CN110453120A - 一种轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺 - Google Patents

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李�杰
王超
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Abstract

本发明公开了一种轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺，属于铝型材制备领域，一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.1～0.2％、Mn0.2～0.4％、Mg1～2％、Cr0.1～0.3％、Zn4～6％、Zr0.1～0.2％、Ti0.05～0.1％、Fe0.1～0.3％、Si0.35～0.5、V0.06～0.1％、Yb0.06～0.1％、Ce0.04～0.08％、Li0.08～0.12％、余量的铝及不可避免的杂质。该轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺以调整型材主要成分设计方向为突破口，增加高固溶度元素含量，降低低固溶度元素，消除恶化综合性能的残余结晶相，合理控制Si、Fe、Cu、Mn四者的含量，细化晶粒，改善晶粒分布，有效的提高高铁铝型材的抗断裂韧性和应力腐蚀敏感性能，提高强度、冲击韧性。

Description

一种轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及铝型材制备技术领域，具体为一种轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺。
背景技术
高强韧耐蚀铝合金，具有高强度、低重量、耐腐蚀、加工性能好等优点，是实现高铁等轨道交通的轻量化和性能提升的关键结构材料，目前正在向高性能、大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，对铝合金结构件的结构、力学性能、组织性能等的技术要求日益苛刻。
目前市场上高铁等轨道交通铝型材，还普遍存在断裂韧性不足和应力腐蚀敏感性较大的问题，主要原因是高合金化导致强度与韧性之间存在较大的制约关系，高密℃的析出强化相在晶界聚集容易引发应力腐蚀等同时，高强铝合金在变形中的流动行为复杂，体积分布不易控制，金属不均匀变形程度严重。
发明内容
（一）解决的技术问题
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺，解决了目前市场上高铁等轨道交通铝型材，还普遍存在断裂韧性不足和应力腐蚀敏感性较大的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.1～0.2％、Mn0.2～0.4％、Mg1～2％、Cr0.1～0.3％、Zn4～6％、Zr0.1～0.2％、Ti0.05～0.1％、Fe0.1～0.3％、Si0.35～0.5、V0.06～0.1％、Yb0.06～0.1％、Ce0.04～0.08％、Li0.08～0.12％、余量的铝及不可避免的杂质。
优选的，一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.1％、Mn0.2％、Mg1％、Cr0.1％、Zn4％、Zr0.1％、Ti0.05％、Fe0.1％、Si0.35％、V0.06％、Yb0.06％、Ce0.04％、Li0.08％、余量的铝及不可避免的杂质。
优选的，一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.15％、Mn0.3％、Mg0.15％、Cr0.2％、Zn0.5％、Zr0.15％、Ti0.075％、Fe0.2％、Si0.4％、V0.08％、Yb0.08％、Ce0.06％、Li0.1％、余量的铝及不可避免的杂质。
优选的，一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.2％、Mn0.4％、Mg2％、Cr0.3％、Zn6.0％、Zr0.2％、Ti0.1％、Fe0.3％、Si0.5％、V0.1％、Yb0.1％、Ce0.08％、Li0.12％、余量的铝及不可避免的杂质。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，包括以下步骤：
1）先取Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Zr、Ti、Fe、Si、V、Yb、Ce、Li，余量的铝及不可避免的杂质混合后放入熔炼炉中，进行熔炼、浇铸处理，熔炼温度为860℃，浇铸温度为820℃，收集铝合金锭，备用；
2）取步骤1）中留作备用的铝合金锭，实施均质化热处理，在500℃以下且600℃以上的低温下保持1～3h后，以200℃/h以上的速度加热到600℃以上的均质化温度，接着以800℃以上的温度进行均热处理，收集铝合金锭，备用；
3）将挤压模具预热到410～430℃，模筒预热到350～370℃，将步骤2）中得到的铝合金锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，在挤压压力为130～140N/mm2、转速为7～9r/min、模具入口圆角r为0.4～0.5mm下进行挤压，得到的铝合金基材；
4）将步骤3）中得到的铝合金基材，依次实施双级固溶处理和双极时效处理；
5）将步骤4）处理后的的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，最后进行阳极氧化表面处理，即可得到轻量超薄壁高铁铝型材。
优选的，所述双极固溶处理是在先进行580℃/24h一级固溶处理，再进行640℃/24h二级固溶处理。
优选的，所述双极时效处理的第一时效是在80～100℃保温8～12h，然后存放在冷却介质中直到第二时效处理，第二时效是在160～200℃保温14～24h。
优选的，所述阳极氧化表面处理详细步骤为：
首先将铝合金基材放入到脱脂液中在30～40℃温度下浸泡4～6min后，用清水冲洗干净，接着将脱脂后的铝合金基材在酸洗液中浸泡3～6min时间,酸洗液温度为常温，再用清水冲洗干净，接着将酸洗后的铝合金基材在钝化液中浸泡1～3min，钝化液温度为30～40℃，再用清水冲洗干净，最后将钝化后的铝合金基材放入烘干箱中进行烘干处理。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺，具备以下有益效果：
（1）该轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺，以调整型材主要成分设计方向为突破口，增加高固溶度元素含量，降低低固溶度元素，消除恶化综合性能的残余结晶相，合理控制Si、Fe、Cu、Mn四者的含量，细化晶粒，改善晶粒分布，有效的提高高铁铝型材的抗断裂韧性和应力腐蚀敏感性能，提高强度、冲击韧性，使其抗拉强度提高10%，达到≥350MPa；规定非比例伸长强度≥330MPa；断后伸长率≥13.5%。
（2）采用阳极氧化表面处理经脱脂、酸蚀和钝化，解决残余在铝基材料表面的油污、自然氧化膜，获得良好的活性表面，使其表面生长成一层致密的、结合牢固15～20μm厚度膜层。
（3）采用机械喷砂法，高速砂流冲击，消除挤压态型材表面缺陷和挤压条纹，提高了抗疲劳性，增加了它和阳极氧化涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性提高铝型材抗腐蚀性。
（4）通过双级时效处理工艺，对均匀化处理后的型材进行了热挤压，强度提高53MPa，通过添加的Yb、Ce等和Sc、Zr相互作用、可促进细小弥散分布离子的形成和提高粒子的均匀分布，有效的提高合金强度以及断裂韧性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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做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。
实施例一：
一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.1％、Mn0.2％、Mg1％、Cr0.1％、Zn4％、Zr0.1％、Ti0.05％、Fe0.1％、Si0.35％、V0.06％、Yb0.06％、Ce0.04％、Li0.08％、余量的铝及不可避免的杂质。
一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，包括以下步骤：
1）先取Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Zr、Ti、Fe、Si、V、Yb、Ce、Li，余量的铝及不可避免的杂质混合后放入熔炼炉中，进行熔炼、浇铸处理，熔炼温度为860℃，浇铸温度为820℃，收集铝合金锭，备用；
2）取步骤1）中留作备用的铝合金锭，实施均质化热处理，在500℃以下且600℃以上的低温下保持1h后，以200℃/h以上的速度加热到600℃以上的均质化温度，接着以800℃以上的温度进行均热处理，收集铝合金锭，备用；
3）将挤压模具预热到410℃，模筒预热到350℃，将步骤2）中得到的铝合金锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，在挤压压力为130N/mm2、转速为7r/min、模具入口圆角r为0.4mm下进行挤压，得到的铝合金基材；
4）取步骤3）中得到的铝合金基材，依次实施双级固溶处理和双极时效处理；
5）将步骤4）处理后的的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，最后进行阳极氧化表面处理，即可得到轻量超薄壁高铁铝型材。
进一步的，双极固溶处理是在先进行580℃/24h一级固溶处理，再进行640℃/24h二级固溶处理。
进一步的，双极时效处理的第一时效是在80℃保温8h，然后存放在冷却介质中直到第二时效处理，第二时效是在160℃保温14h。
进一步的，阳极氧化表面处理详细步骤为：
首先将铝合金基材放入到脱脂液中在30℃温度下浸泡4min后，用清水冲洗干净，接着将脱脂后的铝合金基材在酸洗液中浸泡3min时间,酸洗液温度为常温，再用清水冲洗干净，接着将酸洗后的铝合金基材在钝化液中浸泡1min，钝化液温度为30℃，再用清水冲洗干净，最后将钝化后的铝合金基材放入烘干箱中进行烘干处理。
实施例二：
一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.15％、Mn0.3％、Mg0.15％、Cr0.2％、Zn0.5％、Zr0.15％、Ti0.075％、Fe0.2％、Si0.4％、V0.08％、Yb0.08％、Ce0.06％、Li0.1％、余量的铝及不可避免的杂质。
一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，包括以下步骤：
1）先取Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Zr、Ti、Fe、Si、V、Yb、Ce、Li，余量的铝及不可避免的杂质混合后放入熔炼炉中，进行熔炼、浇铸处理，熔炼温度为860℃，浇铸温度为820℃，收集铝合金锭，备用；
2）取步骤1）中留作备用的铝合金锭，实施均质化热处理，在500℃以下且600℃以上的低温下保持2h后，以200℃/h以上的速度加热到600℃以上的均质化温度，接着以800℃以上的温度进行均热处理，收集铝合金锭，备用；
3）将挤压模具预热到420℃，模筒预热到360℃，将步骤2）中得到的铝合金锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，在挤压压力为135N/mm2、转速为8r/min、模具入口圆角r为0.45mm下进行挤压，得到的铝合金基材；
4）取步骤3）中得到的铝合金基材，依次实施双级固溶处理和双极时效处理；
5）将步骤4）处理后的的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，最后进行阳极氧化表面处理，即可得到轻量超薄壁高铁铝型材。
进一步的，双极固溶处理是在先进行580℃/24h一级固溶处理，再进行640℃/24h二级固溶处理。
进一步的，双极时效处理的第一时效是在90℃保温10h，然后存放在冷却介质中直到第二时效处理，第二时效是在180℃保温19h。
进一步的，阳极氧化表面处理详细步骤为：
首先将铝合金基材放入到脱脂液中在35℃温度下浸泡5min后，用清水冲洗干净，接着将脱脂后的铝合金基材在酸洗液中浸泡4.5min时间,酸洗液温度为常温，再用清水冲洗干净，接着将酸洗后的铝合金基材在钝化液中浸泡2min，钝化液温度为35℃，再用清水冲洗干净，最后将钝化后的铝合金基材放入烘干箱中进行烘干处理。
实施例三：
一种轻量超薄壁高铁铝型材，包含如下质量百分比的金属：Cu0.2％、Mn0.4％、Mg2％、Cr0.3％、Zn6.0％、Zr0.2％、Ti0.1％、Fe0.3％、Si0.5％、V0.1％、Yb0.1％、Ce0.08％、Li0.12％、余量的铝及不可避免的杂质。
一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，包括以下步骤：
1）先取Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Zr、Ti、Fe、Si、V、Yb、Ce、Li，余量的铝及不可避免的杂质混合后放入熔炼炉中，进行熔炼、浇铸处理，熔炼温度为860℃，浇铸温度为820℃，收集铝合金锭，备用；
2）取步骤1）中留作备用的铝合金锭，实施均质化热处理，在500℃以下且600℃以上的低温下保持3h后，以200℃/h以上的速度加热到600℃以上的均质化温度，接着以800℃以上的温度进行均热处理，收集铝合金锭，备用；
3）将挤压模具预热到430℃，模筒预热到370℃，将步骤2）中得到的铝合金锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，在挤压压力为140N/mm2、转速为9r/min、模具入口圆角r为0.5mm下进行挤压，得到的铝合金基材；
4）取步骤3）中得到的铝合金基材，依次实施双级固溶处理和双极时效处理；
5）将步骤4）处理后的的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，最后进行阳极氧化表面处理，即可得到轻量超薄壁高铁铝型材。
进一步的，双极固溶处理是在先进行580℃/24h一级固溶处理，再进行640℃/24h二级固溶处理。
进一步的，双极时效处理的第一时效是在100℃保温12h，然后存放在冷却介质中直到第二时效处理，第二时效是在200℃保温24h。
进一步的，阳极氧化表面处理详细步骤为：
首先将铝合金基材放入到脱脂液中在40℃温度下浸泡6min后，用清水冲洗干净，接着将脱脂后的铝合金基材在酸洗液中浸泡6min时间,酸洗液温度为常温，再用清水冲洗干净，接着将酸洗后的铝合金基材在钝化液中浸泡3min，钝化液温度为40℃，再用清水冲洗干净，最后将钝化后的铝合金基材放入烘干箱中进行烘干处理。
综上所述：该轻量超薄壁高铁铝型材及其制备工艺，以调整型材主要成分设计方向为突破口，增加高固溶度元素含量，降低低固溶度元素，消除恶化综合性能的残余结晶相，合理控制Si、Fe、Cu、Mn四者的含量，细化晶粒，改善晶粒分布，有效的提高高铁铝型材的抗断裂韧性和应力腐蚀敏感性能，提高强度、冲击韧性，使其抗拉强度提高10%，达到≥350MPa；规定非比例伸长强度≥330MPa；断后伸长率≥13.5%。
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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种轻量超薄壁高铁铝型材，其特征在于：包含如下质量百分比的金属：Cu0.1～0.2％、Mn0.2～0.4％、Mg1～2％、Cr0.1～0.3％、Zn4～6％、Zr0.1～0.2％、Ti0.05～0.1％、Fe0.1～0.3％、Si0.35～0.5、V0.06～0.1％、Yb0.06～0.1％、Ce0.04～0.08％、Li0.08～0.12％、余量的铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种轻量超薄壁高铁铝型材，其特征在于：包含如下质量百分比的金属：Cu0.1％、Mn0.2％、Mg1％、Cr0.1％、Zn4％、Zr0.1％、Ti0.05％、Fe0.1％、Si0.35％、V0.06％、Yb0.06％、Ce0.04％、Li0.08％、余量的铝及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种轻量超薄壁高铁铝型材，其特征在于：包含如下质量百分比的金属：Cu0.15％、Mn0.3％、Mg0.15％、Cr0.2％、Zn0.5％、Zr0.15％、Ti0.075％、Fe0.2％、Si0.4％、V0.08％、Yb0.08％、Ce0.06％、Li0.1％、余量的铝及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种轻量超薄壁高铁铝型材，其特征在于：包含如下质量百分比的金属：Cu0.2％、Mn0.4％、Mg2％、Cr0.3％、Zn6.0％、Zr0.2％、Ti0.1％、Fe0.3％、Si0.5％、V0.1％、Yb0.1％、Ce0.08％、Li0.12％、余量的铝及不可避免的杂质。
5.一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）先取Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Zr、Ti、Fe、Si、V、Yb、Ce、Li，余量的铝及不可避免的杂质混合后放入熔炼炉中，进行熔炼、浇铸处理，熔炼温度为860℃，浇铸温度为820℃，收集铝合金锭，备用；
2）取步骤1）中留作备用的铝合金锭，实施均质化热处理，在500℃以下且600℃以上的低温下保持1～3h后，以200℃/h以上的速度加热到600℃以上的均质化温度，接着以800℃以上的温度进行均热处理，收集铝合金锭，备用；
3）将挤压模具预热到410～430℃，模筒预热到350～370℃，将步骤2）中得到的铝合金锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，在挤压压力为130～140N/mm2、转速为7～9r/min、模具入口圆角r为0.4～0.5mm下进行挤压，得到的铝合金基材；
4）将步骤3）中得到的铝合金基材，依次实施双级固溶处理和双极时效处理；
5）将步骤4）处理后的的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，最后进行阳极氧化表面处理，即可得到轻量超薄壁高铁铝型材。
6.根据权利要求5所述的一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，其特征在于：所述双极固溶处理是在先进行580℃/24h一级固溶处理，再进行640℃/24h二级固溶处理。
7.根据权利要求5所述的一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，其特征在于：所述双极时效处理的第一时效是在80～100℃保温8～12h，然后存放在冷却介质中直到第二时效处理，第二时效是在160～200℃保温14～24h。
8.根据权利要求5所述的一种轻量超薄壁高铁铝型材的制备工艺，其特征在于：所述阳极氧化表面处理详细步骤为：
首先将铝合金基材放入到脱脂液中在30～40℃温度下浸泡4～6min后，用清水冲洗干净，接着将脱脂后的铝合金基材在酸洗液中浸泡3～6min时间,酸洗液温度为常温，再用清水冲洗干净，接着将酸洗后的铝合金基材在钝化液中浸泡1～3min，钝化液温度为30～40℃，再用清水冲洗干净，最后将钝化后的铝合金基材放入烘干箱中进行烘干处理。
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CN112676371A (zh) * 2021-01-07 2021-04-20 安徽鑫发铝业有限公司 一种高强韧超薄中空高铁铝型材的制备方法

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