轨道交通车体裙板用铝合金型材及其制造方法 |
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| 申请号 | CN201710691436.3 | 申请日 | 2017-08-14 | 公开(公告)号 | CN107326227A | 公开(公告)日 | 2017-11-07 |
| 申请人 | 山东南山铝业股份有限公司; 烟台南山学院; | 发明人 | 程仁策; 姜海涛; 马军星; 王岗; 赵海滨; 杨亚平; 史春丽; 阎昭辉; 张启东; | ||||
| 摘要 | 一种轨道交通车体裙板用 铝 合金 型材 及其制造方法，涉及 铝合金 型材的制备技术领域，该轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法包括以下步骤：合金熔炼、精炼处理、 铸造 成棒、铸棒锯切、均匀化 退火 、铸棒表面扒皮、铸棒加热、 挤压 、在线淬火、拉伸矫直、锯切、表面整形、人工时效，该制造方法严格控制工艺步骤中的各参数，能够批量化生产各个壁尺寸均合格、具有良好的 力 学性能，满足轨道交通车体裙板用铝合金材料强度要求；制得的轨道交通车体裙板用铝合金型材可专 门 用来生产轨道交通车体裙板，可减少不合格率的产生，提高生产效率，降低制造成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 轨道交通车体裙板用铝合金型材及其制造方法技术领域背景技术[0002] 铝合金材料具有密度低、耐腐蚀性好、强度高和易加工等特点，在轨道车辆铝合金车体生产中获得了广泛应用。轨道交通车体裙板主要由铝合金挤压型材焊接组成，满足强度的同时保证了重量轻及美观性的需求。现有的轨道交通车体裙板形状比较复杂，中空、壁薄且长(长度约2m)。 [0003] 现有技术中，制造轨道交通车体裙板用铝合金型材挤压工艺的各个环节控制范围比较宽，热处理环节控制难度大，制得的铝合金型材在热处理过程中易产生扭曲、变形等缺陷，对裙板尺寸及力学性能影响较大，无法保证制得的铝合金型材的各个壁尺寸合格，导致由该铝合金型材制造的轨道交通车体裙板均匀性和稳定性差，挤压过程变形量大、尺寸不易控制，各项力学性能无法满足要求。另外，采用现有的铝合金型材加工轨道交通车体裙板会产生较多的废品，直接导致生产效率低、生产能耗高。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法，能够批量化生产各个壁尺寸均合格、具有良好的力学性能的轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0005] 本发明的另一目的在于提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，其各个壁尺寸均合格、且具有良好的力学性能，可专门用来生产轨道交通车体裙板，生产效率高、能耗低。 [0006] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。 [0007] 一种轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法，其包括以下步骤： [0008] 将合金原料依次经过熔炼、精炼，并铸造成铸棒； [0009] 将铸棒锯切成长度为500-1000mm的挤压铸棒，然后进行均匀化处理：以升温速率37-43℃/min升温至547℃-553℃，保温7-9h，冷却； [0010] 将均匀化处理后的挤压铸棒进行表面扒皮、加热，对挤压铸棒加热温度控制在495℃-525℃，对挤压铸棒头尾温度梯度控制在10℃-20℃； [0011] 采用预加热的挤压机将加热后的挤压铸棒进行挤压处理，挤压系数为50-100，挤出速度为1.2-2.8m/min，挤压残余高度为50-70mm，对挤压出的挤压型材直接进行在线淬火； [0012] 将淬火后的挤压型材进行拉伸矫直得到矫直型材，矫直型材的拉伸率为0.5％-2.5％； [0013] 对矫直型材进行锯切、表面整形，得到整形型材； [0014] 对整形型材进行时效处理，第一阶段时效温度为120℃-150℃、保温2-3h，第二阶段时效温度为160℃-190℃、保温5-6h。 [0015] 进一步地，在本发明较佳实施例中，熔炼的方法是：将纯净的电解铝液放入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分进行熔炼，熔炼温度为730℃-760℃，直至上述合金原料完全熔化，得到成分均匀的熔体。 [0016] 进一步地，在本发明较佳实施例中，精炼的方法是：将熔炼所得的熔体转移到保温炉中，待熔体温度调整到720℃-750℃进行炉内精炼处理，再将保温炉中的熔体倾倒到流槽中进行在线精炼处理，流槽中的熔体依次经过在线细化、SNIF在线除气、CFF板式过滤、MCF管式过滤。 [0017] 进一步地，在本发明较佳实施例中，炉内精炼处理采用的是STAS精炼工艺，通入的氩气-氯气混合气体的体积比例为氩气占75％-100％，氯气占0％-25％，转子转速为200-400rpm，氩气流量为150-200L/min，氯气流量为0-50L/min，精炼时间≥30min，吹扫时间2- 5min；在线细化采用的是用喂丝机将Al-5Ti-1B丝加入流槽中，添加量为1.2-1.8kg/t；SNIF 3 3 在线除气采用的是双转子，氩气流量为3.2-7.1m /h，氯气流量为0-0.05m /h，转子转速为 400-700r/min；CFF板式过滤采用的是双层过滤板过滤。 [0018] 进一步地，在本发明较佳实施例中，铸造的方法是：将精炼所得的熔体铸造成铸棒，铸造温度为682℃-702℃，铸造速度为120-130mm/min。 [0019] 进一步地，在本发明较佳实施例中，表面扒皮的方法是：采用扒皮机去除挤压铸棒表面的缺陷，表层加工量为1-10mm，扒皮后的表面粗糙度Ra≤25，扒皮后的挤压铸棒直径为583-587mm。 [0020] 进一步地，在本发明较佳实施例中，在进行挤压处理前，将挤压机的模具于485℃-520℃进行加热，并保温6-12h；将挤压机的挤压筒于440℃-460℃进行加热。 [0022] 进一步地，在本发明较佳实施例中，以重量百分数计，铸棒主要由以下合金元素组成： [0023] Si：0.4-0.9％、Fe：≤0.35％、Cu≤0.35％、Mn：≤0.5％、Mg：0.4-0.8％、Cr：≤0.3％、Zn：≤0.25％、Ti：≤0.05％、Mn+Cr：≤0.5％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。 [0024] 一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，其采用上述的轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法制得。 [0025] 本发明实施例的轨道交通车体裙板用铝合金型材及其制造方法的有益效果是：本发明实施例的轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法包括以下步骤：合金熔炼、精炼处理、铸造成棒、铸棒锯切、均匀化退火、铸棒表面扒皮、铸棒加热、挤压、在线淬火、拉伸矫直、锯切、表面整形、人工时效，该制造方法严格控制工艺步骤中的各参数，能够批量化生产各个壁尺寸均合格、具有良好的力学性能，满足轨道交通车体裙板用铝合金材料强度要求。制得的轨道交通车体裙板用铝合金型材可专门用来生产轨道交通车体裙板，可减少不合格率的产生，提高生产效率，降低制造成本。 附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0027] 图1为本发明实施例提供的轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法的流程图。 具体实施方式[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。 [0029] 下面对本发明实施例的轨道交通车体裙板用铝合金型材及其制造方法进行具体说明。 [0030] 参照图1所示，本发明实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法，其包括以下步骤： [0031] S1合金熔炼：将合金原料经过熔炼，得到熔体。本实施例中，熔炼的方法是：将纯净的电解铝液放入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分进行熔炼，需要说明的是，添加的合金元素有镁锭、铁剂、锰剂、铬剂、铜剂、锌剂、钛剂、工业硅，在熔炼过程中需要控制好熔炼温度，熔炼温度为730℃-760℃，熔炼过程中采用电磁搅拌，直至上述合金原料完全熔化，得到成分均匀的铝合金熔体。 [0032] 控制熔体的合金元素成分与后续形成产品的合金元素成分相同，以重量百分数计，其主要由以下合金元素组成： [0033] Si：0.4-0.9％、Fe：≤0.35％、Cu≤0.35％、Mn：≤0.5％、Mg：0.4-0.8％、Cr：≤0.3％、Zn：≤0.25％、Ti：≤0.05％、Mn+Cr：≤0.5％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。 [0034] S2精炼：将熔体经过精炼处理。本实施例中，精炼的方法是：将上述熔炼所得的熔体转移到保温炉中，待熔体温度调整到720℃-750℃进行炉内精炼处理，再将保温炉中的熔体倾倒到流槽中进行在线精炼处理，流槽中的熔体依次经过在线细化、SNIF在线除气、CFF板式过滤、MCF管式过滤。 [0035] 其中，炉内精炼处理采用的是STAS精炼工艺，通入的氩气-氯气混合气体的体积比例为氩气占75％-100％，氯气占0％-25％，转子转速为200-400rpm，氩气流量为150-200L/min，氯气流量为0-50L/min，精炼时间≥30min，吹扫时间2-5min。 [0036] 在线细化采用的是用喂丝机将Al-5Ti-1B丝加入流槽中，添加量为1.2-1.8kg/t，优选为1.5kg/t。需要说明的是，本发明实施例采用在线喂Al-5Ti-1B丝，目的是使细化剂在熔体凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的作用。 [0037] SNIF在线除气采用的是双转子，转子1和转子2的氩气流量为3.2-7.1m3/h，转子13 和转子2的氯气流量为0-0.05m/h，转子转速为400-700r/min。采用SNIF法熔体炉外在线处理达到除气除渣的双重作用。 [0038] 熔体过滤采用双级过滤，即CFF-MCF联合过滤，确保高效除渣效果，CFF板式过滤采用的是双层过滤板过滤。 [0040] 该铸棒为6A01合金，以重量百分数计，该铸棒主要由以下合金元素组成： [0041] Si：0.4-0.9％、Fe：≤0.35％、Cu≤0.35％、Mn：≤0.5％、Mg：0.4-0.8％、Cr：≤0.3％、Zn：≤0.25％、Ti：≤0.05％、Mn+Cr：≤0.5％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。 [0042] 优选的，铸棒主要由以下合金元素组成： [0043] Si：0.57-0.65％、Fe：≤0.20％、Cu≤0.15％、Mn：0.16-0.23％、Mg：0.58-0.68％、Cr：0.11-0.17％、Zn：≤0.15％、Ti：0.02-0.04％、Mn+Cr：≤0.5％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。 [0044] S4铸棒锯切：将铸棒锯切成长度为500-1000mm，优选为720-750mm的挤压铸棒。 [0045] S5均匀化退火：将上述挤压铸棒放入均质化炉中进行均匀化处理，具体是以升温速率37℃-43℃/min升温至547℃-553℃，保温7-9h，优选8h，冷却。其中，冷却的方法是：在冷却室先风冷至200℃，再水冷至室温。均匀化退火的目的是使铸棒中的不平衡共晶组织在基体中分布趋于均匀，过饱和固溶元素从固体中析出，提高铸棒塑性，减少变形压力，更利于挤压处理。 [0046] S6铸棒表面扒皮：将均匀化处理后的挤压铸棒进行表面扒皮。本实施例中，表面扒皮的方法是：采用扒皮机去除挤压铸棒表面的夹杂、油污、表层偏析层等缺陷，减少在挤压紊流阶段出现缩尾。其中，表层加工量为1-10mm，扒皮后的表面粗糙度Ra≤25，扒皮后的挤压铸棒直径为583-587mm。 [0047] S7铸棒加热：采用工频加热炉对铸棒进行头、中、尾梯度加热，此举便于拉开头尾温度差，从而消除挤压过程中热效应带来的温升，对挤压铸棒中部的加热温度控制在495℃-525℃，对挤压铸棒头尾温度梯度控制在10℃-20℃。需要说明的是，铸棒加热温度不得过高，以免造成铸棒过烧。 [0048] S8挤压：采用预加热150MN挤压机正向挤压，具体是将加热后的挤压铸棒放入加热过的挤压筒中进行挤压处理，挤压系数为50-100，优选为74-78，挤出速度为1.2-2.8m/min，优选为1.6-2.4m/min，挤压残余高度为50-70mm，优选为60mm。 [0049] 本实施例中，在进行挤压处理前，将挤压机的模具置于模具加热炉中，于485℃-520℃进行加热，并保温6-12h；将挤压机的挤压筒于440℃-460℃进行加热，模具的优选加热温度为500℃，挤压筒的优选加热温度为450℃。 [0050] 更优选的，模具、挤压筒的加热步骤可与上述的铸棒加热步骤同步进行，以节约时间。需要说明的是，挤压筒温度与铸棒温度应适当配合，适当提高挤压同温度，有利于金属流动性的增加，缩小变形区域范围，减少粗晶环深度。本发明中挤压筒加热温度控制在450℃。 [0051] S9在线淬火：对挤压出的挤压型材直接进行在线淬火，淬火的目的是为了得到高浓度的过饱和固溶体，为人工时效创造必要的条件。本实施例中，挤压型材出模具口温度不低于500℃进入在线淬火区，淬火采用的是强风冷却淬火，以保证基体中获得高的饱和固溶体，其中，上风量为50％-90％，优选为60％-70％，下风量为30％-70％，优选为40％-45％，淬火后的挤压型材温度小于80℃。 [0052] S10拉伸矫直、锯切：将淬火后的挤压型材进行拉伸矫直得到矫直型材，拉伸矫直的目的是为了消除制品的弯曲和扭拧等尺寸缺陷，使拉伸矫直后的挤压型材在拉直情况下的拉伸率控制为0.5％-2.5％；拉伸矫直后，对矫直型材进行成品锯切、取样、检尺。 [0054] S12人工时效：采用双级时效炉对整形型材进行时效处理，人工时效的目的是将淬火后型材的不稳定的过饱和固溶体在一定的温度下，保温一定时间，使过饱和固溶体发生分解，引起合金强度和硬度的大幅度增加。其中，第一阶段时效温度为120℃-150℃、保温2-3h，第一阶段优选时效温度为135℃-140℃、保温2.5h，第二阶段时效温度为160℃-190℃、保温5-6h，第二阶段优选时效温度为175℃-180℃、保温5.5h。人工时效后冷却、包装入库，即可得到轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0055] 本发明实施例还提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，其采用上述的轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法制得。本发明实施例严格控制工艺步骤中的各参数，能够获得尺寸合格、综合性能最优且组织均匀性的铝合金型材，满足轨道交通车体裙板使用的需求。 [0056] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。 [0057] 实施例1 [0058] 本实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，其采用以下制造方法制得： [0059] a.熔炼：将纯净的电解铝液放入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分进行熔炼，熔炼温度为745℃，使原料完全熔化，并得到成分均匀的铝合金熔体，控制熔体由按重量分数计的以下合金元素成分组成：Si：0.57％、Fe：0.10％、Cu：0.13％、Mn：0.18％、Mg：0.58％、Cr：0.11％、Zn：0.08％、Ti：0.02％、Mn+Cr：0.28％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。 [0060] b.精炼处理：将上述熔体转移到保温炉中，待熔体温度调整到740℃进行炉内精炼处理：通入的氩气-氯气混合气体的体积比例为氩气占75％，氯气占25％，转子转速为300rpm，氩气流量设定为180L/min，氯气流量设定为30L/min，精炼时间50min，吹扫时间 3min。再将保温炉中的熔体倾倒到流槽中进行在线细化、SNIF在线除气、CFF板式过滤、MCF管式过滤：在线细化采用的是喂丝机将Al-5Ti-1B丝加入流槽中，添加量为1.5kg/t；SNIF在线除气采用双转子，转子1和转子2的氩气流量为4.8m3/h，转子1和转子2的氯气流量为 0.03m3/h，转子转速为500r/min；CFF板式过滤采用双层过滤板过滤。 [0061] c.铸造成棒：将上述精炼净化处理的熔体铸造成铸棒，铸造温度为695℃，铸造速度为125mm/min。铸棒为6A01合金，其合金元素成分组成与上述熔体的合金元素成分组成相同。 [0062] d.铸棒锯切：将铸棒锯切成730mm长度作为挤压铸棒。 [0063] e.均匀化退火：将挤压铸棒放入均质化炉中进行均匀化处理，炉气温度为550℃，升温速率为40℃/min，保温时间8h，在冷却室先风冷至200℃，再水冷至室温。 [0064] f.铸棒表面扒皮：采用扒皮机去除铸锭表面夹杂、油污、表层偏析层等缺陷，表层加工量为5mm，表面粗糙度Ra＝10，扒皮后铸锭直径为585mm。 [0065] g.铸棒加热：采用工频加热炉对铸棒进行头、中、尾梯度加热，加热温度控制在510℃，头尾温度梯度控制在20℃。 [0066] 模具和挤压筒加热：将模具在模具加热炉中以500℃进行加热，保温时间8h，挤压筒加热温度为450℃。 [0067] h.挤压：采用150MN挤压机，将加热后的铸棒放入挤压筒中进行挤压处理，挤压系数为67，挤压型材出口速度为2.01m/min，挤压残余高度为60mm。 [0068] i.在线淬火：挤压型材出模具口时温度不低于500℃进入在线淬火区，淬火方式选择强风冷却淬火，为保证基体中获得高的饱和固溶体，上风量调为70％，下风量调为40％，淬火后的制品温度小于80℃。 [0069] j.拉伸矫直、锯切：将淬火后的挤压型材进行拉伸矫直得到矫直型材，在型材拉直的情况下控制拉伸率为0.9％，拉伸矫直后，进行成品锯切、取样、检尺。 [0070] k.表面整形：采用皮锤及木块垫料对型材进行局部整形，使用专用型材检测样板及塞尺对制品进行测量，确保尺寸合格，表面整形后得到整形型材，装框。 [0071] l.人工时效：采用双级时效炉进行时效处理，第一阶段时效温度为135℃、保温2.5h，第二阶段时效温度为175℃、保温5.5h，人工时效后冷却、包装入库，可以得到所需轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0072] 实施例2 [0073] 本实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，该轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法与实施例1中的制造方法大致相同，不同之处在于：本实施例中的熔体，以及后续形成的铸棒是由以下按重量分数计的合金元素成分组成：Si：0.65％、Fe：0.20％、Cu：0.15％、Mn：0.23％、Mg：0.68％、Cr：0.17％、Zn：0.15％、Ti：0.04％、Mn+Cr：0.4％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al，最后制得轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0074] 实施例3 [0075] 本实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，该轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法与实施例1中的制造方法大致相同，不同之处在于：本实施例中挤压步骤采用的挤压型材出口速度为2.4m/min，最后制得轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0076] 实施例4 [0077] 本实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，该轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法与实施例1中的制造方法大致相同，不同之处在于：本实施例中，在线强风淬火上风量调为60％，下风量调为35％，最后制得轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0078] 实施例5 [0079] 本实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，该轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法与实施例1中的制造方法大致相同，不同之处在于：本实施例中，拉伸矫直后的型材在拉直的情况下的拉伸率为1.2％，最后制得轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0080] 实施例6 [0081] 本实施例提供一种轨道交通车体裙板用铝合金型材，该轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法与实施例1中的制造方法大致相同，不同之处在于：本实施例采用的时效制度为：第一阶段时效温度为130℃、保温3h，第二阶段时效温度为180℃、保温6h，最后制得轨道交通车体裙板用铝合金型材。 [0082] 对以上实施例1-6所得轨道交通车体裙板用铝合金型材成品取样、进行室温拉伸性能测试，相应结果见表1。 [0083] 表1各实施例样品的室温拉伸性能检测结果 [0084] [0085] 由上表可以看出：采用本发明实施例的制造方法生产得到的轨道交通车体裙板用铝合金型材具有较好的机械性能：抗拉强度≥259MPa，规定非比例延伸强度≥221MPa，断后拉伸率A≥17％，各项机械性能指标明显优于标准铝合金挤压型材的机械性能指标。因此，本发明实施例的轨道交通车体裙板用铝合金型材满足轨道交通车体裙板用铝合金材料强度要求，可专门用来生产轨道交通车体裙板，同时可以降低废品率，提高生产效率，降低生产成本，具有明显的经济效益。 [0086] 综上所述，本发明实施例的轨道交通车体裙板用铝合金型材的制造方法能够批量化生产各个壁尺寸均合格、具有良好的力学性能的轨道交通车体裙板用铝合金型材，该轨道交通车体裙板用铝合金型材可专门用来生产轨道交通车体裙板，生产效率高、能耗低。 [0087] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。 |
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