一種高鐵車體用Al-Zn-Mg合金型材的擠壓生產工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金加工技術領域，尤其是一種高鐵車體用Al-Zn-Mg合金型材的擠壓生產工藝。
【背景技術】
[0002]Al-Zn-Mg合金強度高、焊接性能優良，已被廣泛應用于軌道交通、軍用設施、航空航天等領域。采用Al-Zn-Mg合金作為高鐵車體用型材，不僅可以保證車體的使用強度還能使車重大幅降低，能有效降低能耗。
[0003]Al-Zn-Mg屬于中高強鋁合金，具有較高的變形抗力，為保證擠壓的順利進行，工業生產中通常需要提高擠壓溫度、或減小鑄錠長度、或降低擠壓速度等辦法來降低擠壓力，保證型材更多的擠出長度。然而，提高擠壓溫度會導致再結晶體積分數增加，綜合性能下降，而減小鑄錠長度和降低擠壓速度則會導致生產效率低下。降低擠壓溫度可以一定程度上提高產品的綜合性能，但合金的變形抗力顯著增加，容易導致擠不動或模具壽命低的問題。擠壓溫度由擠壓筒溫度、鑄錠加熱溫度、模具溫度共同決定。
[0004]Al-Zn-Mg合金通過人工時效可以使固溶原子析出形成彌散分布的強化相，提高型材的強度，T6峰值時效狀態的合金強度最高，但耐應力腐蝕性能較差；工業上常常采用T73過時效狀態來提高耐應力腐蝕性能，但強度下降明顯；1974年，以色列提出一種三級時效工藝一一回歸再時效處理工藝，可以使晶內組織與T6態相似，而晶界組織與T73態相似，使合金獲得了較高的強度和良好的耐應力腐蝕性能。但工藝受專利保護，一直處于保密狀態，且對設備的要求非常高，工業生產的生產效率非常低，目前也僅用于航空某幾個重要鋁合金部件的生產。
[0005]本發明提出一種關于高鐵車體用Al-Zn-Mg合金型材的擠壓方法，通過協調各個擠壓過程的工藝，確保生產穩定的同時，提高型材的成品率和綜合性能。提出一種多級時效工藝，在不增加三級時效熱處理設備的情況下，綜合提高Al-Zn-Mg合金的強度和耐應力腐蝕性能。
【發明內容】
[0006]本發明的發明目的在于:針對傳統擠壓工藝的上述不足，提供一種擠壓生產工藝，提升尚鐵用車體型材的綜合性能，提尚工業生廣的穩定性，從而提尚尚鐵車體用型材廣品的生產效率。采用工業化的時效設備，通過改進時效工藝，使其同時具有良好的強度和耐應力腐蝕性能。
[0007]本發明采用的技術方案如下:
[0008]一種高鐵車體用Al-Zn-Mg合金型材的擠壓生產工藝，包括如下步驟:
[0009]鑄錠加熱:選用長度為500mm-2000mm的鑄錠，加熱使其頭尾溫差在5_50°C之間，鑄錠在加熱爐中的加熱溫度控制在450-510°C ；
[0010]模具加熱:模具在加熱爐中加熱470-520°C，保溫3_40h ；
[0011]擠壓筒加熱:擠壓筒溫度控制在400-470°C ；
[0012]擠壓生產:鑄錠和模具加熱完成、擠壓筒到溫之后，將加熱后的鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在0.5-4.5m/min ；
[0013]在線淬火:保證型材淬火區入口溫度多450°C，淬火方式可選擇空冷、強風、水霧冷卻，淬火冷卻速率為10-100°C /min ；
[0014]中斷:中間換錠時間不超過40min ；
[0015]拉伸矯直:在保證型材拉直的情況下控制拉伸率在0.3% -3.0% ;
[0016]人工時效:采取雙級時效制度，第一級時效為15°C -120°C，時間為2h_480h，第二級時效溫度為120°C _180°C，時間為2h-48h。
[0017]進一步地，在所述鑄錠加熱的步驟中，加熱使鑄錠的頭尾溫差在15_45°C之間。
[0018]進一步地，在所述擠壓生產的步驟中，控制擠壓速度為l_3m/min。
[0019]進一步地，在所述拉伸矯直的步驟中，在保證型材拉直的情況下控制拉伸率在1% -2.5% ；
[0020]進一步地，在所述人工時效的步驟中，采取雙級時效制度，第一級時效為200C _100°C，時間為 24h-240h，第二級時效溫度為 130°C _170°C，時間為 5h_40h。
[0021]在對鋁合金鑄錠進行擠壓時會產生熱效應，熱效應大小和鑄錠的溫度、擠壓速度、擠壓比的大小有關。要提高鋁合金的綜合性能，在鑄錠的擠壓過程中，必須正確選擇擠壓時的工藝參數，包括擠壓時的溫度、擠壓速度及變形程度等。溫度包括:擠壓時的溫度、擠壓時摩擦所引起的上升的溫度、擠壓筒的溫度，模具的溫度、鑄錠的溫度、時效溫度等一系列溫度。
[0022]本發明的擠壓工藝合理選擇鑄錠加熱溫度，通過梯度加熱的方法使鑄錠的頭尾溫差較小，克服了傳統生產中由于鑄錠各部分有較大溫差，從而在加工過程中使鑄錠合金組織的不均勻的缺點。同時，通過確定合適的鑄錠溫度、模具溫度、擠壓筒溫度，并調節擠壓速度，使熱效應產生熱量與模具導熱引起的熱損失基本上互相抵消，避免因毛坯局部過熱而造成粗晶組織，保證足夠均勻的變形條件。
[0023]Al-Zn-Mg鋁合金主要的時效方式是單級峰值時效和雙級時效工藝。峰值時效時合金具有高強度、低韌性和耐腐蝕性能很差的特點，在實際應用過程中存在很大的局限性。采用雙級時效能使合金得到斷續的晶界組織和彌散的晶內析出相，從而具有較高的強度同時顯著提高韌性和耐腐蝕性。在雙級時效的過程中，關鍵在于控制好二級時效時間和溫度來改善材料的性能。本發明控制雙級時效的時間和溫度，調節晶內、晶界的析出相，提高合金的綜合性能。
[0024]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:
[0025]1、本發明通過合理選取鑄錠加熱溫度、模具溫度、擠壓筒溫度，并調節擠壓速度，保證擠壓過程的穩定及型材的綜合性能。
[0026]2、本發明通過合理調整擠壓工藝，降低擠壓力，通過拉伸提高型材的長度，實現多倍定尺的生產，從而提高成品率。
[0027]3、本發明通過嚴格控制擠壓過程停頓時間以及鑄錠上機前停頓時間，保證擠壓過程溫度的一致性，保證產品的穩定性。
[0028]4、本發明通過采用雙級時效熱處理，控制雙級時效的時間和溫度，調節晶內、晶界的析出相，使合金同時具有良好的強度和耐應力腐蝕性能，提高合金的綜合性能。
【具體實施方式】
[0029]下面結合一些實施例和對比例對本發明作進一步說明，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0030]實施例1
[0031]取高鐵車體用Al-Zn-Mg合金鑄錠進行擠壓加工，具體步驟為:
[0032]鑄錠加熱:選用長度為500mm的鑄錠，加熱使其頭尾溫差為5°C，鑄錠在加熱爐中的加熱溫度控制在450°C ；
[0033]模具加熱:模具在加熱爐中加熱至470°C，保溫3h ；
[0034]擠壓筒加熱:擠壓筒溫度控制在400°C ；
[0035]擠壓生產:鑄錠和模具加熱完成、擠壓筒到溫之后，將加熱后的鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在0.5m/min ；
[0036]在線淬火:保證型材淬火區入口溫度為450°C以上，淬火方式可選擇空冷、強風、水霧冷卻，保溫型材各個區域淬火均勻，淬火冷卻速率為10°c /min ；
[0037]中斷:中間換錠時間控制為40min ；
[0038]拉伸矯直:在保證型材拉直的情況下控制拉伸率在0.3% ;
[0039]人工時效:采取雙級時效制度，第一級時效為15°C，時間為480h，第二級時效溫度為120°C，時間為48ho
[0040]通過對上述擠壓工藝制備的合金型材進行性能測試，獲得該高鐵車用Al-Zn-Mg合金型材的抗拉強度為392MPa，屈服強度335MPa，延伸率為19 %，抗拉強度的標準差為3.4MPa，應力腐蝕敏感性Isskt值為0.0173。
[0041]實施例2
[0042]取高鐵車體用Al-Zn-Mg合金鑄錠進行擠壓加工，具體步驟為:
[0043]鑄錠加熱:選用長度為2000mm的鑄錠，加熱使其頭尾溫差為50°C，鑄錠在加熱爐中的加熱溫度控制在510°C ；
[0044]模具加熱:模具在加熱爐中加熱520°C，保溫40h ；
[0045]擠壓筒加熱:擠壓筒溫度控制在470°C ；
[0046]擠壓生產:鑄錠和模具加熱完成、擠壓筒到溫之后，將加熱后的鑄錠上模進行擠壓，擠壓速度控制在4.5m/min ；
[0047]在線淬火:保證型材淬火區入口溫度為460°C以上，淬火方式可選擇空冷、強風、水霧冷卻，保溫型材各個區域淬火均勻，淬火冷卻速率為100°c /min ；
[0048]中斷:中間換錠時間為40min ；
[0049]拉伸矯直:在保證型材拉直的情況下控制拉伸率為3.0% ;
[0050]人工時效:采取雙級時效制度，第一級時效為120°C，時間為2h，第二級時效溫度為180°C，時間為2ho
[0051]通過對上述擠壓工藝制備的合金型材進行性能測試，獲得該高鐵車用Al-Zn-Mg合金型材的抗拉強度為370MPa，屈服強度315MPa，延伸率為21 %，其中抗拉強度的標準差為5.2MPa，應力腐蝕敏感性Isskt值為0.0457。
[0052]實施例3
[0053]取高鐵車體用Al-Zn-Mg合金鑄錠進行擠壓加工，具體步驟為:
[0054]鑄錠加熱:選用長度為100mm的鑄錠，加熱使其頭尾溫差為15°C，鑄錠在加熱爐中的加熱溫度控制在480°C