CN102925828A - 高铁定位器铝材的挤压及热处理方法 - Google Patents

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匡伟龙
邓海林
谢建波
谭柳玉
谭法明
王顺利
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Abstract

本发明公开了一种高铁定位器铝材的挤压及热处理方法。该方法包括以下步骤：预热铝棒温度至450～540℃，模具温度至460～510℃，盛锭筒温度至400～450℃，然后进行挤压，挤压出料后的型材在线淬火，在线淬火后的铝材温度为25～70℃，然后自然冷却至10～40℃，于10～40℃停放100～160h，最后进入时效炉进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间4～5h，出炉后冷却至10～40℃。按照本发明挤压及热处理工艺生产的高铁定位器铝材具有较高的力学性能，其中产品的抗拉强度同比欧标高3～31％，屈服强度同比国标高8～36％，伸长率同比国标高28～100％。

Description

高铁定位器铝材的挤压及热处理方法
技术领域
本发明属于铝材生产工艺领域，具体涉及铝材挤压及热处理方法，特别涉及一种高铁定位器铝材的挤压及热处理方法。
背景技术
高铁电气化铁路接触网中，需要一种高强度、高韧性、密度小，低电阻率的结构零件为动车组动态提供电力。高安全系数，恶劣的自然条件变化要求结构零件的组织结构，力学性能符合产品要求，且不能够存在内部组织损伤，要求加工部位的抗拉强度达320Mpa以上，规定非比例延伸强度达310Mpa以上，断后伸长率达13％以上。与标准Physical Date per National Standard En755-2：2008相比较，力学性能大幅度提升，对零件的加工技术，检测方法，提出了更严格的要求，急需一种新的加工工艺，来满足零件的特殊要求。
此工艺应用于6082铝合金则达不到高铁定位器要求。且所述工艺没有对挤压三个阶段的速度进行限定，6082牌号的铝合金Si、Mn、Mg含量比较高，结尾段若不减速，表面容易出现毛刺、麻点、尺寸偏差、焊合不良、拖烂等现象。上述专利所述工艺挤压完成后直接剪裁包装，没有经过时效处理，仅采用自然时效或人工时效，易使产品拉裂、起皱纹和形成晶间裂纹，这些缺陷破坏了金属基体的连续性，使产品失去了使用价值。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，可满足高速电气化铁路运行对定位器材料高力学性能的要求。所述的高铁定位器是高铁电气化铁路接触网中用到的一种定位装置，其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，并将接触线的水平张力传给支柱。所述的高铁定位器铝材是用于制备高铁定位器的铝合金型材，由以下按质量百分比计的组分组成：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.1～0.24％，Fe：＜0.25％，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，包括以下操作步骤：
(1)铝棒预热：将铝棒预热至450～540℃，铝棒两端温差控制在3℃内；
(2)模具预热：将方管模具在460～510℃预热2～6h，防止模具退火；
(3)盛锭筒预热：将挤压机盛锭筒预热至400～450℃；
(4)挤压：将步骤(2)预热后的方管模具装入挤压机，然后将步骤(1)预热后的铝棒置入步骤(3)预热后的盛锭筒中，铝棒通过盛锭筒从模具挤出，最终在挤压机出料口得到型材，挤压机出料口温度保持在490～550℃，挤压余料在每支铝棒挤压完毕后切除，一支铝棒挤压完毕后进行下一支铝棒的挤压；
(5)淬火：对步骤(4)挤压后得到的型材进行在线淬火，在20～60s内冷却至25～70℃，然后自然冷却至室温，即10～40℃；
(6)自然时效：将步骤(5)淬火后得到的型材于室温，即10～40℃，停放100～160h；
(7)人工时效：步骤(6)自然时效后的型材按高铁定位器尺寸要求进行机械加工，再对机械加工后的型材进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间4～5h，出炉后冷却至室温，即10～40℃，得到满足高铁定位器性能要求要求的型材。
所述的铝棒牌号为6082。
所述的铝棒国标成分组成：Si：0.7～1.3％，Mg：0.6～1.2％，Cu：＜0.1％，Mn：0.4～1.0％，Cr：＜0.25％，Fe：＜0.5％，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。
所述的铝棒由以下按质量百分比计的组分组成：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.1～0.24％，Fe：＜0.25％，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。对合金成份组成进行优化、设计、且符合国标要求。
步骤(2)所述的模具使用与模具形状相适应的专用模垫，避免弹性变形，影响尺寸头尾变化。
步骤(4)所述的铝棒在挤压机中依次经历填充阶段、平流阶段和紊流阶段，填充阶段铝棒的温度为450～540℃，平流阶段铝棒的温度为490～540℃，紊流阶段铝棒的温度为500～590℃，平流阶段的铝棒速度为2～4m/min，紊流阶段铝棒的速度是平流阶段的2/3～3/4。
步骤(4)所述的挤压余料为铝棒长度的5～6％。在挤压的后期，即紊流阶段，随着垫片与模具间距的缩小，周边外层的金属向模具中心出口部位发生强烈的横向流动，外层金属沿着垫片从周边向中心做回转交错的紊乱流动形成挤压缩尾，这一部分材料约占铝棒长度的5～6％，为了减少挤压的工作量和时间，这部分材料以挤压余料形式切除，挤压余料可作为熔铸原料。
步骤(4)所述的一支铝棒挤压完毕后在50秒内进行下一支铝棒的挤压，否则后段未淬火的型材的要报废。如果超过50秒，在线未进入水槽的铝制品，温度会降低到500℃以下，在线淬火效果差，这一部分型材就要报废。
本发明的原理是：
(1)该材质Si、Mn、Mg含量比较高，挤压三个阶段要控制好，尤其结尾段一定要减速，不然表面容易出现毛刺、麻点、尺寸偏差、焊合不良、拖烂等现象。原因是挤压机在挤压铝棒的过程中，挤压功作用于铝棒使之经过热工模具变形成为所需要的型材，挤压功一部分以铝棒的变形能输出，还有一部分以变形热能形式和摩擦热能形式被消耗，随着挤压工作的进行，这部分热能使铝棒和热工模具的温度升高，由于温度的升高降低了挤压抗力，使挤压速度进一步加快，速度的加快，又增加了热工模具产生的摩擦热能，使温度进一步升高。挤压温度的升高，增加了铝棒与变形工作带的亲和力，使工作带粘铝棒变得容易，从而导致了挤压加工后材料的质量缺陷，所以在挤压的后期，要减速挤压。
(2)金属材料时效：此为本发明的核心部分，即二次时效。
根据6082铝合金热处理可强化的特性，对型材进行时效处理，淬火固溶后的材料，其合金溶解度在过饱和状态。增加了金属内部的应力，此时进行冷加工变形，易使产品拉裂、起皱纹和形成晶间裂纹，这些缺陷破坏了金属基体的连续性，使用产品失去了使用价值。为了使金属材料在冷加工变形工序不产生以上缺陷，就要降低金属材料的脆性，增加金属材料的延展性和韧性，因此研发了二次时效的热处理工艺，将淬火后的材料先进行100～160h的自然时效，释放金属内部的应力，增加材料的型材变形能力。在进行冷加工变形之后，再进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间4～5h，其材料硬度为15.3～17HW。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果：
按照本发明挤压热处理工艺生产的高铁定位器，具有较高的力学性能，其中产品的抗拉强度同比欧标高3～31％，屈服强度(即规定非比例延伸强度)同比国标高8～36％，伸长率同比国标高28～100％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)铝棒预热：将牌号为6082的铝棒(佛山市鸿金源铝业制品有限公司，铝棒平均直径为150mm，其组分百分含量见表1)预热至450℃，铝棒两端温差控制在3℃内；
(2)模具预热：将方管模具在460℃预热6h；
(3)盛锭筒预热：将挤压机盛锭筒预热至400℃；
(4)挤压：将步骤(2)预热后的模具装入挤压机，模具使用与模具形状相适应的专用模垫，然后将步骤(1)预热后的铝棒置入步骤(3)预热后的盛锭筒中，铝棒通过盛锭筒从模具挤出，铝棒在挤压机中依次经历填充阶段、平流阶段和紊流阶段，最终在挤压机出料口得到型材，挤压机出料口温度保持在490℃，填充阶段铝棒的温度为450℃，平流阶段铝棒的温度为490℃，紊流阶段铝棒的温度为500℃，平流阶段的铝棒速度为2m/min，紊流阶段铝棒的速度是平流阶段的2/3，挤压余料按铝棒长度的5％留下切除，一支铝棒挤压完毕后50秒内进行下一支铝棒的挤压；
(5)淬火：对步骤(4)挤压后得到的型材进行在线淬火，在20s内冷却至25℃，然后自然冷却至室温10℃，得到铝合金方管(长是41mm，宽是21mm，壁厚是3mm)；
(6)自然时效：将步骤(5)淬火后得到的型材于室温10℃停放160h；
(7)人工时效：步骤(6)自然时效后的型材机加工成中国专利CN201457116U所述的高铁定位器，热处理状态为T6，将高铁定位器放入时效炉进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间4h，出炉后风冷至室温10℃，得到高铁定位器。
实施例2
(1)铝棒预热：将牌号为6082的铝棒(佛山市鸿金源铝业制品有限公司，铝棒平均直径为150mm，其组分百分含量见表1)预热至540℃，铝棒两端温差控制在3℃内；
(2)模具预热：将方管模具在510℃预热2h；
(3)盛锭筒预热：将挤压机盛锭筒预热至450℃；
(4)挤压：将步骤(2)预热后的模具装入挤压机，模具使用与模具形状相适应的专用模垫，然后将步骤(1)预热后的铝棒置入步骤(3)预热后的盛锭筒中，铝棒通过盛锭筒从模具挤出，铝棒在挤压机中依次经历填充阶段、平流阶段和紊流阶段，最终在挤压机出料口得到型材，挤压机出料口温度保持在550℃，填充阶段铝棒的温度为540℃，平流阶段铝棒的温度为540℃，紊流阶段铝棒的温度为590℃，平流阶段的铝棒速度为4m/min，紊流阶段铝棒的速度是平流阶段的3/4，挤压余料按铝棒长度的6％留下切除，一支铝棒挤压完毕后50秒内进行下一支铝棒的挤压；
(5)淬火：对步骤(4)挤压后得到的型材进行在线淬火，在60s内冷却至70℃，然后自然冷却至室温40℃，得到铝合金方管(长是41mm，宽是21mm，壁厚是3mm)；
(6)自然时效：将步骤(5)淬火后得到的型材于室温40℃停放100h；
(7)人工时效：步骤(6)自然时效后的型材机加工成中国专利CN201457116U所述的高铁定位器，热处理状态为T6，将高铁定位器放入时效炉进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间5h，出炉后风冷至室温40℃得到高铁定位器。
实施例3
(1)铝棒预热：将牌号为6082的铝棒(佛山市鸿金源铝业制品有限公司，铝棒平均直径为150mm，其组分百分含量见表1)预热至510℃，铝棒两端温差控制在3℃内；
(2)模具预热：将方管模具在490℃预热4h；
(3)盛锭筒预热：将挤压机盛锭筒预热至440℃；
(4)挤压：将步骤(2)预热后的模具装入挤压机，模具使用与模具形状相适应的专用模垫，然后将步骤(1)预热后的铝棒置入步骤(3)预热后的盛锭筒中，铝棒通过盛锭筒从模具挤出，铝棒在挤压机中依次经历填充阶段、平流阶段和紊流阶段，最终在挤压机出料口得到型材，挤压机出料口温度保持在500℃，填充阶段铝棒的温度为510℃，平流阶段铝棒的温度为510℃，紊流阶段铝棒的温度为560℃，平流阶段的铝棒速度为3m/min，紊流阶段铝棒的速度是平流阶段的2/3，挤压余料按铝棒长度的5％留下切除，一支铝棒挤压完毕后50秒内进行下一支铝棒的挤压；
(5)淬火：对步骤(4)挤压后得到的型材进行在线淬火，在40s内冷却至35℃，然后自然冷却至室温30℃，得到铝合金方管(长是41mm，宽是21mm，壁厚是3mm)；
(6)自然时效：将步骤(5)淬火后得到的型材于室温30℃停放124h；
(7)人工时效：步骤(6)自然时效后的型材机加工成中国专利CN201457116U所述的高铁定位器，热处理状态为T6，将高铁定位器放入时效炉进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间5h，出炉后风冷至室温30℃得到高铁定位器。
实施结果
将实施例1～实施例3得到的高铁定位器按照德国EN755-2：200标准进行力学性能测试，结果见表2。表3给出了德国EN755-2：200力学性能标准，表4给出了中国GB/T6892-2006力学性能标准，从表2，表3和表4可以看出本发明所得高铁定位器的抗拉强度、规定非比例延伸强度和断后伸长率均明显高于德国EN755-2：200力学性能标准。
表1实施例1～3铝棒各组分质量百分比
  Al   Si   Fe   Cu   Mn   Mg   Cr   Ni   Zn
  实施例1   97.16   0.892   0.15   0.0602   0.55   0.821   0.22   0.0058   0.0291
  实施例2   97.45   1   0.18   0.01   0.45   0.75   0.1   ＜0.0050   0.0291
  实施例3   97.15   0.8   0.15   0.09   0.85   0.95   0.24   ＜0.0050   0.0291
  Ti   Pb   Sn   Be   Ca   Sr   V   Zr   Cd
 实施例1   ＜0.0050  ＜0.030  ＜0.050   0.0003   0.0014   ＜0.0005   0.0101   0.0247   0.0002
 实施例2   ＜0.0050  ＜0.030  ＜0.050   0.0003   0.0017   ＜0.0005   0.0110   0.0240   ＜0.0001
 实施例3   ＜0.0050  ＜0.030  ＜0.050   0.0003   0.0013   ＜0.0005   0.0123   0.0260   ＜0.0001
表2力学性能标准测试结果
Figure BDA0000082070960000071
表3德国EN755-2：200力学性能标准
表4中国GB/T6892-2006力学性能标准
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
(1)铝棒预热：将铝棒预热至450～540℃，铝棒两端温差控制在3℃内；
(2)模具预热：将方管模具在460～510℃预热2～6h；
(3)盛锭筒预热：将挤压机盛锭筒预热至400～450℃；
(4)挤压：将步骤(2)预热后的方管模具装入挤压机，然后将步骤(1)预热后的铝棒置入步骤(3)预热后的盛锭筒中，铝棒通过盛锭筒从模具挤出，最终在挤压机出料口得到型材，挤压机出料口温度保持在490～550℃，挤压余料在每支铝棒挤压完毕后切除，一支铝棒挤压完毕后进行下一支铝棒的挤压；
(5)淬火：对步骤(4)挤压后得到的型材进行在线淬火，在20～60s内冷却至25～70℃，然后自然冷却至10～40℃；
(6)自然时效：将步骤(5)淬火后得到的型材于10～40℃停放100～160h；
(7)人工时效：步骤(6)自然时效后的型材按高铁定位器尺寸要求进行机械加工，再对机械加工后的型材进行人工时效，时效温度为180±5℃，保温时间4～5h，出炉后冷却至10～40℃，得到满足高铁定位器性能要求的型材。
2.根据权利要求1所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：所述的铝棒牌号为6082。
3.根据权利要求2所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：所述的铝棒国标成份组成：Si：0.7～1.3％，Mg：0.6～1.2％，Cu：＜0.1％，Mn：0.4～1.0％，Cr：＜0.25％，Fe：＜0.5％，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。
4.根据权利要求3所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：所述的铝棒由以下按质量百分比计的组分组成：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.1～0.24％，Fe：＜0.25％，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。
5.根据权利要求1所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：步骤(2)所述的模具使用与模具形状相适应的专用模垫。
6.根据权利要求1所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：步骤(4)所述的铝棒在挤压机中依次经历填充阶段、平流阶段和紊流阶段，填充阶段铝棒的温度为450～540℃，平流阶段铝棒的温度为490～540℃，紊流阶段的铝棒温度为500～590℃，平流阶段铝棒的速度为2～4m/min，紊流阶段铝棒的速度是平流阶段的2/3～3/4。
7.根据权利要求1所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：步骤(4)所述的挤压余料为铝棒长度的5～6％。
8.根据权利要求1所述的高铁定位器铝材的挤压及热处理方法，其特征在于：步骤(4)所述的一支铝棒挤压完毕后在50秒内进行下一支铝棒的挤压。
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