CN108118219A - 一种高铁用高强高韧铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铁用高强高韧铝合金型材及其制备方法，涉及铝合金技术领域，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.5‑0.7％、Si 0.32‑0.45％、Fe 0.15‑0.3％、Mg 0.60‑0.85％、Mn 0.9‑1.2％、Zn 3‑4％、Ti 0.12‑0.2％、Li 0.05‑0.1％、Ni 0.22‑0.35％、Zr 0.1‑0.2％、Sr 0.03‑0.07％、Y 0.15‑0.25％、Mo 0.04‑0.08％，余量为Al。本发明合理优化铝合金型材中各元素及其含量，并对制备工艺进行优化，制备的铝合金型材强度高、韧性好，耐腐蚀性好，且具有良好的成型性、焊接和加工性能，满足高铁用铝合金型材的性能要求。

Description

一种高铁用高强高韧铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高铁用高强高韧铝合金型材及其制备方法。
背景技术
近年来，高铁技术在我国有了非常广泛的应用。由于铝合金的密度较低，而具有较高的强度，因此，铝合金是高铁实现轻量化最好的材料，使用铝合金可以很大的减轻高铁列车的自重。高铁用铝合金型材对材料的抗拉强度、疲劳强度、延伸率、抗腐蚀性能和焊接性能等有着较高的要求。现有技术主要采用5083铝合金型材生产制造高铁，但存在疲劳强度低、韧性低、抗拉强度不均、延伸率低等问题，尚不能完全满足高铁用板材的性能要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高铁用高强高韧铝合金型材及其制备方法，该铝合金型材强度高、韧性好，耐腐蚀性好，且具有良好的成型性、焊接和加工性能。
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.5-0.7％、Si 0.32-0.45％、Fe 0.15-0.3％、Mg 0.60-0.85％、Mn 0.9-1.2％、Zn 3-4％、Ti 0.12-0.2％、Li 0.05-0.1％、Ni 0.22-0.35％、Zr 0.1-0.2％、Sr0.03-0.07％、Y 0.15-0.25％、Mo 0.04-0.08％，余量为Al。
优选地，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.58-0.64％、Si0.35-0.4％、Fe 0.22-0.26％、Mg 0.74-0.8％、Mn 0.97-1.05％、Zn 3.3-3.6％、Ti0.14-0.18％、Li 0.06-0.08％、Ni 0.27-0.31％、Zr 0.12-0.16％、Sr 0.04-0.06％、Y0.19-0.24％、Mo0.05-0.07％，余量为Al。
优选地，Ti、Zr和Sr的质量配比为1-1.2：0.8-1：0.2-0.4。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至280-300℃，保温1-2h，再以100℃/h的速度升温至400-420℃，保温1-2h，再以50℃/h的速度升温至530-550℃，保温2-3h，取出，喷水急冷至260-280℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至400-420℃，保温1-2h，再以60℃/h的速度升温至470-480℃/h，保温2-3h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理。
优选地，所述S1中，熔炼温度为730-750℃。
优选地，所述S4中，时效处理步骤如下：以100-110℃/h的速度升温至170-180℃，保温5-8h，出炉空冷至室温。
有益效果：本发明通过控制铝合金中的Zn、Mg、Cu、Si等元素的含量，在铝合金中形成Al2Cu、Al2CuMg、Mg2Si、MgZn2等强化相，各强化相协同作用，细化结晶，对铝合金起到明显强化作用，提高铝合金型材的抗拉强度、屈服强度、硬度、韧性等力学性能；Ti、Zr和Sr配合，作为非自发晶核起到细化晶粒的作用，提高材料的强度和塑性，且满足一定比例条件下，对Ti细化晶粒效果的相互影响作用最小；Fe、Mn、Si、Ti、Li、Ni、Y、Mo相互配合作用，起到脱氧、细化晶粒的作用，降低材料的开裂敏感性，提高材料的强度、硬度、抗疲劳等力学性能；制备方法中，对铝合金铸锭采用阶梯式升温均匀化退火处理，且控制各阶段的升温速率，使得强化相固溶强化，并防止升温过快导致β相过烧，避免非平衡凝固导致成分不均匀和非平衡凝固组织效应导致的非平衡组织与粗大析出相等的出现，改善合金的机械性能和塑形；热轧等处理后的板材再经阶梯式升温固溶，使得合金内的过剩相充分溶解到固溶体中，强化固溶体，提高合金的韧性和耐腐蚀性。本发明中制备的铝合金型材强度高、韧性好，耐腐蚀性好，且具有良好的成型性、焊接和加工性能，能够满足高铁用铝合金型材的性能要求。
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
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.5％、Si 0.32％、Fe 0.15％、Mg 0.60％、Mn 0.9％、Zn 3％、Ti 0.12％、Li 0.05％、Ni 0.22％、Zr 0.1％、Sr 0.03％、Y 0.15％、Mo 0.04％，余量为Al。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至280℃，保温1h，再以100℃/h的速度升温至400℃，保温1h，再以50℃/h的速度升温至530℃，保温2h，取出，喷水急冷至260℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至400℃，保温1h，再以60℃/h的速度升温至470℃/h，保温2h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理。
实施例2
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.58％、Si 0.35％、Fe 0.22％、Mg 0.74％、Mn 0.97％、Zn 3.3％、Ti0.14％、Li 0.06％、Ni 0.27％、Zr 0.12％、Sr 0.04％、Y 0.19％、Mo 0.05％，余量为Al。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，熔炼温度为730-750℃，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至285℃，保温1h，再以100℃/h的速度升温至405℃，保温1h，再以50℃/h的速度升温至535℃，保温2h，取出，喷水急冷至265℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至405℃，保温1.5h，再以60℃/h的速度升温至470℃/h，保温2h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理，以100℃/h的速度升温至170℃，保温6h，出炉空冷至室温。
实施例3
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.6％、Si 0.35％、Fe 0.25％、Mg 0.7％、Mn 1.1％、Zn 3.5％、Ti 0.16％、Li 0.08％、Ni 0.32％、Zr 0.15％、Sr 0.04％、Y 0.2％、Mo 0.05％，余量为Al。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，熔炼温度为730-750℃，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至290℃，保温1.5h，再以100℃/h的速度升温至410℃，保温1.5h，再以50℃/h的速度升温至540℃，保温2.5h，取出，喷水急冷至270℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至410℃，保温1.5h，再以60℃/h的速度升温至475℃/h，保温2.5h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理，以105℃/h的速度升温至175℃，保温6h，出炉空冷至室温。
实施例4
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.62％、Si 0.37％、Fe 0.24％、Mg 0.75％、Mn 1.02％、Zn 3.4％、Ti0.15％、Li 0.07％、Ni 0.29％、Zr 0.14％、Sr 0.05％、Y 0.22％、Mo 0.06％，余量为Al。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，熔炼温度为730-750℃，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至295℃，保温1.5h，再以100℃/h的速度升温至415℃，保温1.5h，再以50℃/h的速度升温至545℃，保温3h，取出，喷水急冷至275℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至415℃，保温1.5h，再以60℃/h的速度升温至475℃/h，保温2.5h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理，以110℃/h的速度升温至170℃，保温6.5h，出炉空冷至室温。
实施例5
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.64％、Si 0.4％、Fe 0.26％、Mg 0.8％、Mn 1.05％、Zn 3.6％、Ti0.18％、Li 0.08％、Ni 0.31％、Zr 0.16％、Sr 0.06％、Y 0.24％、Mo 0.07％，余量为Al。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，熔炼温度为730-750℃，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至300℃，保温2h，再以100℃/h的速度升温至410℃，保温2h，再以50℃/h的速度升温至540℃，保温3h，取出，喷水急冷至270℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至410℃，保温1h，再以60℃/h的速度升温至480℃/h，保温3h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理，以110℃/h的速度升温至175℃，保温7h，出炉空冷至室温。
实施例6
本发明提出的一种高铁用高强高韧铝合金型材，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.7％、Si 0.45％、Fe 0.3％、Mg 0.85％、Mn 1.2％、Zn 4％、Ti 0.2％、Li0.1％、Ni 0.35％、Zr 0.2％、Sr 0.07％、Y 0.25％、Mo 0.08％，余量为Al。
本发明还提出上述高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，熔炼温度为750℃，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至300℃，保温2h，再以100℃/h的速度升温至420℃，保温2h，再以50℃/h的速度升温至550℃，保温3h，取出，喷水急冷至280℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至420℃，保温2h，再以60℃/h的速度升温至480℃/h，保温3h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理，以110℃/h的速度升温至180℃，保温8h，出炉空冷至室温。
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 (6)

1.一种高铁用高强高韧铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.5-0.7％、Si 0.32-0.45％、Fe 0.15-0.3％、Mg 0.60-0.85％、Mn 0.9-1.2％、Zn 3-4％、Ti 0.12-0.2％、Li 0.05-0.1％、Ni 0.22-0.35％、Zr 0.1-0.2％、Sr0.03-0.07％、Y 0.15-0.25％、Mo 0.04-0.08％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的高铁用高强高韧铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材按质量百分数包括以下成分：Cu 0.58-0.64％、Si 0.35-0.4％、Fe 0.22-0.26％、Mg 0.74-0.8％、Mn 0.97-1.05％、Zn 3.3-3.6％、Ti 0.14-0.18％、Li 0.06-0.08％、Ni 0.27-0.31％、Zr 0.12-0.16％、Sr 0.04-0.06％、Y 0.19-0.24％、Mo 0.05-0.07％，余量为Al。
3.根据权利要求1或2所述的高铁用高强高韧铝合金型材，其特征在于，Ti、Zr和Sr的质量配比为1-1.2：0.8-1：0.2-0.4。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将工业纯铝、各种中间合金进行配料，熔炼，浇铸得铸锭；
S2、将铸锭置于加热炉中，进行均匀化退火处理，先以120℃/h的速度升温至280-300℃，保温1-2h，再以100℃/h的速度升温至400-420℃，保温1-2h，再以50℃/h的速度升温至530-550℃，保温2-3h，取出，喷水急冷至260-280℃，然后空冷至室温；
S3、将均匀化退火处理后的铸锭热轧成板、中间退火、冷轧加工成板材；
S4、将板材进行固溶处理，以100℃/h的速度升温至400-420℃，保温1-2h，再以60℃/h的速度升温至470-480℃/h，保温2-3h，淬火，水冷至室温，转移到加热炉中进行时效处理。
5.根据权利要求4所述的高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述S1中，熔炼温度为730-750℃。
6.根据权利要求4所述的高铁用高强高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述S4中，时效处理步骤如下：以100-110℃/h的速度升温至170-180℃，保温5-8h，出炉空冷至室温。
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