本發明涉及鋁合金型材制造領域，尤其涉及一種高速列車車體用鋁合金型材及其制造方法。
背景技術：
：我國目前是世界上高速鐵路通車里程最長的國家，包括高鐵、動車、地鐵、城市輕軌、磁懸浮等軌道交通，其中高鐵的最高試驗運行速度最高已達到486.1公里/小時。高速列車車體的結構輕量化是提高高速列車車體運行速度和運載能力的有效途徑。鋁合金具有質量輕、比強度高、耐腐蝕、導熱性好、易于加工成形和易于做表面防護處理等優點，是高速列車車體結構輕量化的首選材料。目前我國運行的高鐵、動車、地鐵、輕軌、磁懸浮等高速列車車體大部分都是采用鋁合金車體，包括車體底架中梁、枕梁、端梁、車廂地板、頂板、側墻、端墻以及車廂內的座椅架、空調系統、門窗、衛生設施、照明、電視、行李架等。高速列車車體用鋁材中，其中70%以上是鋁合金擠壓型材。高速列車車體要求鋁合金擠壓型材大型化、薄壁化、寬幅化、整體化、中空化，以滿足高速列車車體的制造需要，同時要求采用擠壓性能好、強度高、耐腐蝕性能和焊接性能優良的鋁合金材料。對文獻資料檢索發現，目前我國高速列車車體用鋁合金型材仍然以5005、6005、7003、7N01等常規牌號的鋁合金為主，但這類鋁合金型材的綜合性能仍然較差，迫切需要開發擠壓性能更好、強度更高、耐腐蝕性和焊接性能更加優良的鋁合金型材，以滿足我國高速列車車體輕量化和高速化的發展要求。因此，現有技術還有待改進和發展。技術實現要素：鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種高速列車車體用鋁合金型材及其制造方法，旨在解決現有技術中鋁合金型材的強度、塑性、耐腐蝕和焊接性能不足的問題。為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：一種高速列車車體用鋁合金型材，其中，按照質量百分比計，其組成包括：Zn5.5~6.5%，Mg1.5~2.5%，Si0.5~1.0%，Ru0.1~0.3%，V0.1~0.3%，Ti0.03~0.05%，其余為Al和不可避免的雜質，其中，單種雜質的含量小于0.05%，雜質總量小于0.15%。一種如上所述的高速列車車體用鋁合金型材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：選用純度大于99.9%的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金作為原材料；S2：在720~780℃加熱熔化鋁錠，然后加入占原材料總重量為5.5~6.5%的鋅錠、1.5~2.5%的鎂錠、0.5~1.0%的結晶硅、0.5~1.5%的Al-20Ru合金、1~3%的Al-10V合金和0.15~0.25%的Al-20Ti合金，攪拌熔化成鋁合金液；S3：采用占原材料總重量0.5~1.0%的2號精煉劑對鋁合金液進行爐內精煉除氣除渣處理；S4：將鋁合金液依次流過設置在流槽上、孔隙度為40~80ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉子旋轉速度為350~400轉/分鐘、氬氣壓力為100~150KPa的除氣箱進行在線除氣除渣處理；S5：在鑄造溫度為700~740℃、鑄造速度為40~50毫米/分鐘、超聲波頻率為20~30kHz、超聲波輸出功率為200~300瓦的條件下，將鋁合金液超聲波振動半連續鑄造成直徑450~550毫米的鋁合金圓棒；S6：將步驟四的鋁合金圓棒以80~100℃/小時的速度升溫至520~550℃，然后保溫8~24小時進行均勻化退火處理；S7：將步驟五的鋁合金圓棒在擠壓筒溫度500~520℃、模具溫度460~480℃、擠壓速度1~3米/分鐘條件下擠壓成寬度為550~750毫米的鋁合金型材，并在模具出口對鋁合金型材進行水霧在線淬火處理；S8：將步驟六的鋁合金型材在145~155℃時效處理12~36小時，冷卻后得到高速列車車體用鋁合金型材。本發明所述的高速列車車體用鋁合金型材及其制造方法，所述高速列車車體用鋁合金型材組成如下：Zn5.5~6.5%，Mg1.5~2.5%，Si0.5~1.0%，Ru0.1~0.3%，V0.1~0.3%，Ti0.03~0.05%，其余為Al和不可避免的雜質，其中，單種雜質的含量小于0.05%，雜質總量小于0.15%。本發明高速列車車體用鋁合金型材具有強度高、塑性好、耐腐蝕和焊接性能好等優點，其抗拉強度大于450MPa，屈服強度大于380MPa，伸長率大于10%，適合于制造高速列車車體的底架中梁、枕梁、端梁、車廂地板、頂板、側墻、端墻等，具有廣闊的市場應用前景。具體實施方式本發明提供一種高速列車車體用鋁合金型材及其制造方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明所述一種高速列車車體用鋁合金型材，其中，按照質量百分比計，其組成包括：Zn5.5~6.5%，Mg1.5~2.5%，Si0.5~1.0%，Ru0.1~0.3%，V0.1~0.3%，Ti0.03~0.05%，其余為Al和不可避免的雜質，其中，單種雜質的含量小于0.05%，雜質總量小于0.15%。其中，Zn在鋁合金型材中具有較大的固溶度，可產生明顯的固溶強化效果，同時Zn還能力與Mg形成強化相MgZn2，對鋁合金型材產生明顯的強化作用。隨著Zn含量的增加，鋁合金型材的抗拉強度和屈服強度都明顯提高。但Zn含量超過6.5%時，鋁合金型材的擠壓加工性能以及塑性都會下降，同時應力腐蝕傾向增大。為了保證鋁合金型材獲得足夠的強度、塑性和抗應力腐蝕能力，因此，Zn含量選擇在5.5~6.5%。進一步地，Mg、Si在鋁合金型材中既有固溶強化作用，同時還能形成Mg2Si強化相，增強鋁合金型材的強度。Mg、Si含量越高，鋁合金型材的強度也越高。但Mg、Si含量太高，也會引起鋁合金型材的塑性下降。為了保證鋁合金型材獲得足夠的強度和塑性，因此，Mg含量選擇在1.5~2.5%，Si含量選擇在0.5~1.0%。進一步地，Ru在鋁合金型材中可與Al形成RuAl6化合物彌散相質點，能阻止鋁合金型材的再結晶過程，細化再結晶晶粒，提高鋁合金型材的再結晶溫度。另外，RuAl6化合物還能溶解雜質元素鐵，使鋁合金型材中的富鐵相從片狀或針狀組織轉變為細密的晶體組織，減小雜質元素鐵的有害影響，提高鋁合金型材的強度和耐腐蝕性能。但釕含量過高時，容易引起釕的成分偏析，因此，Ru含量選擇在0.1~0.3%。進一步地，V在鋁合金型材時效熱處理和焊接過程中可與Al析出VAl3粒子，強烈釘扎位錯和亞晶界，阻礙再結晶晶粒的形核和長大過程，對鋁合金型材有顯著的強化作用，提高鋁合金型材的焊接性能，因此，Zr含量選擇在0.1~0.3%。進一步地，Ti是鋁晶粒的一種有效的晶粒細化元素，能細化鑄棒的晶粒組織，改善鋁合金圓棒的組織和成分均勻性。添加0.03~0.05%的Ti元素，可使鋁合金圓棒的顯微組織從粗大的枝晶細化為細小均勻的等軸晶，提高鋁合金圓棒的組織和成分均勻性，改善鋁合金圓棒的擠壓加工性能。因此，Ti含量選擇在0.03~0.05%。本發明中還提供所述高速列車車體用鋁合金型材的制造方法，具體包括以下步驟：S1：選用純度大于99.9%的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金作為原材料；S2：在720~780℃加熱熔化鋁錠，然后加入占原材料總重量為5.5~6.5%的鋅錠、1.5~2.5%的鎂錠、0.5~1.0%的結晶硅、0.5~1.5%的Al-20Ru合金、1~3%的Al-10V合金和0.15~0.25%的Al-20Ti合金，攪拌熔化成鋁合金液；S3：采用占原材料總重量0.5~1.0%的2號精煉劑對鋁合金液進行爐內精煉除氣除渣處理；S4：將鋁合金液依次流過設置在流槽上、孔隙度為40~80ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉子旋轉速度為350~400轉/分鐘、氬氣壓力為100~150KPa的除氣箱進行在線除氣除渣處理；S5：在鑄造溫度為700~740℃、鑄造速度為40~50毫米/分鐘、超聲波頻率為20~30kHz、超聲波輸出功率為200~300瓦的條件下，將鋁合金液超聲波振動半連續鑄造成直徑450~550毫米的鋁合金圓棒；S6：將步驟四的鋁合金圓棒以80~100℃/小時的速度升溫至520~550℃，然后保溫8~24小時進行均勻化退火處理；S7：將步驟五的鋁合金圓棒在擠壓筒溫度500~520℃、模具溫度460~480℃、擠壓速度1~3米/分鐘條件下擠壓成寬度為550~750毫米的鋁合金型材，并在模具出口對鋁合金型材進行水霧在線淬火處理；S8：將步驟六的鋁合金型材在145~155℃時效處理12~36小時，冷卻后得到高速列車車體用鋁合金型材。在制備過程中，本發明在優化Zn、Mg主合金元素含量的基礎上，再添加微量的Si、Ru、V、Ti元素，形成多元復合微合金強化，提高鋁合金型材的強度、塑性、耐腐蝕和焊接性能。進一步地，本發明通過采用高純度的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金為主要原材料，結合爐內精煉和爐外在線過濾、除氣處理，確保獲得高潔凈度的鋁合金型材，確保鋁合金型材獲得高強度、高塑性和優良的耐腐蝕和焊接性能。進一步地，本發明采用超聲波振動半連續鑄造方法將鋁合金液半連續鑄造成直徑450~550毫米的鋁合金圓棒，利用超聲波的振動作用和聲空化效應，破碎細化鋁合金晶粒，提高鋁合金圓棒的組織成分的均勻和擠壓性能。進一步地，本發明通過半連續鑄造成大尺寸鋁合金圓棒，再擠壓成550~750毫米的鋁合金型材，可以減小高速列車車體用鋁合金型材的焊縫數量，降低生產成本，并提高高速列車車體的整體性能。為了更詳盡的描述本發明的制備方法，以下列舉幾個實施例更進一步的說明。實施例1:一種高速列車車體用鋁合金型材的生產組份質量百分比：Zn5.5%，Mg1.5%，Si0.5%，Ru0.1%，V0.1%，Ti0.03%，其余為Al和不可避免的雜質，其中，單種雜質的含量小于0.05%，雜質總量小于0.15%。所述高速列車車體用鋁合金型材的制造方法包括以下步驟：第一步：選用純度大于99.9%的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金作為原材料；第二步：在720℃加熱熔化鋁錠，然后加入占原材料總重量為5.5%的鋅錠、1.5%的鎂錠、0.5%的結晶硅、0.5%的Al-20Ru合金、1%的Al-10V合金和0.15%的Al-20Ti合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：采用占原材料總重量0.5%的2號精煉劑對鋁合金液進行爐內精煉除氣除渣處理；第四步：將鋁合金液依次流過設置在流槽上、孔隙度為40ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉子旋轉速度為350轉/分鐘、氬氣壓力為150KPa的除氣箱進行在線除氣除渣處理；第五步：在鑄造溫度為700℃、鑄造速度為50毫米/分鐘、超聲波頻率為20kHz、超聲波輸出功率為300瓦的條件下，將鋁合金液超聲波振動半連續鑄造成直徑450毫米的鋁合金圓棒；第六步：將步驟四的鋁合金圓棒以80℃/小時的速度升溫至520℃，然后保溫24小時進行均勻化退火處理；第七步：將步驟五的鋁合金圓棒在擠壓筒溫度500℃、模具溫度460℃、擠壓速度3米/分鐘條件下擠壓成寬度為550毫米的鋁合金型材，并在模具出口對鋁合金型材進行水霧在線淬火處理；第八步：將步驟六的鋁合金型材在155℃時效處理12小時，冷卻后得到高速列車車體用鋁合金型材。實施例2一種高速列車車體用鋁合金型材的生產組份質量百分比：Zn6.0%，Mg2.0%，Si0.2%，Ru0.15%，V0.2%，Ti0.04%，其余為Al和不可避免的雜質，其中，單種雜質的含量小于0.05%，雜質總量小于0.15%。所述高速列車車體用鋁合金型材的制造方法包括以下步驟：第一步：選用純度大于99.9%的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金作為原材料；第二步：在760℃加熱熔化鋁錠，然后加入占原材料總重量為6.0%的鋅錠、2.0%的鎂錠、0.7%的結晶硅、1%的Al-20Ru合金、2.0%的Al-10V合金和0.2%的Al-20Ti合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：采用占原材料總重量0.7%的2號精煉劑對鋁合金液進行爐內精煉除氣除渣處理；第四步：將鋁合金液依次流過設置在流槽上、孔隙度為60ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉子旋轉速度為385轉/分鐘、氬氣壓力為125KPa的除氣箱進行在線除氣除渣處理；第五步：在鑄造溫度為720℃、鑄造速度為45毫米/分鐘、超聲波頻率為25kHz、超聲波輸出功率為250瓦的條件下，將鋁合金液超聲波振動半連續鑄造成直徑500毫米的鋁合金圓棒；第六步：將步驟四的鋁合金圓棒以90℃/小時的速度升溫至5350℃，然后保溫18小時進行均勻化退火處理；第七步：將步驟五的鋁合金圓棒在擠壓筒溫度510℃、模具溫度470℃、擠壓速度2米/分鐘條件下擠壓成寬度為650毫米的鋁合金型材，并在模具出口對鋁合金型材進行水霧在線淬火處理；第八步：將步驟六的鋁合金型材在150℃時效處理24小時，冷卻后得到高速列車車體用鋁合金型材。實施例3一種軌道交通車輛用鋁合金型材的生產組份質量百分比：Zn6.5%，Mg2.5%，Si1.0%，Ru0.3%，V0.3%，Ti0.05%，其余為Al和不可避免的雜質，其中，單種雜質的含量小于0.05%，雜質總量小于0.15%。所述高速列車車體用鋁合金型材的制造方法包括以下步驟：第一步：選用純度大于99.9%的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金作為原材料；RuV第二步：在780℃加熱熔化鋁錠，然后加入占原材料總重量為6.5%的鋅錠、2.5%的鎂錠、1%的結晶硅、1.5%的Al-20Ru合金、3%的Al-10V合金和0.25%的Al-20Ti合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：采用占原材料總重量1.0%的2號精煉劑對鋁合金液進行爐內精煉除氣除渣處理；第四步：將鋁合金液依次流過設置在流槽上、孔隙度為80ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉子旋轉速度為400轉/分鐘、氬氣壓力為100KPa的除氣箱進行在線除氣除渣處理；第五步：在鑄造溫度為740℃、鑄造速度為40毫米/分鐘、超聲波頻率為30kHz、超聲波輸出功率為200瓦的條件下，將鋁合金液超聲波振動半連續鑄造成直徑550毫米的鋁合金圓棒；第六步：將步驟四的鋁合金圓棒以100℃/小時的速度升溫至550℃，然后保溫8小時進行均勻化退火處理；第七步：將步驟五的鋁合金圓棒在擠壓筒溫度520℃、模具溫度480℃、擠壓速度1米/分鐘條件下擠壓成寬度為750毫米的鋁合金型材，并在模具出口對鋁合金型材進行水霧在線淬火處理；第八步：將步驟六的鋁合金型材在145℃時效處理36小時，冷卻后得到高速列車車體用鋁合金型材。按GB228-2010《金屬材料拉伸試驗》標準，在實施例1-3的高速列車車體用鋁合金型材上取樣，并加工成標準拉伸試樣，在DNS200型萬能電子拉伸試驗機上進行室溫拉伸，結果如表1所示。表1實施例1-3高速列車車體用鋁合金型材的拉伸力學性能實施例抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率/%1457.5386.512.72479.1410.711.43489.2424.910.8從表1可看到，本發明高速列車車體用鋁合金型材的抗拉強度大于450MPa，屈服強度大于380MPa，伸長率大于10%，具有強度高、塑性好、耐腐蝕和焊接性能優良的特點，適合于制造高速列車車體的底架中梁、枕梁、端梁、車廂地板、頂板、側墻、端墻等，具有廣闊的市場應用前景。應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。當前第1頁1 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