CN112453095B - 一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金挤压领域，涉及一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，铝合金原料成分为：Si：0.65～0.70％、Fe≤0.25％、Cu：0.11～0.16％、Mn：0.20～0.30％、Mg：0.50～0.60％、Ti≤0.05％、Cr：0.15～0.20％、Zn≤0.10％、余量Al，单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，通过调整成分，优化模具结构，采用短尺寸铸锭，调整挤压工艺与淬火，达到了自由端粗晶控制要求，提高成品率。

Description

一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺
技术领域
本发明属于铝合金挤压领域，涉及一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺。
背景技术
轨道交通用地板、侧墙或空调平顶等型材因焊接需要存在对称自由端或孤立自由端，生产时采用6005A合金进行挤压，在挤压过程中自由端位置受摩擦作用，在高温下发生动态再结晶，晶粒长大，造成自由端大幅度粗晶层；再者自由端位置模具结构阻碍金属流动，造成金属储能过大，粗晶层长大明显，孤立自由端更加严重，造成自由端位置粗晶层不能达到客户要求，废品率较高。
根据实际生产，调整粗晶抑制合金元素，优化模具结构，增大自由端位置的金属流动性，优化挤压工艺，控制淬火，保证力学性能的前提下，能够抑制自由端位置粗晶层厚度，使2-4mm壁厚自由端粗晶层厚度控制在1/2壁厚以内，达到客户要求。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有壁厚2-4mm的轨道用型材，存在对称或孤立自由端型材，造成自由端位置粗晶层不能达到客户要求，废品率较高的问题，提供一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，通过调整成分，优化模具结构，采用短尺寸铸锭，调整挤压工艺与淬火，达到了自由端粗晶控制要求，提高成品率。
为达到上述目的，本发明提供一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，包括如下步骤：
A、配料：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.65～0.70％、Fe≤0.25％、Cu：0.11～0.16％、Mn：0.20～0.30％、Mg：0.50～0.60％、Ti≤0.05％、Cr：0.15～0.20％、Zn≤0.10％、余量Al，单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为长度800～1200mm铝合金铸棒并进行表面车皮；
C、挤压：将熔铸后的铝合金铸棒经过预加热后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金型材，其中挤压模具加热温度为480～510℃，铝合金铸棒温度控制在470～490℃，挤压机的挤压速度为1.0～2.5m/min；
D、固溶淬火：将挤压机挤出后的铝合金型材进行淬火，淬火中的冷却方式为风冷，缩短风机到挤压机出口距离，挤压机出口加挡风板，挤压后铝合金型材进淬火区温度420～480℃，出淬火区后温度≤120℃；
E、拉伸矫直：将固溶淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸变形率为0.5～1.5％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、时效：将定尺锯切后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为170～190℃，时效时间为7～9h。
进一步，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
进一步，步骤C中挤压模具自由端设置促流角。
进一步，步骤D淬火过程中严格控制上下风机距离铝合金型材表面的高度，上风机距铝合金型材表面高度≤420mm，下风机距铝合金型材表面高度≤320mm，淬火区域长度控制在15m以内。
进一步，步骤D固溶淬火冷却速度为40～45℃/s。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，由于铝合金型材自由端对应的的模具位置在挤压时铝材应变更集中，导致自由端的粗晶层很难控制，因此对铝合金型材制备工艺进行了如下改进：(1)合金成分进行了调整，在国标范围内，增加Cr、Mn含量，0.2≤Mn≤0.3％，Mn能够更好地阻止铝合金再结晶的过程，提高再结晶温度，并且能够细化再结晶晶粒；0.15≤Cr≤0.20％，Cr能够更好的阻碍再结晶的形核与长大过程，改善合金韧性并且降低应力腐蚀开裂敏感性，二者结合可有效抑制Mg2Si相在晶界析出，延缓再结晶的发生，有效阻止晶粒长大。(2)铸锭长度进行了限制，采用长度800～1200mm铸锭较短铸锭，减小挤压时的突破压力，从而减小铝材在变形时的变形储能，降低再结晶驱动力，晶粒长大速度减慢，有利降低粗晶层厚度。(3)铝合金铸锭在挤压时，在保证力学性能的前提下，采用低温低速的生产工艺，可有效降低粗晶层厚度。低温减少晶界迁移速度，低速降低挤压时应变速度，抑制晶界移动的驱动力，从而降低粗晶层的厚度。(4)挤压过程中还缩短淬火风机至出口距离，使型材刚出模具便能进在线淬火区，减少型材高温停留时间，防止静态再结晶晶粒长大。通过以上4个措施，可有效降低铝合金型材自由端粗晶层厚度，达到客户要求。
2、本发明所公开的降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，在保证力学能的前提下，自由端位置粗晶层得到有效控制，可使将厚度为2～4mm，0～2.5cm长的孤立自由端控制在壁厚1/2以内，生产过程更加稳定，成品率大大提高。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，包括如下步骤：
A、配料：铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Ti Cr Zn 杂质 Al
含量 0.65 0.25 0.11 0.20 0.50 0.05 0.15 0.10 0.10 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为长度800mm铝合金铸棒并进行表面车皮；
C、挤压：将熔铸后的铝合金铸棒经过预加热后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金型材，其中挤压模具自由端设置促流角，挤压模具加热温度为480～510℃，铝合金铸棒温度控制在470～490℃，挤压机的挤压速度为1.0～2.5m/min；
D、固溶淬火：将挤压机挤出后的铝合金型材进行淬火，淬火中的冷却方式为风冷，缩短风机到挤压机出口距离，挤压机出口加挡风板，挤压后铝合金型材进淬火区温度420～480℃，出淬火区后温度≤120℃；
E、拉伸矫直：将固溶淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸变形率为0.5～1.5％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、时效：将定尺锯切后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为170℃，时效时间为9h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Ti Cr Zn 杂质 Al
含量 0.70 0.25 0.16 0.30 0.60 0.05 0.20 0.10 0.10 余量
步骤F将定尺锯切后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为190℃，时效时间为7h。
对比例
对比例与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Ti Cr Zn 杂质 Al
含量 0.70 0.25 0.16 0.10 0.60 0.05 0.10 0.10 0.10 余量
步骤B将液态铝合金熔铸为长度2000mm铝合金铸棒并进行表面车皮。
步骤C挤压机的挤压速度为10～15m/min。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、配料：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0 .65～0 .70％、Fe≤0 .25％、Cu：0 .11～0 .16％、Mn：0 .20～0 .30％、Mg：0 .50～0 .60％、Ti≤0 .05％、Cr：0 .15～0.20％、Zn≤0 .10％，单个杂质≤0 .05％，杂质合计≤0 .15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为长度800～1200mm铝合金铸棒并进行表面车皮；
C、挤压：将熔铸后的铝合金铸棒经过预加热后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金型材，其中挤压模具加热温度为480～510℃，铝合金铸棒温度控制在470～490℃，挤压机的挤压速度为1 .0～2 .5m/min；
D、固溶淬火：将挤压机挤出后的铝合金型材进行淬火，淬火中的冷却方式为风冷，缩短风机到挤压机出口距离，挤压机出口加挡风板，挤压后铝合金型材进淬火区温度420～480℃，出淬火区后温度≤120℃，淬火过程中严格控制上下风机距离铝合金型材表面的高度，上风机距铝合金型材表面高度≤420mm，下风机距铝合金型材表面高度≤320mm，淬火区域长度控制在15m以内；
E、拉伸矫直：将固溶淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸变形率为0.5～1 .5％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、时效：将定尺锯切后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为170～190℃，时效时间为7～9h。
2.如权利要求1所述降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，其特征在于，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒。
3.如权利要求2所述降低轨道用型材自由端粗晶层的工艺，其特征在于，步骤C中挤压模具自由端设置促流角。
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