CN106967906A - 一种高速动车用Al‑Mg‑Si合金型材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速动车用Al‑Mg‑Si合金型材制备方法，涉及铝合金型材的制备技术领域，将折弯型材生产工艺由原来的：挤压—在线淬火—折弯—人工时效，调整为：挤压—在线淬火—低温预时效处理—折弯—人工时效，通过新增的低温预时效处理使型材强度保持在较低水平，同时在一定的温度范围内在较长的时间内强度不会随停放时间的增加而增加，解决了现有技术中Al‑Mg‑Si合金在淬火后随停放时间的延长，强度会增加，导致折弯难度增加，无法保证折弯精度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金型材的制备技术领域，尤其涉及一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法。
背景技术
Al-Mg-Si合金型材强度适中、容易折弯、焊接性能优良，广泛应用于轨道交通领域。今年以来我国开始研发的集中动力型动车车体全部采用Al-Mg-Si合金型材结构，为了减小空气阻力，动车车头采用流线型设计，使得部分长型材需要进行局部折弯，折弯型材长度超过20米，外接圆直径超过700毫米，折弯难度极大。
目前工业化生产折弯型材的工艺路线一般为：挤压—在线淬火—折弯—人工时效，而由于Al-Mg-Si合金在淬火后随停放时间的延长，强度会增加，导致折弯难度增加，无法保证折弯精度。同时，如果是不同时间生产的型材，由于停放时间不一样，强度有所差异，如在同一时间进行折弯，会导致折弯效果有差异，需要做大量的工艺调整。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种能够让高速动车用Al-Mg-Si型材强度在淬火后稳定在较低的水平的型材制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压：铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭，所述Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5-0.9%，Mg ：0.4-0.7%，Mn≤0.5%，Fe≤0.35%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.3%、Zn≤0.2%、Cu≤0.3%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；待所述Al-Mg-Si合金铸锭以及模具加热完成，挤压筒到温之后上模进行挤压，挤压速度控制在1-4m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为480-530℃，通过风冷或者水冷的方式使型材冷却，冷却速度为1-10℃/s；
（三）低温预时效处理：时效温度为40-80℃，保温时间为3-72h。
优选的是，所述Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5-0.7%，Mg ：0.4-0.55%，Mn≤0.4%，Fe≤0.3%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.2%、Zn≤0.1%、Cu≤0.2%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质。
优选的是，所述Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.7-0.9%，Mg ：0.55-0.7%，Mn≤0.4%，Fe≤0.3%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.3%、Zn≤0.2%、Cu≤0.3%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质。
优选的是，还包括步骤（四）折弯和步骤（五）人工时效；所述的步骤（四）折弯为使用常规工艺将型材折弯；所述的步骤（五）人工时效为将折弯后的型材进行时效处理，时效温度100-200℃，保温时间6-20h。
优选的是，步骤（一）挤压中，所述Al-Mg-Si合金铸锭加热完成温度为480-520℃，所述模具加热完成温度为490-510℃，所述待挤压筒到温温度为440-460℃。
优选的是，步骤（二）在线淬火中，型材的冷却速度为3-7℃/s。
优选的是，步骤（二）在线淬火中，型材的冷却速度为5℃/s。
优选的是，步骤（三）低温预时效处理中，时效温度为50-70℃，保温时间为8-60h。
优选的是，步骤（三）低温预时效处理中，时效温度为55-65℃，保温时间为24-40h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，适用的Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5-0.9%，Mg ：0.4-0.7%，Mn≤0.5%，Fe≤0.35%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.3%、Zn≤0.2%、Cu≤0.3%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；本发明将折弯型材生产工艺由原来的：挤压—在线淬火—折弯—人工时效，调整为：挤压—在线淬火—低温预时效处理—折弯—人工时效，配合特定的合金组分，通过新增的低温预时效处理使型材强度保持在较低水平，其原理如下：该Al-Mg-Si合金时效过程中第二相转化过程如下：GP区—针状Mg2Si非平衡相—棒状Mg2Si非平衡相—片状平衡Mg2Si相；传统工艺下，在线淬火后，在随后的停放过程中，会有部分第二相逐渐析出，形成尺寸大小不一的GP区，部分大尺寸的GP区转化为少量的Mg2Si强化相，从而使强度提高；本专利采用低温预时效的方法，使得第二相充分转化为弥散分布GP区，这种尺寸较小且弥散分布的GP区，不易于自发长大形成Mg2Si强化相，因此，不会导致强度的提高，在较长的时间内强度不会随停放时间的增加而增加，从而保证后续折弯性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1提供的一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参照图1，本实施例提供一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压（S1）：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500MN单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭， Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.7%，Mg ：0.55%，Mn：0.4%，Fe：0.3%， Cr ：0.2%，Zn：0. 1 %，Cu：0.2%，Ti：0.1%，V：0.05%，Hf：0.15%，Sc：0.15%，Ag：0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；将Al-Mg-Si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在2m/min；
（二）在线淬火（S2）：型材淬火区入口温度为500℃，通过风冷的方式使型材冷却，冷却速度为5℃/s，保证基体中获得高的过饱和固溶体；
（三）低温预时效处理（S3）：时效温度为60℃，保温时间为36h；
（四）折弯（S4）：使用常规工艺将型材折弯；
（五）人工时效（S5）：将折弯后的型材进行时效处理，时效温度150℃，保温时间14h。
实施例2
本实施例提供一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500MN单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭， Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5%，Mg ：0.4%，Mn：0.3%，Fe：0.2%，Cr ：0.1%，Zn：0.05%，Cu：0.1%，Ti：0.05%，V：0.05%，Hf：0.15%，Sc：0.15%，Ag：0.1%，其余为Al及不可避免的杂质；将Al-Mg-Si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到510℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在1m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为480℃，通过风冷的方式使型材冷却，冷却速度为1℃/s，保证基体中获得高的过饱和固溶体；
（三）低温预时效处理：时效温度为40℃，保温时间为72h；
（四）折弯：使用常规工艺将型材折弯；
（五）人工时效：将折弯后的型材进行时效处理，时效温度100℃，保温时间20h。
实施例3
本实施例提供一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500MN单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭，Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.9%，Mg ：0.7%，Mn：0.5%，Fe：0.35%， Cr ：0.3%，Zn：0.2%，Cu：0.3%，Ti：0.1%，V：0.05%，Hf：0.15%，Sc：0.15%，Ag：0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；将Al-Mg-Si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到490℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在4m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为530℃，通过水冷的方式使型材冷却，冷却速度为10℃/s，保证基体中获得高的过饱和固溶体；
（三）低温预时效处理：时效温度为80℃，保温时间为3h；
（四）折弯：使用常规工艺将型材折弯；
（五）人工时效：将折弯后的型材进行时效处理，时效温度200℃，保温时间6h。
实施例4
本实施例提供一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压：铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭，Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5%，Mg ：0.5%，Mn：0.5%，Fe：0.35%， Cr ：0.3%，Zn：0.2%，Cu：0.3%，Ti：0.1%，V：0.05%，Hf：0.15%，Sc：0.15%，Ag：0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；将Al-Mg-Si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在4m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为490℃，通过水冷的方式使型材冷却，冷却速度为3℃/s，保证基体中获得高的过饱和固溶体；
（三）低温预时效处理：时效温度为50℃，保温时间为60h；
（四）折弯：使用常规工艺将型材折弯；
（五）人工时效：将折弯后的型材进行时效处理，时效温度200℃，保温时间6h。
实施例5
本实施例提供一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500MN单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭，Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.8%，Mg ：0.6%，Mn：0.5%，Fe：0.35%， Cr ：0.3%，Zn：0.2%，Cu：0.3%，Ti：0.1%，V：0.05%，Hf：0.15%，Sc：0.15%，Ag：0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；将Al-Mg-Si合金铸锭分区加热，头部温度520℃，中部温度500℃，尾部温度480℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在4m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为520℃，通过水冷的方式使型材冷却，冷却速度为7℃/s，保证基体中获得高的过饱和固溶体；
（三）低温预时效处理：时效温度为70℃，保温时间为8h；
（四）折弯：使用常规工艺将型材折弯；
（五）人工时效：将折弯后的型材进行时效处理，时效温度200℃，保温时间6h。
实施例6
本实施例提供一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，包括有以下步骤：
（一）挤压：使用山西太原重型机械集团有限公司制造的7500MN单动短行程挤压机，挤压筒直径460mm；铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭，Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.7%，Mg ：0.5%，Mn：0.5%，Fe：0.35%， Cr ：0.3%，Zn：0.2%，Cu：0.3%， V：0.05%， Sc：0.15%，其余为Al及不可避免的杂质；将Al-Mg-Si合金铸锭分区加热，头部温度510℃，中部温度500℃，尾部温度490℃，模具加热到500℃，待挤压筒温度控制在450±10℃之后，将Al-Mg-Si合金铸锭上模进行挤压，挤压速度控制在4m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为530℃，通过水冷的方式使型材冷却，冷却速度为5℃/s，保证基体中获得高的过饱和固溶体；
（三）低温预时效处理：时效温度为55℃，保温时间为40h；
（四）折弯：使用常规工艺将型材折弯；
（五）人工时效：将折弯后的型材进行时效处理，时效温度200℃，保温时间6h。
以下将通过本发明产品与现有产品的力学性能参数对比，进一步说明本发明产品的有益效果。
表1 本发明实施例1在低温预时效处理后所获产品的强度与停放时间的对应关系表
| 停放时间（d） | 0 | 3 | 7 | 15 | 30 | 60 |
| 抗拉强度（MPa） | 184 | 186 | 188 | 188 | 190 | 193 |
| 屈服强度（MPa） | 101 | 102 | 103 | 104 | 106 | 108 |
表2 现有技术在在线淬火后所获产品的强度与停放时间的对应关系表
| 停放时间（d） | 0 | 3 | 7 | 15 | 30 | 60 |
| 抗拉强度（MPa） | 185 | 206 | 218 | 227 | 236 | 244 |
| 屈服强度（MPa） | 100 | 114 | 127 | 130 | 138 | 144 |
表1为本发明实施例1在低温预时效处理后所获产品在不同的停放时间下所对应的抗拉强度和屈服强度；表2为现有技术在在线淬火后所获产品在不同的停放时间下所对应的抗拉强度和屈服强度。从表1和表2中可以看出，实施例1在低温预时效处理后所获产品的抗拉强度和屈服强度相较于现有技术在在线淬火后所获产品的抗拉强度和屈服强度都要低，且实施例1在低温预时效处理后所获产品的抗拉强度和屈服强度随停放时间的增加而增加缓慢（抗拉强度在60d内从184MPa增加到193 MPa，屈服强度在60d内从101 MPa增加到108MPa），而现有技术在在线淬火后所获产品的抗拉强度和屈服强度随停放时间的增加而增加快速（抗拉强度在60d内从185MPa增加到244 MPa，屈服强度在60d内从100MPa增加到144MPa），说明通过本发明公开的方法，在在线淬火后增加低温预时效处理能使型材强度保持在较低水平，同时在一定的温度范围内在较长的时间内强度不会随停放时间的增加而增加，从而保证后续折弯性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：
（一）挤压：铸造的铝合金铸锭为Al-Mg-Si合金铸锭，所述Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5-0.9%，Mg ：0.4-0.7%，Mn≤0.5%，Fe≤0.35%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.3%、Zn≤0.2%、Cu≤0.3%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质；待所述Al-Mg-Si合金铸锭以及模具加热完成，挤压筒到温之后上模进行挤压，挤压速度控制在1-4m/min；
（二）在线淬火：型材淬火区入口温度为480-530℃，通过风冷或者水冷的方式使型材冷却，冷却速度为1-10℃/s；
（三）低温预时效处理：时效温度为40-80℃，保温时间为3-72h。
2.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.5-0.7%，Mg ：0.4-0.55%，Mn≤0.4%，Fe≤0.3%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.2%、Zn≤0.1%、Cu≤0.2%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金铸锭的组分及重量百分比为：Si ：0.7-0.9%，Mg ：0.55-0.7%，Mn≤0.4%，Fe≤0.3%，以及含有下述一种或一种以上的元素：Cr ≤0.3%、Zn≤0.2%、Cu≤0.3%、Ti≤0.1%、V≤0.05%、Hf≤0.15%、Sc≤0.15%、Ag≤0.2%，其余为Al及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：还包括步骤（四）折弯和步骤（五）人工时效；所述的步骤（四）折弯为使用常规工艺将型材折弯；所述的步骤（五）人工时效为将折弯后的型材进行时效处理，时效温度100-200℃，保温时间6-20h。
5.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：步骤（一）挤压中，所述Al-Mg-Si合金铸锭加热完成温度为480-520℃，所述模具加热完成温度为490-510℃，所述待挤压筒到温温度为440-460℃。
6.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：步骤（二）在线淬火中，型材的冷却速度为3-7℃/s。
7.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：步骤（二）在线淬火中，型材的冷却速度为5℃/s。
8.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：步骤（三）低温预时效处理中，时效温度为50-70℃，保温时间为8-60h。
9.根据权利要求1所述的高速动车用Al-Mg-Si合金型材制备方法，其特征在于：步骤（三）低温预时效处理中，时效温度为55-60℃，保温时间为36-40h。
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