CN109295355B - 一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al‑Mg‑Si‑Cr铝合金及其制备方法，它涉及一种轨道交通用铝合金材料及其制备方法。本发明的目的是要解决现有铝合金材料存在耐蚀性能差和抗疲劳性能差的问题。一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al‑Mg‑Si‑Cr铝合金由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al制成。制备方法：一、配料；二、铸造得到Al‑Mg‑Si‑Cr铝合金铸锭；三、均匀化处理；四、轧制得到合金板材；五、固溶处理；六、拉伸、矫直；七、时效处理。优点：具备良好的耐腐蚀及抗疲劳性能。本发明主要用于制备轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al‑Mg‑Si‑Cr铝合金。

Description

一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种轨道交通用铝合金材料及其制备方法。
背景技术
随着轨道交通设备进入高速化时代，轨道交通车辆对所需的铝合金材料的要求有大幅度的提高。需要范围从传统的内装饰材料，转向车体用铝合金板材，要求重量轻、强度高、密封性好、搞焊接性能。同时为了实现车体轻量化及洁能减排目标，对铝合金材料的屈服强度、耐蚀性能和抗疲劳性能等提出愈来愈高的要求。而现有的铝合金材料的耐蚀性能差(耐剥落腐蚀一般在PB级以下，耐晶间腐蚀仅达到三级)，抗疲劳性能差(在115MPa、应力比为0.1条件下仅能循环105周次)的问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有铝合金材料存在耐蚀性能差和抗疲劳性能差的问题，而提供一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金及其制备方法。
一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al制成，所述轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金中Si的质量分数为0.7％～1.2％，Fe的质量分数<0.5％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.4％～0.8％，Mg的质量分数为0.5％～1.0％，Cr的质量分数为0.1％～0.25％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。
一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Si的质量分数为0.7％～1.2％，Fe的质量分数<0.5％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.4％～0.8％，Mg的质量分数为0.5％～1.0％，Cr的质量分数为0.1％～0.25％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝铬中间合金先依次经熔化、搅拌、除渣、静置和过滤，然后在温度为700℃～720℃、水压为0.05MPa～0.1MPa和浇铸速度为40～60mm/min的条件下进行浇铸，得到Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭；所述Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的厚度为420mm；
三、均匀化：对步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭进行均匀化处理，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭，然后将合金均匀化铸锭铣面至厚度为380mm～400mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块在温度为440℃～460℃下保温不低于6h，然后控制终轧温度不低于340℃，轧制成厚度为4mm～20mm的板材，得到合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、拉伸、矫直：将步骤五得到的固溶合金板材进行拉伸和矫直处理，预拉伸量<2％，得到矫直合金板材；
七、时效：将步骤六得到的矫直合金板材停放24h后，进行人工时效处理，得到轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材。
本发明优点：一、本发明一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金与常规Al-Mg-Si合金相比，合理优化添加Cr元素的含量，起到细化晶粒、抑制再结晶及固溶强化等作用，在保证板材强度的同时，具备良好的耐腐蚀及抗疲劳性能，能够满足轨道交通领域车辆蒙皮、装饰板等设计选材的需求。二、本发明一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的Si的质量分数为0.7％～1.2％，Mg的质量分数为0.5％～1.0％，保证Mg/Si<1.73，在保证Mg/Si<1.73情况下，相对提高Mg元素含量可提高板材的强度。三、本发明制备的一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的抗拉强度315MPa～340MPa，屈服强度为265MPa～290MPa，延伸率为13％～16％，耐剥落腐蚀在PB级以上，耐晶间腐蚀卡达到1～2级，在115MPa、应力比为0.1条件下循环107周次，因此该铝合金满足用户提出的铝合金板材强度、耐腐蚀及抗疲劳性能等新标准要求，广泛应用于轨道交通领域车辆蒙皮及装饰板等。
附图说明
图1为实施例1步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的微观组织照片；
图2为实施例1步骤三得到的合金均匀化铸锭的微观组织照片；
图3为实施例1制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材厚度中心位置微观组织照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金，它由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al制成，所述轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金中Si的质量分数为0.7％～1.2％，Fe的质量分数<0.5％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.4％～0.8％，Mg的质量分数为0.5％～1.0％，Cr的质量分数为0.1％～0.25％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金中Si的质量分数为0.8％，Fe的质量分数<0.3％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.6％，Mg的质量分数为0.7％，Cr的质量分数为0.15％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式是一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Si的质量分数为0.7％～1.2％，Fe的质量分数<0.5％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.4％～0.8％，Mg的质量分数为0.5％～1.0％，Cr的质量分数为0.1％～0.25％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝铬中间合金先依次经熔化、搅拌、除渣、静置和过滤，然后在温度为700℃～720℃、水压为0.05MPa～0.1MPa和浇铸速度为40～60mm/min的条件下进行浇铸，得到Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭；所述Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的厚度为420mm；
三、均匀化：对步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭进行均匀化处理，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭，然后将合金均匀化铸锭铣面至厚度为380mm～400mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块在温度为440℃～460℃下保温不低于6h，然后控制终轧温度不低于340℃，轧制成厚度为4mm～20mm的板材，得到合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、拉伸、矫直：将步骤五得到的固溶合金板材进行拉伸和矫直处理，预拉伸量<2％，得到矫直合金板材；
七、时效：将步骤六得到的矫直合金板材停放24h后，进行人工时效处理，得到轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤一按照Si的质量分数为0.8％，Fe的质量分数<0.3％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.6％，Mg的质量分数为0.7％，Cr的质量分数为0.15％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四之一不同点是：步骤三中将步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭在温度为530℃～550℃的条件下保温24h～32h，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭。其他与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同点是：步骤五中所述的固溶处理参数：固溶处理的温度为540℃～560℃，固溶处理加热时间为30min～40min，固溶处理保温时间为15min～25min。其他与具体实施方式三至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同点是：步骤七中所述的时效处理参数：时效处理温度为160℃～170℃，时效处理保温时间为6h～10h，其他与具体实施方式三至六相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Si的质量分数为0.8％，Fe的质量分数<0.3％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.6％，Mg的质量分数为0.7％，Cr的质量分数为0.15％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝铬中间合金先依次经熔化、搅拌、除渣、静置和过滤，然后在温度为710℃、水压为0.08MPa和浇铸速度为50mm/min的条件下进行浇铸，得到Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭；所述Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的厚度为420mm，宽度为1320mm，长度为4500mm；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭在温度为550℃的条件下保温24h，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭，然后将合金均匀化铸锭铣面至厚度为390mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块在温度为450℃下保温8h，然后控制终轧温度不低于340℃，轧制成厚度为4mm的板材，得到合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；固溶处理参数：固溶处理的温度为540℃，固溶处理加热时间为40min，固溶处理保温时间为25min；
六、拉伸、矫直：将步骤五得到的固溶合金板材进行拉伸和矫直处理，预拉伸量<2％，得到矫直合金板材；
七、时效：将步骤六得到的矫直合金板材停放24h后，进行人工时效处理，时效处理参数：时效处理温度为170℃，时效处理保温时间为6h，得到轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材。
对实施例1制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材进行检测，可知实施例1制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材的抗拉强度320MPa～340MPa，屈服强度为270MPa～290MPa，延伸率为14％～16％，耐剥落腐蚀在PB级以上，耐晶间腐蚀卡达到1～2级，在115MPa、应力比为0.1条件下循环107周次。
对实施例1步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭进行微观组织观察，如图1所示，图1为实施例1步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的微观组织照片，通过图1可观察到合金的铸态组织中含有不规则的黑色Mg2Si相、网状的白亮的Al(FeMn)Si相、极少的AlCuMgSi相(D)和极少量的AlMn相。
对实施例1步骤三得到的合金均匀化铸锭进行微观组织观察，如图2所示，图2为实施例1步骤三得到的合金均匀化铸锭的微观组织照片，通过图2可观察到合金中黑色Mg2Si相基本全部回溶到基体中，白亮的Al(FeMn)Si相出现一定程度的球化和不连续现象，利于于后续轧制及Mg2Si相在时效后弥散析出起到强化作用。
对实施例1制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材进行微观组织观察，如图3所示，图3为实施例1制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材厚度中心位置微观组织照片，通过图3可观察到板材芯部组织呈纤维状，Cr元素有显著的抑制再结晶作用，可提高板材的再结晶温度，在保证板材的强度的前提下，改善塑性。
实施例2：一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Si的质量分数为0.8％，Fe的质量分数<0.3％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.6％，Mg的质量分数为0.7％，Cr的质量分数为0.15％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝铬中间合金先依次经熔化、搅拌、除渣、静置和过滤，然后在温度为710℃、水压为0.08MPa和浇铸速度为50mm/min的条件下进行浇铸，得到Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭；所述Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的厚度为420mm，宽度为1320mm，长度为4500mm；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭在温度为550℃的条件下保温24h，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭，然后将合金均匀化铸锭铣面至厚度为400mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块在温度为450℃下保温8h，然后控制终轧温度不低于340℃，轧制成厚度为12mm的板材，得到合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；固溶处理参数：固溶处理的温度为560℃，固溶处理加热时间为30min，固溶处理保温时间为15min；
六、拉伸、矫直：将步骤五得到的固溶合金板材进行拉伸和矫直处理，预拉伸量<2％，得到矫直合金板材；
七、时效：将步骤六得到的矫直合金板材停放24h后，进行人工时效处理，时效处理参数：时效处理温度为160℃，时效处理保温时间为10h，得到轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材。
对实施例2制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材进行检测，可知实施例2制备的轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材的抗拉强度315MPa～335MPa，屈服强度为265MPa～285MPa，延伸率为13％～15％，耐剥落腐蚀在PB级以上，耐晶间腐蚀卡达到1～2级，在115MPa、应力比为0.1条件下循环107周次。

Claims (2)

1.一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Si的质量分数为0.8％，Fe的质量分数<0.3％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.6％，Mg的质量分数为0.7％，Cr的质量分数为0.15％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝铬中间合金先依次经熔化、搅拌、除渣、静置和过滤，然后在温度为710℃、水压为0.08MPa和浇铸速度为50mm/min的条件下进行浇铸，得到Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭；所述Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的厚度为420mm，宽度为1320mm，长度为4500mm；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭在温度为550℃的条件下保温24h，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭，然后将合金均匀化铸锭铣面至厚度为390mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块在温度为450℃下保温8h，然后控制终轧温度不低于340℃，轧制成厚度为4mm的板材，得到合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；固溶处理参数：固溶处理的温度为540℃，固溶处理加热时间为40min，固溶处理保温时间为25min；
六、拉伸、矫直：将步骤五得到的固溶合金板材进行拉伸和矫直处理，预拉伸量<2％，得到矫直合金板材；
七、时效：将步骤六得到的矫直合金板材停放24h后，进行人工时效处理，时效处理参数：时效处理温度为170℃，时效处理保温时间为6h，得到轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材。
2.一种轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Si的质量分数为0.8％，Fe的质量分数<0.3％，Cu的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为0.6％，Mg的质量分数为0.7％，Cr的质量分数为0.15％，Zn的质量分数<0.2％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝铬中间合金先依次经熔化、搅拌、除渣、静置和过滤，然后在温度为710℃、水压为0.08MPa和浇铸速度为50mm/min的条件下进行浇铸，得到Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭；所述Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭的厚度为420mm，宽度为1320mm，长度为4500mm；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Mg-Si-Cr铝合金铸锭在温度为550℃的条件下保温24h，出炉空冷至室温，得到合金均匀化铸锭，然后将合金均匀化铸锭铣面至厚度为400mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块在温度为450℃下保温8h，然后控制终轧温度不低于340℃，轧制成厚度为12mm的板材，得到合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；固溶处理参数：固溶处理的温度为560℃，固溶处理加热时间为30min，固溶处理保温时间为15min；
六、拉伸、矫直：将步骤五得到的固溶合金板材进行拉伸和矫直处理，预拉伸量<2％，得到矫直合金板材；
七、时效：将步骤六得到的矫直合金板材停放24h后，进行人工时效处理，时效处理参数：时效处理温度为160℃，时效处理保温时间为10h，得到轨道交通用抗疲劳及耐腐蚀Al-Mg-Si-Cr铝合金板材。
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