本發(fā)明涉及鋁合金制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法。
背景技術(shù)：
：al-mg-si合金型材強度適中、容易折彎、焊接性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域。軌道交通列車運行速度快，對材料的性能要求相對較高，其力學(xué)性能要求均是按照t6狀態(tài)要求，而由于擠壓型材離線淬火設(shè)備較為復(fù)雜，且價格昂貴，目前很少有鋁型材企業(yè)配備擠壓型材離線淬火設(shè)備，因此，目前工業(yè)生產(chǎn)方式一般都是用t5狀態(tài)代替t6狀態(tài)，t5狀態(tài)力學(xué)性能雖然一般也能達到t6狀態(tài)最低要求，但較t6狀態(tài)平均要低20-30mpa，力學(xué)性能的降低會導(dǎo)致列車結(jié)構(gòu)安全性降低。目前工業(yè)化生產(chǎn)普遍采用單級時效工藝，即生產(chǎn)工藝路線一般為：擠壓—在線淬火—單級高溫人工時效，無法有效的控制該al-mg-si合金時效過程中析出相的形態(tài)、大小和分布，因此，在t5狀態(tài)下固溶不夠充分時，無法獲得高的強度，從而達不到高速動車的使用要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對以上不足，本發(fā)明提供一種能夠讓高速動車用al-mg-si型材強度在t5狀態(tài)下達到或略高于普通t6水平的型材制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，包括有以下步驟：（一）擠壓：鑄造的鋁合金鑄錠為al-mg-si合金鑄錠，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.4-0.8%，mg：0.8-1.2%，cu：0.15-0.4%，fe≤0.7%，以及含有下述一種或一種以上的元素：cr≤0.3%、mn≤0.15%、zn≤0.25%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；待所述al-mg-si合金鑄錠以及模具加熱完成，擠壓筒到溫之后上模進行擠壓，擠壓速度控制在1-5m/min；（二）在線淬火：型材淬火區(qū)入口溫度為480-530℃，通過風(fēng)冷或者水冷的方式使型材冷卻，冷卻速度為1-10℃/s；（三）單級低溫人工時效：時效溫度為40-70℃，保溫時間為4-40h；（四）冷卻停放：低溫人工時效后，型材出爐冷卻至室溫，并停放2-48h；（五）雙級高溫人工時效：第一級時效溫度為100-150℃，保溫時間為2-48h；第二級時效溫度為120-200℃，保溫時間為1-24h。優(yōu)選的是，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.4-0.6%，mg：0.8-1%，cu：0.15-0.3%，fe≤0.6%，以及含有下述一種或一種以上的元素：cr≤0.2%、mn≤0.1%、zn≤0.2%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的是，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.6-0.8%，mg：1-1.2%，cu：0.3-0.4%，fe≤0.6%，以及含有下述一種或一種以上的元素：cr≤0.2%、mn≤0.1%、zn≤0.2%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的是，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.5-0.6%，mg：0.9-1%，cu：0.2-0.3%，fe≤0.7%，以及含有下述一種或一種以上的元素：cr≤0.1%、mn≤0.1%、zn≤0.2%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的是，步驟（一）擠壓中，所述al-mg-si合金鑄錠加熱完成溫度為480-520℃，所述模具加熱完成溫度為490-510℃，所述待擠壓筒到溫溫度為440-460℃。優(yōu)選的是，步驟（二）在線淬火中，型材冷卻速度為1-5℃/s。優(yōu)選的是，步驟（三）單級低溫人工時效中，時效溫度為55-60℃，保溫時間為8-20h。優(yōu)選的是，步驟（三）單級低溫人工時效中，時效溫度為60-70℃，保溫時間為8-15h。優(yōu)選的是，步驟（五）雙級高溫人工時效中，第一級時效溫度為110-130℃，保溫時間為12-22h；第二級時效溫度為150-180℃，保溫時間為5-10h。優(yōu)選的是，步驟（五）雙級高溫人工時效中，第一級時效溫度為130-150℃，保溫時間為12-22h；第二級時效溫度為180-200℃，保溫時間為1-10h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，適用的al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.4-0.8%，mg：0.8-1.2%，cu：0.15-0.4%，fe≤0.7%，以及含有下述一種或一種以上的元素：cr≤0.3%、mn≤0.15、zn≤0.25%、ti≤0.1%、v≤0.05%、sc≤0.15%、ag≤0.2%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；本發(fā)明將目前工業(yè)化生產(chǎn)普遍采用的單級時效工藝由原來的：擠壓—在線淬火—單級高溫人工時效，調(diào)整為：擠壓—在線淬火—單級低溫人工時效—冷卻停放—雙級高溫人工時效，配合特定的合金組分，通過三級時效處理，使得第二相充分彌散析出，最大化的發(fā)揮第二相強化效果，從而提高該合金t5狀態(tài)的力學(xué)性能，使其強度達到或略高于普通t6狀態(tài)，從而達到高速動車的使用要求。本發(fā)明中，al-mg-si合金時效過程中第二相轉(zhuǎn)化過程如下：gp區(qū)—針狀mg2si非平衡相—棒狀mg2si非平衡相—片狀平衡mg2si相。gp區(qū)是溶質(zhì)原子聚集區(qū)，是鋁合金時效強化的根本原因，鋁合金型材在在線淬火后，進行單級低溫人工時效，有利于形成更多彌散的溶質(zhì)原子聚集區(qū)（gp區(qū)），從而使得在后續(xù)的雙級高溫時效過程中，第二相形核長大時有更多的gp區(qū)作為核心依附，使第二相長大后更為細小均勻，從而強化效果更為明顯。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，以下將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。圖1為本發(fā)明實施例1提供的一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法的工藝流程圖；圖2為按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的金相組織圖像；圖3為按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的金相組織圖像。具體實施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例1請參照圖1，本實施例提供一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，包括有以下步驟：（一）擠壓（s1）：使用山西太原重型機械集團有限公司制造的7500mn單動短行程擠壓機，擠壓筒直徑460mm；鑄造的鋁合金鑄錠為al-mg-si合金鑄錠，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.6%，mg：1%，cu：0.3%，fe：0.6%，cr：0.2%，mn：0.1%，zn：0.2%，ti：0.1%，v：0.05%，sc：0.15%，ag：0.1%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；鑄錠車皮后直徑448mm，鑄錠長度1000mm；將al-mg-si合金鑄錠分區(qū)加熱，頭部溫度510℃，中部溫度500℃，尾部溫度490℃，模具加熱到500℃，待擠壓筒溫度控制在450±10℃之后，將al-mg-si合金鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在3m/min；擠壓型材截面規(guī)格300*420mm，壁厚3-12mm；（二）在線淬火（s2）：型材淬火區(qū)入口溫度為500℃，使用意大利奧馬弗在線淬火系統(tǒng)進行冷卻，通過水冷的方式使型材冷卻，水冷參數(shù)設(shè)置為65，冷卻速度為5℃/s；（三）單級低溫人工時效（s3）：時效溫度為55℃，保溫時間為20h；（四）冷卻停放（s4）：低溫人工時效后，型材出爐冷卻至室溫，并停放24h；（五）雙級高溫人工時效（s5）：第一級時效溫度為130℃，升溫速度2℃/min，保溫時間為12h；第二級時效溫度為150℃，升溫速度2℃，保溫時間為10h。實施例2本實施例提供一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，包括有以下步驟：（一）擠壓：使用山西太原重型機械集團有限公司制造的7500mn單動短行程擠壓機，擠壓筒直徑460mm；鑄造的鋁合金鑄錠為al-mg-si合金鑄錠，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.4%，mg：0.8%，cu：0.15%，fe：0.5%，cr：0.1%，mn：0.05%，zn：01%，ti：0.1%，v：0.05%，sc：0.15%，ag：0.1%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；鑄錠車皮后直徑448mm，鑄錠長度1200mm；將al-mg-si合金鑄錠分區(qū)加熱，頭部溫度520℃，中部溫度500℃，尾部溫度480℃，模具加熱到490℃，待擠壓筒溫度控制在450±10℃之后，將al-mg-si合金鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在1m/min；擠壓型材截面規(guī)格200*1900mm，壁厚3-5mm；（二）在線淬火：型材淬火區(qū)入口溫度為480℃，用意大利奧馬弗在線淬火系統(tǒng)進行冷卻，通過風(fēng)冷的方式使型材冷卻，風(fēng)冷參數(shù)全部設(shè)置為99，冷卻速度為1℃/s；（三）單級低溫人工時效：時效溫度為40℃，保溫時間為40h；（四）冷卻停放：低溫人工時效后，型材出爐冷卻至室溫，并停放2h；（五）雙級高溫人工時效：第一級時效溫度為100℃，保溫時間為48h；第二級時效溫度為120℃，保溫時間為24h。實施例3本實施例提供一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，包括有以下步驟：（一）擠壓：使用山西太原重型機械集團有限公司制造的7500mn單動短行程擠壓機，擠壓筒直徑460mm；鑄造的鋁合金鑄錠為al-mg-si合金鑄錠，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.8%，mg：1.2%，cu：0.4%，fe：0.7%，cr：0.3%，mn：0.15%，zn：0.25%，ti：0.1%，v：0.05%，sc：0.15%，ag：0.2%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；將al-mg-si合金鑄錠分區(qū)加熱，頭部溫度510℃，中部溫度500℃，尾部溫度490℃，模具加熱到500℃，待擠壓筒溫度控制在450±10℃之后，將al-mg-si合金鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在5m/min；擠壓型材截面規(guī)格340*290mm，壁厚6-10mm；（二）在線淬火：型材淬火區(qū)入口溫度為480℃，用意大利奧馬弗在線淬火系統(tǒng)進行冷卻，通過水冷的方式使型材冷卻，水冷參數(shù)設(shè)置為80，冷卻速度為10℃/s；（三）單級低溫人工時效：時效溫度為70℃，保溫時間為4h；（四）冷卻停放：低溫人工時效后，型材出爐冷卻至室溫，并停放48h；（五）雙級高溫人工時效：第一級時效溫度為150℃，保溫時間為2h；第二級時效溫度為200℃，保溫時間為1h。實施例4本實施例提供一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，包括有以下步驟：（一）擠壓：使用山西太原重型機械集團有限公司制造的7500mn單動短行程擠壓機，擠壓筒直徑460mm；鑄造的鋁合金鑄錠為al-mg-si合金鑄錠，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.5%，mg：0.9%，cu：0.2%，fe：0.7%，cr：0.3%，mn：0.15%，zn：0.25%，ti：0.1%，sc：0.15%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；將al-mg-si合金鑄錠分區(qū)加熱，頭部溫度510℃，中部溫度500℃，尾部溫度490℃，模具加熱到500℃，待擠壓筒溫度控制在450±10℃之后，，將al-mg-si合金鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在3m/min；擠壓型材截面規(guī)格420*240mm，壁厚10-15mm；（二）在線淬火：型材淬火區(qū)入口溫度為520℃，用意大利奧馬弗在線淬火系統(tǒng)進行冷卻，通過水冷的方式使型材冷卻，水冷參數(shù)設(shè)置為90，冷卻速度為5℃/s；（三）單級低溫人工時效：時效溫度為60℃，保溫時間為8h；（四）冷卻停放：低溫人工時效后，型材出爐冷卻至室溫，并停放24h；（五）雙級高溫人工時效：第一級時效溫度為110℃，保溫時間為22h；第二級時效溫度為180℃，保溫時間為5h。實施例5本實施例提供一種高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，包括有以下步驟：（一）擠壓：使用山西太原重型機械集團有限公司制造的7500mn單動短行程擠壓機，擠壓筒直徑460mm；鑄造的鋁合金鑄錠為al-mg-si合金鑄錠，所述al-mg-si合金鑄錠的組分及重量百分比為：si：0.5%，mg：0.9%，cu：0.2%，fe：0.7%，cr：0.3%，mn：0.1%，zn：0.2%，ti：0.1%，sc：0.15%，其余為al及不可避免的雜質(zhì)；將al-mg-si合金鑄錠分區(qū)加熱，頭部溫度510℃，中部溫度500℃，尾部溫度490℃，模具加熱到500℃，待擠壓筒溫度控制在450±10℃之后，，將al-mg-si合金鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在3m/min；擠壓型材截面規(guī)格420*240mm，壁厚10-15mm；（二）在線淬火：型材淬火區(qū)入口溫度為520℃，用意大利奧馬弗在線淬火系統(tǒng)進行冷卻，通過水冷的方式使型材冷卻，水冷參數(shù)設(shè)置為90，冷卻速度為5℃/s；（三）單級低溫人工時效：時效溫度為55℃，保溫時間為15h；（四）冷卻停放：低溫人工時效后，型材出爐冷卻至室溫，并停放24h；（五）雙級高溫人工時效：第一級時效溫度為110℃，保溫時間為22h；第二級時效溫度為180℃，保溫時間為5h。下面對按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材以及按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的金相組織圖像、最終力學(xué)性能進行測試、比較。圖2為按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的金相組織圖像，圖3為按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的金相組織圖像，圖2和圖3均為200倍金相顯微鏡下觀察獲得。從圖2和圖3中可以看出，按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的金相組織，第二相長大后更為細小均勻，從而強化效果更為明顯；按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的金相組織，第二相長大后更為粗大不均，從而強化效果沒有本發(fā)明的明顯。表1按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的最終力學(xué)性能樣品編號12345平均抗拉強度（mpa）299298301301295298.8屈服強度（mpa）265265268266262265.2表2按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的最終力學(xué)性能樣品編號678910平均抗拉強度（mpa）268270272269275270.8屈服強度（mpa）225229231228234229.4表1為按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的最終力學(xué)性能；表2為按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的最終力學(xué)性能。從表1和表2中可以看出，按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的五個樣品的抗拉強度范圍為295-301mpa，平均抗拉強度為298.8mpa，按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的五個樣品的屈服強度范圍為262-268mpa，平均屈服強度為265.2mpa；按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的五個樣品的抗拉強度范圍為268-275mpa，平均抗拉強度為270.8mpa，按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的五個樣品的屈服強度范圍為225-234mpa，平均屈服強度為229.4mpa；由此可知，按本發(fā)明實施例1的工藝方法所獲型材的抗拉強度和屈服強度都比按現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法所獲型材的抗拉強度和屈服強度高，即采用本發(fā)明公開的高速動車用al-mg-si合金型材制備方法，能使得al-mg-si型材強度在t5狀態(tài)下達到或略高于普通t6水平，從而達到高速動車的使用要求。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁12