CN104831203A - 一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法 - Google Patents
一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，涉及铝合金加工技术领域。该方法包括低温时效、第二级时效、第三级时效三个部分，低温时效的时效温度为20-50℃，时效的时间为24-720小时；第二级时效的温度为50-150℃，时效的时间为5-40小时；第三级时效的温度为100-200℃，时效的时间为2-60小时。本发明保证了型材具有良好的强度的同时，具有较高的抗应力腐蚀、断裂韧性及高的抗疲劳性能等综合性能，完全满足高铁列车Al-Zn-Mg合金高强、高韧、耐蚀、抗疲劳性高的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是涉及一种高铁车体用A l-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法。
背景技术
Al-Zn-Mg合金强度高、焊接性能优良，已成为目前高速铁路车体主要结构材料之一。采用Al-Zn-Mg合金作为高铁车体用型材，不仅可以保证车体的使用强度，还能使车重大幅降低，有效降低能耗。目前工业化生产的高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材采用的时效热处理工艺，虽能保证该合金的力学性能，但存在抗腐蚀性能不高、断裂韧性及抗疲劳强度不足等问题，无法满足高速铁路车体使用要求。
现有时效工艺的技术缺点：目前工业化生产中采用单级或双级时效工艺。传统单级时效工艺的析出相通常呈弥散细小分布，适合用于生产T6产品，能够使型材得到最高的强度，但细小的析出相容易形成应变集中，使塑性及韧性降低，同时会使晶界析出相不连续，导致抗应力腐蚀性能降低。
为此，工业上常常采用第一级低温时效和第二级高温时效工艺的双级时效工艺。通过高温时效使析出相在晶界呈非连续分布，并使晶内析出相长大，降低了应变集中，使型材强度降低，但提高了抗应力腐蚀性能，该工艺适用于生产T73、T74产品。然而，由于T73、T74产品的高温时效阶段需要较长的一个时间，使强度损失过大，并降低了产品的断裂韧性。目前，工业化生产Al-Zn-Mg铝合金需寻求一种能够综合保证强度、抗应力腐蚀、断裂韧性和高的抗疲劳性能的工艺制度。
本发明为提高Al-Zn-Mg合金的抗腐蚀性能、断裂韧性及抗抗疲劳等性能，采用一种多级时效技术手段，通过精细调控第二相形态及分布，以改善其上述性能，使其满足高铁车体使用要求。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法,本发明通过精细调控第二相形态及分布,保证了材料同时具有良好的强度、高的抗应力腐蚀、断裂韧性及高的抗疲劳性能等综合性能，完全满足高铁列车Al-Zn-Mg合金高强、高韧、耐蚀、抗疲劳性高的技术要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，包括低温时效、第二级时效、第三级时效三个部分，其中：所述低温时效是将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为20-50℃，保温时间为24-720小时；所述第二级时效是指将合金型材在加热装置中升温至50-150℃，保温5-40小时；所述第三级时效是指将合金型材在加热装置中升温至100-200℃，保温2-60小时。
进一步优选地，所述低温时效是将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为30-40℃，保温时间为48-480小时；所述第二级时效是指将合金型材在加热装置中升温至65-120℃，保温8-15小时；所述第三级时效是指将合金型材在加热装置中升温至120-180℃，保温6-30小时。
进一步优选地，所述低温时效是将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为35-40℃，保温时间为72-360小时；所述第二级时效是指将合金型材在加热装置中升温至80-100℃，保温12-15小时；所述第三级时效是指将合金型材在加热装置中升温至130-160℃，保温8-20小时
本发明通过引入低温时效阶段，寻找合适的GP区临界尺寸，并通过合理调控各级时效的温度和时间，得到合适的亚稳第二相形态和分布，从而保证材料的各项性能优良。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过引入低温时效阶段，利用低温时效下析出相前期GP区高密度分布(1017-1018/cm3)的特点，先进行低温长时时效，保证经固溶淬火后的过饱和溶质原子能够以GP区的形式均匀形核和长大，GP区逐渐向η′相转化，使合金达到峰值时效强度，而后再在高温时效下，使晶内已析出的GP区全部转化为η′相，晶界平衡析出相η发生球化并呈非连续分布，保证了材料同时具有良好的强度的同时，具有较高的抗应力腐蚀、断裂韧性及高的抗疲劳性能等综合性能，完全满足高铁列车Al-Zn-Mg合金高强、高韧、耐蚀、抗疲劳性高的技术要求。
具体实施方式
本发明保护的是高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，下面通过具体实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，是在Al-Zn-Mg合金型材经过挤压(挤压温度450℃，挤压速度2m/min)和在线水冷淬火后，依次进行低温时效、第二级时效和第三级时效处理，即：首先将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为30℃，保温时间为48小时；然后将合金型材在加热装置中升温至65℃，保温15小时；最后将合金型材在加热装置中升温至120℃，保温30小时。
实施例2
高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，是在Al-Zn-Mg合金型材经过挤压(挤压温度450℃，挤压速度2m/min)和在线水冷淬火后，依次进行低温时效、第二级时效和第三级时效处理，即：首先将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为40℃，保温时间为480小时；然后将合金型材在加热装置中升温至120℃，保温8小时；最后将合金型材在加热装置中升温至120℃，保温30小时。
实施例3
高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，是在Al-Zn-Mg合金型材经过挤压(挤压温度450℃，挤压速度2m/min)和在线水冷淬火后，依次进行低温时效、第二级时效和第三级时效处理，即：首先将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为20℃，保温时间为720小时；然后将合金型材在加热装置中升温至150℃，保温8小时；最后将合金型材在加热装置中升温至100℃，保温60小时。
实施例4
高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，是在Al-Zn-Mg合金型材经过挤压(挤压温度450℃，挤压速度2m/min)和在线水冷淬火后，依次进行低温时效、第二级时效和第三级时效处理，即：首先将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为50℃，保温时间为24小时；然后将合金型材在加热装置中升温至50℃，保温8小时；最后将合金型材在加热装置中升温至200℃，保温2小时。
实施例5
高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，是在Al-Zn-Mg合金型材经过挤压(挤压温度450℃，挤压速度2m/min)和在线水冷淬火后，依次进行低温时效、第二级时效和第三级时效处理，即：首先将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为35℃，保温时间为72小时；然后将合金型材在加热装置中升温至80℃，保温12小时；最后将合金型材在加热装置中升温至130℃，保温20小时。
实施例6
高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法，是在Al-Zn-Mg合金型材经过挤压(挤压温度450℃，挤压速度2m/min)和在线水冷淬火后，依次进行低温时效、第二级时效和第三级时效处理，即：首先将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为40℃，保温时间为360小时；然后将合金型材在加热装置中升温至100℃，保温15小时；最后将合金型材在加热装置中升温至160℃，保温8小时。
对比例1
取与实施例1相同的Al-Zn-Mg合金型材，经过与实施例1-6相同的挤压和淬火工序后，采用常规的时效工艺对Al-Zn-Mg合金型材进行时效，保温的温度为120度，保温时间是24小时。
将实施例1和对比例1所得的Al-Zn-Mg合金型材进行性能检测和对比，所得结果如表1-表4所示：
表1 Al-Zn-Mg合金型材的力学性能
| 序号 | 抗拉(Rm/Mpa) | 屈服(Rp0.2/Mpa) | 延伸率(A％) |
| 对比例1 | 370 | 307 | 19.5 |
| 实施例1 | 382 | 321 | 19.0 |
表2 Al-Zn-Mg合金型材的抗应力腐蚀性能
表3 Al-Zn-Mg合金型材的断裂韧性
| 序号 | 试验频率(Hz) | 加载速率(kN/s) | 循环次数 | KQ(MPa·m1/2) |
| 对比例1 | 10 | 0.30 | 20000～40000 | 38.26 |
| 实施例1 | 10 | 0.30 | 20000～40000 | 48.30 |
表4 Al-Zn-Mg合金型材的疲劳性能
| 序号 | 应力比 | 试验频率(Hz) | 中值疲劳极限(MPa) |
| 对比例1 | -1 | 60～200 | 80 |
| 实施例1 | -1 | 60～200 | 121 |
从表1-表4的结果来看，采用本发明的时效工艺，在保证合金型材力学性能的同时，型材的耐腐蚀性能，断裂韧性和疲劳性能都要明显优于采用常规时效工艺的性能，因此本发明的时效工艺能够提高A l-Zn-Mg合金型材的综合性能，具有更高的安全性，完全满足350km/h高铁车体型材使用需求，值得推广应用。
Claims (3)
1.一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法,其特征在于包括低温时效、第二级时效、第三级时效三个部分，其中：所述低温时效是将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为20-50℃，保温时间为24-720小时；所述第二级时效是指将合金型材在加热装置中升温至50-150℃，保温5-40小时；所述第三级时效是指将合金型材在加热装置中升温至100-200℃，保温2-60小时。
2.根据权利要求1所述的一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法,其特征在于：所述低温时效是将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为30-40℃，保温时间为48-480小时；所述第二级时效是指将合金型材在加热装置中升温至65-120℃，保温8-15小时；所述第三级时效是指将合金型材在加热装置中升温至120-180℃，保温6-30小时。
3.根据权利要求2所述的一种高铁车体用Al-Zn-Mg合金型材的时效热处理方法,其特征在于：所述低温时效是将合金型材放入加热装置中进行保温处理，保温温度为35-40℃，保温时间为72-360小时；所述第二级时效是指将合金型材在加热装置中升温至80-100℃，保温12-15小时；所述第三级时效是指将合金型材在加热装置中升温至130-160℃，保温8-20小时。
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