CN112813321A - 一种轨道交通用高强韧铝型材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分包括：Zn、Mg、Cu、Mn、Cr、Ti、Zr、Bi、B、Gd、Sc、Ho、Y、V、余量为Al；铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸、均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s；CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为155‑180℃，时间为10‑22h，第二级时效处理的温度为200‑230℃，时间为5‑15min，第三级时效处理的温度为90‑120℃，时间为5‑15h；第四级时效处理的温度为160‑170℃，时间为3‑5h。

Description

一种轨道交通用高强韧铝型材
技术领域
本发明涉及铝型材技术领域，尤其涉及一种轨道交通用高强韧铝型材。
背景技术
城市轨道交通系统是指在城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统。车辆材料的轻量化，耐腐蚀性能要求优于一般车体材料，铝合金材料具有密度小、强度高、耐腐蚀性好、挤压成型和焊接性能良好、表面容易加工涂装等优点，目前已被广泛用于轨道交通领域。但是现有的铝合金材料其强韧性和耐腐蚀性仍不是很理想，导致其产品均匀性和稳定性差，限制了其在轨道交通领域中的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种轨道交通用高强韧铝型材，其强韧性好，耐腐蚀性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5-5.8％、Mg：1.8-2.2％、Cu：0.5-1.5％、Mn：0.27-0.33％、Cr：0.21-0.27％、Ti：0.1-0.15％、Zr：0.18-0.24％、Bi：0.3-1％、B：0.01-0.02％、Gd：0.11-0.21％、Sc：0.12-0.19％、Ho：0.3-0.37％、Y：0.05-0.13％、V：0.01-0.05％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s；其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为155-180℃，时间为10-22h，第二级时效处理的温度为200-230℃，时间为5-15min，第三级时效处理的温度为90-120℃，时间为5-15h；第四级时效处理的温度为160-170℃，时间为3-5h。
优选地，其成分中，Zn、Mg、Cu的质量百分数满足以下关系式：2.7％≤Mg+Cu≤3.4％，Zn/Mg＝2.5-3。
优选地，其成分中，Cr、Zr、Ti的质量百分数满足以下关系式：0.55％≤Cr+Zr+Ti≤0.62％。
优选地，所述熔铸的温度为705-715℃。
优选地，所述均匀化的过程包括：在465-475℃下保温处理8-11h。
优选地，所述轧制的温度为470-490℃。
优选地，所述固溶的温度为470-490℃，时间为2-3h。
优选地，在时效处理过程中，温度变化的速率为6-9℃/min。
本发明所述轨道交通用高强韧铝型材，其成分中具体加入了Zn、Mg、Cu、Mn、Cr、Ti、Zr、Bi、B、Gd、Sc、Ho、Y、V，并优化了各成分的含量，配合特定的制备方法，使所得铝型材强韧性好，耐腐蚀性能优异，能满足轨道交通铝型材的使用要求，且寿命长；Ho加入体系中，与Sc、Zr配合，析出细小弥散的Al3Ho、Al3(Sc，Zr)等强化相，细化铸态组织，同时形成亚结构组织，改善了铝型材的抗拉强度和屈服强度；Gd加入体系中，控制其含量具体为0.11-0.21％，使铸态组织中基体晶粒细化，提高了型材的强度和伸长率，改善了型材的性能；添加适量的Cr、Zr和Ti进行合金化处理，并使质量百分数满足以下关系式：0.55％≤Cr+Zr+Ti≤0.62％，使各成分协同作用，配合时效处理工艺，增加晶内析出η′相的同时析出纳米弥散相Al3(Zr，Ti)、Al12Mg2Cr和Al18Mg3Cr2，同时能抑制再结晶，保持断裂韧性同时提高强度；控制Zn/Mg的比值具体为2.5-3，且优化Cu、Mg含量满足关系式2.7％≤Mg+Cu≤3.4％，提高材料的韧性和抗应力腐蚀性能；在制备方法中，采用了特定的四级时效处理，并配合特殊的淬火冷却速度，使合金晶粒细化明显，晶界析出相呈粗大且连续分布，提高了合金的断裂韧性，同时晶粒析出相呈细小弥散分布，赋予铝型材优异的强度和断裂韧性。
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
本发明提出的一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5％、Mg：1.8％、Cu：1.5％、Mn：0.27％、Cr：0.27％、Ti：0.1％、Zr：0.24％、Bi：0.3％、B：0.02％、Gd：0.11％、Sc：0.12％、Ho：0.33％、Y：0.13％、V：0.01％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s，其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；即10000×0.24％+15000×0.12％+15℃/s＝57℃/s；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为155℃，时间为22h，第二级时效处理的温度为200℃，时间为15min，第三级时效处理的温度为90℃，时间为15h；第四级时效处理的温度为168℃，时间为3h。
实施例2
本发明提出的一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5.8％、Mg：2.2％、Cu：0.5％、Mn：0.33％、Cr：0.22％、Ti：0.15％、Zr：0.18％、Bi：1％、B：0.01％、Gd：0.21％、Sc：0.18％、Ho：0.37％、Y：0.05％、V：0.05％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s＝10000×0.18％+15000×0.18％+15℃/s＝60℃/s；其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为180℃，时间为10h，第二级时效处理的温度为230℃，时间为5min，第三级时效处理的温度为120℃，时间为5h；第四级时效处理的温度为170℃，时间为5h；
所述熔铸的温度为715℃；
所述均匀化的过程包括：在465℃下保温处理11h；
所述轧制的温度为470℃；
所述固溶的温度为490℃，时间为2h；
在时效处理过程中，从室温至180℃，从180℃至230℃、从230℃至120℃以及从120℃至170℃的过程中，温度变化的速率为9℃/min。
实施例3
本发明提出的一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5.5％、Mg：1.9％、Cu：1.2％、Mn：0.28％、Cr：0.26％、Ti：0.12％、Zr：0.22％、Bi：0.38％、B：0.018％、Gd：0.13％、Sc：0.19％、Ho：0.3％、Y：0.07％、V：0.04％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s＝10000×0.22％+15000×0.19％+15℃/s＝65.5℃/s；其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为170℃，时间为13h，第二级时效处理的温度为210℃，时间为8min，第三级时效处理的温度为110℃，时间为7h；第四级时效处理的温度为160℃，时间为5h；
所述熔铸的温度为705℃；
所述均匀化的过程包括：在475℃下保温处理8h；
所述轧制的温度为490℃；
所述固溶的温度为470℃，时间为3h；
在时效处理过程中，温度变化的速率为6℃/min。
实施例4
本发明提出的一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5.4％、Mg：1.8％、Cu：1.5％、Mn：0.32％、Cr：0.27％、Ti：0.14％、Zr：0.21％、Bi：0.7％、B：0.017％、Gd：0.17％、Sc：0.14％、Ho：0.33％、Y：0.11％、V：0.02％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s＝10000×0.21％+15000×0.14％+15℃/s＝57℃/s；其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为160℃，时间为21h，第二级时效处理的温度为205℃，时间为12min，第三级时效处理的温度为95℃，时间为13h；第四级时效处理的温度为163℃，时间为3.5h；
所述熔铸的温度为710℃；
所述均匀化的过程包括：在468℃下保温处理9h；
所述轧制的温度为478℃；
所述固溶的温度为485℃，时间为2.5h；
在时效处理过程中，温度变化的速率为7℃/min。
实施例5
本发明提出的一种轨道交通用高强韧铝型材，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5.2％、Mg：1.9％、Cu：1％、Mn：0.3％、Cr：0.25％、Ti：0.11％、Zr：0.23％、Bi：0.85％、B：0.014％、Gd：0.16％、Sc：0.16％、Ho：0.35％、Y：0.1％、V：0.02％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s＝10000×0.23％+15000×0.16％+15℃/s＝62℃/s；其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为172℃，时间为18h，第二级时效处理的温度为208℃，时间为9min，第三级时效处理的温度为115℃，时间为12h；第四级时效处理的温度为165℃，时间为4h；
所述熔铸的温度为709℃；
所述均匀化的过程包括：在472℃下保温处理10h；
所述轧制的温度为480℃；
所述固溶的温度为470℃，时间为2h；
在时效处理过程中，温度变化的速率为8℃/min。
对本发明实施例1-5中的铝型材进行性能检测，其室温拉伸性能按照GB/T228-2002标准进行，拉伸速度2mm/min；剥落腐蚀浸泡试验按照GB/T22639-2008进行；慢应变速率应力腐蚀试验按照GB/T15970.7-2000标准进行，初始应变速率为10-6S-1，介质分别为空气和3.5％NaCl水溶液；经测试可知，抗拉强度≥423MPa，伸长率≥25％；剥落腐蚀性能EA级及以上；慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数＜1.2％；电导率≥40.9％IACS。
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 (8)

1.一种轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，其化学成分按质量百分数包括：Zn：5-5.8％、Mg：1.8-2.2％、Cu：0.5-1.5％、Mn：0.27-0.33％、Cr：0.21-0.27％、Ti：0.1-0.15％、Zr：0.18-0.24％、Bi：0.3-1％、B：0.01-0.02％、Gd：0.11-0.21％、Sc：0.12-0.19％、Ho：0.3-0.37％、Y：0.05-0.13％、V：0.01-0.05％、余量为Al；
所述轨道交通用高强韧铝型材的制备方法包括：将原料进行熔铸，然后进行均匀化、轧制、固溶、淬火和时效处理；
其中，所述淬火的冷却速度为10000×CZr+15000×CSc+15℃/s；其中，CZr、CSc分别为Zr、Sc的质量百分数；
所述时效处理为四级时效处理；第一级时效处理的温度为155-180℃，时间为10-22h，第二级时效处理的温度为200-230℃，时间为5-15min，第三级时效处理的温度为90-120℃，时间为5-15h；第四级时效处理的温度为160-170℃，时间为3-5h。
2.根据权利要求1所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，其成分中，Zn、Mg、Cu的质量百分数满足以下关系式：2.7％≤Mg+Cu≤3.4％，Zn/Mg＝2.5-3。
3.根据权利要求1或2所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，其成分中，Cr、Zr、Ti的质量百分数满足以下关系式：0.55％≤Cr+Zr+Ti≤0.62％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，所述熔铸的温度为705-715℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，所述均匀化的过程包括：在465-475℃下保温处理8-11h。
6.根据权利要求1-5中任一项所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，所述轧制的温度为470-490℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，所述固溶的温度为470-490℃，时间为2-3h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述轨道交通用高强韧铝型材，其特征在于，在时效处理过程中，温度变化的速率为6-9℃/min。
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