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