本發明涉及一種新材料領域，且特別涉及一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材及其制作工藝。
背景技術：
：傳統的Al-Mg-Si系合金具有強度適中，焊接性能優良，塑性較高，冷加工性好，鍛造性能好，熱鍛時表面無氧化皮，鍛后表面質量好，加工余量小，材料耐蝕性好，無應力腐蝕開裂傾向等優點，已被廣泛應用于軌道交通、汽車、機械制造、建筑和裝飾等領域。隨著中國高鐵技術迅速發展，需要一種抗碰撞的鋁合金材料，這是因為當列車發生碰撞時，列車型材的抗碰撞性能關系著人們的財產和生命安全：抗碰撞性能好的型材制造的列車在發生碰撞時，列車僅變形，可減小人員傷亡概率，抗碰撞性能差的型材制造的列車在發生碰撞時，列車不僅變形，還會出現裂紋，甚至斷裂解體，會極大危害列車內人員的安全。抗碰撞的鋁合金材料不僅要求其具有高強度，而且還需要有良好的塑性和韌性。一般工業生產對傳統的Al-Mg-Si系合金是通過增加Si含量，或者采用熱處理的方法來提高其強度性能，希望提高其抗碰撞性能，但是這樣會導致合金的塑性和韌性降低，合金在壓縮時會出現嚴重的裂紋，難以滿足抗碰撞的要求。因此，目前還沒有能滿足上述要求的抗碰撞的鋁合金材料。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材，其強度較高，同時具有良好的塑性和韌性，因而具有良好的抗碰撞性能，用于制造高速列車車體。本發明的另一目的在于提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材的制作工藝，方法簡單，適合工業化生產。本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材，按重量百分數計，其主要由以下合金元素成分組成：Si：0.5％-0.7％；Fe：≤0.15％；Mn：0.15％-0.25％；Cu：≤0.1％；Mg：0.6％-0.75％；Cr：0.1％-0.2％；Zn：≤0.1％；V：0.1％-0.2％；余量為Al。進一步地，在本發明較佳實施例中，Al-Mg-Si系抗撞合金型材的抗拉強度為190-210MPa；屈服強度為100-120MPa；延伸率為25％-35％。一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材的制作工藝，其包括以下步驟：將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，取樣分析，控制液態鋁合金的合金元素成分為：Si：0.5％-0.7％；Fe：≤0.15％；Mn：0.15％-0.25％；Cu：≤0.1％；Mg：0.6％-0.75％；Cr：0.1％-0.2％；Zn：≤0.1％；V：0.1％-0.2％；余量為Al；采用水冷半連續鑄造或急冷鑄造方法，將液態鋁合金鑄造成鑄錠；將鑄錠進行均勻化處理，得到坯料；將坯料進行擠壓。進一步地，在本發明較佳實施例中，按照合金元素成分選取原料，原料包括所需中間合金、電解鋁錠以及固體回收鋁。進一步地，在本發明較佳實施例中，熔煉的溫度是750-770℃。進一步地，在本發明較佳實施例中，精煉的方法是：采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.12-0.18kg/t，爐內精煉時間≥10min；扒渣靜置40-60min；采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4-6L/h，輸入壓力5-10bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液。進一步地，在本發明較佳實施例中，精煉的溫度是720-750℃。進一步地，在本發明較佳實施例中，水冷半連續鑄造或急冷鑄造時的冷卻速度為50-120℃/s。進一步地，在本發明較佳實施例中，均勻化處理的方法為：加熱至500-515℃，保溫6-7小時，然后升溫至560-570℃，保溫11-12小時。本發明實施例的Al-Mg-Si系抗撞合金型材及其制作工藝的有益效果是：本發明實施例的Al-Mg-Si系抗撞合金型材的合金元素成分按重量百分數計包括：Si：0.5％-0.7％；Fe：≤0.15％；Mn：0.15％-0.25％；Cu：≤0.1％；Mg：0.6％-0.75％；Cr：0.1％-0.2％；Zn：≤0.1％；V：0.1％-0.2％；余量為Al，該Al-Mg-Si系抗撞合金型材強度較高，同時具有良好的塑性和韌性，因而具有良好的抗碰撞性能，用于制造高速列車車體。該Al-Mg-Si系抗撞合金型材的制作工藝為：將原料進行熔煉、精煉，得到合金元素成分準確的液態鋁合金，采用水冷半連續鑄造或急冷鑄造方法，將液態鋁合金鑄造成鑄錠；將鑄錠進行均勻化處理，得到坯料；將坯料進行擠壓，該方法簡單，適合工業化生產。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。下面對本發明實施例的Al-Mg-Si系抗撞合金型材及其制作工藝進行具體說明。本發明實施例提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材，按重量百分數計，其主要由以下合金元素成分組成：Si：0.5％-0.7％；Fe：≤0.15％；Mn：0.15％-0.25％；Cu：≤0.1％；Mg：0.6％-0.75％；Cr：0.1％-0.2％；Zn：≤0.1％；V：0.1％-0.2％；余量為Al。與傳統的6008Al-Mg-Si系合金成分相比，本發明實施例的合金元素成分本發明提高Mg的下限與上限，降低Si的上限，Fe控制在0.15％以下，降低了57％左右，并且大幅降低Cu和Zn。本發明實施例通過優化主合金元素Mg、Si的加入量，并控制其它微量元素的加入量，實現具有良好的抗碰撞性能，主要體現在以下幾個方面：(1)控制主合金元素Mg、Si的加入量，以及Mg/Si比值，以改善合金型材的韌性；(2)適量加入Mn、Cr元素，以提高再結晶溫度，抑制晶粒粗化，提高合金型材的強韌性；(3)降低雜質元素Fe的量，減少合金型材中的脆性相，提高其韌性；(4)加入V元素，細化鑄態組織，提高再結晶溫度，改變時效行為，提高合金型材的強韌性。本發明實施例Al-Mg-Si系抗撞合金型材的抗拉強度為190-210MPa；屈服強度為100-120MPa；延伸率為25％-35％。本發明實施例還提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材的制作工藝，其包括以下步驟：S1熔煉：將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，取樣分析，控制液態鋁合金的合金元素成分按質量百分數為：Si：0.5％-0.7％；Fe：≤0.15％；Mn：0.15％-0.25％；Cu：≤0.1％；Mg：0.6％-0.75％；Cr：0.1％-0.2％；Zn：≤0.1％；V：0.1％-0.2％；余量為Al。選取原料是按照合金元素成分進行的，原料包括所需中間合金、電解鋁錠以及固體回收鋁，其中，Cr以Al-Cr中間合金形式存在，V以Al-V中間合金形式存在。由于Al-V中間合金的熔點高，為保證其在熔體中的充分溶解，熔煉溫度需要較高，熔煉的溫度是750-770℃；精煉的溫度是720-750℃。精煉的具體方法是：S101爐內精煉：采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.12-0.18kg/t，爐內精煉時間≥10min；S102扒渣靜置：控制靜置時間為40-60min；S103爐外精煉：采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4-6L/h，輸入壓力5-10bar，得到精煉溶液；S104陶瓷過濾：采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，并點入Ti、B絲，得到液態鋁合金。S2鑄造：采用水冷半連續鑄造或急冷鑄造方法，冷卻速度為50-120℃/s，將液態鋁合金鑄造成鑄錠；S3均勻化：將鑄錠進行均勻化處理，優選采用雙級均勻化，得到坯料；雙級均勻化處理的具體方法為：加熱至500-515℃，保溫6-7小時，然后升溫至560-570℃，保溫11-12小時。S3擠壓：將坯料進行擠壓，模具加熱溫度500℃、擠壓筒溫度450℃，若溫度太低，需要的擠壓力太大，若溫度太高，難以保證尺寸精度。擠壓的具體方法是：將坯料保溫溫度分區：510℃、500℃、490℃，采用梯度加熱，以保證恒溫擠壓，由于材料成型難度很大，因此擠壓速度無法很快，擠壓速度為2-3m/min，擠壓比為21.4，得到Al-Mg-Si系抗撞合金型材。以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。實施例1本實施例提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材，按質量百分數計，其合金元素成分為：Si：0.5％；Fe：0.1％；Mn：0.25％；Cu：0.05％；Mg：0.6％；Cr：0.2％；Zn：0.05％；V：0.2％；余量為Al。該Al-Mg-Si系抗撞合金型材采用以下生產方法制得：按照上述合金元素成分選取Al-Cr中間合金、Al-V中間合金等中間合金，以及電解鋁錠、固體回收鋁作為原料，于750-760℃熔煉成鋁液。于720-725℃的條件下，先采用氬氣往鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.18kg/t，爐內精煉時間12min；靜置40min；再采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4L/h，輸入壓力8bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，并點入Ti、B絲，得到液態鋁合金。采用水冷半連續鑄造或急冷鑄造方法，冷卻速度為60℃/s，將液態鋁合金鑄造成鑄錠。均勻化時，加熱至510℃，保溫6小時，然后升溫至565℃，保溫12小時，得到坯料。將坯料進行擠壓，擠壓的溫度為510℃，坯料采用梯度加熱，擠壓速度為3m/min，擠壓比為21.4，得到Al-Mg-Si系抗撞合金型材。實施例2本實施例提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材，按質量百分數計，其合金元素成分為：Si：0.6％；Fe：0.05％；Mn：0.2％；Cu：0.05％；Mg：0.7％；Cr：0.15％；Zn：0.05％；V：0.15％；余量為Al。該Al-Mg-Si系抗撞合金型材采用以下生產方法制得：按照上述合金元素成分選取Al-Cr中間合金、Al-V中間合金等中間合金，以及電解鋁錠、固體回收鋁作為原料，于760-770℃熔煉成鋁液。于730-735℃的條件下，先采用氬氣往鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.16kg/t，爐內精煉時間15min；靜置50min；再采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為5L/h，輸入壓力8bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，并點入Ti、B絲，得到液態鋁合金。采用水冷半連續鑄造或急冷鑄造方法，冷卻速度為100℃/s，將液態鋁合金鑄造成鑄錠。均勻化時，加熱至510℃，保溫6小時，然后升溫至565℃，保溫12小時，得到坯料。將坯料進行擠壓，擠壓的溫度為510℃，坯料采用梯度加熱，擠壓速度為3m/min，擠壓比為21.4，得到Al-Mg-Si系抗撞合金型材。實施例3本實施例提供一種Al-Mg-Si系抗撞合金型材，按質量百分數計，其合金元素成分為：Si：0.7％；Fe：0.05％；Mn：0.15％；Cu：0.05％；Mg：0.75％；Cr：0.1％；Zn：0.05％；V：0.1％；余量為Al。該Al-Mg-Si系抗撞合金型材采用以下生產方法制得：按照上述合金元素成分選取Al-Cr中間合金、Al-V中間合金等中間合金，以及電解鋁錠、固體回收鋁作為原料，于750-770℃熔煉成鋁液。于745-750℃的條件下，先采用氬氣往鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.18kg/t，爐內精煉時間16min；靜置60min；再采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為6L/h，輸入壓力10bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，并點入Ti、B絲，得到液態鋁合金。采用水冷半連續鑄造或急冷鑄造方法，冷卻速度為110-115℃/s，將液態鋁合金鑄造成鑄錠。均勻化時，加熱至510℃，保溫6小時，然后升溫至565℃，保溫12小時，得到坯料。將坯料進行擠壓，擠壓的溫度為510℃，坯料采用梯度加熱，擠壓速度為3m/min，擠壓比為21.4，得到Al-Mg-Si系抗撞合金型材。對比例1本對比例提供一種Al-Mg-Si系合金型材，按質量百分數計，其合金元素成分為：Si：0.6％；Fe：0.30％；Mn：0.2％；Cu：0.1％；Mg：0.48％；Cr：0.1％；Zn：0.15％；V：0.05％；余量為Al。該Al-Mg-Si系合金型材的制作工藝與實施例2中的制作工藝相同。對比例2本對比例提供一種Al-Mg-Si系合金型材，按質量百分數計，其合金元素成分為：Si：0.75％；Fe：0.30％；Mn：0.28％；Cu：0.18％；Mg：0.58％；Cr：0.2％；Zn：0.15％；V：0.15％；余量為Al。該Al-Mg-Si系合金型材的制作工藝與實施例1中的制作工藝相同。產品性能檢測：一、力學性能檢測分別測量實施例1-3中的Al-Mg-Si系抗撞合金型材，以及對比例1-2中的Al-Mg-Si系合金型材的力學性能，結果如下表所示。表1各合金型材的力學性能實施例1實施例2實施例3對比例1對比例2抗拉強度/MPa190200210210190屈服強度/MPa100110120120100延伸率/％3132352321由上表可以看出，按照本發明實施例的制作工藝制得的Al-Mg-Si系抗撞合金型材的抗拉強度為190-210MPa；屈服強度為100-120MPa；延伸率為30％左右；而按照常規工藝制得的Al-Mg-Si系合金型材的抗拉強度為190-210MPa；屈服強度為100-120MPa；延伸率為20％左右。二、靜態壓縮試驗用INSTRON1346材料力學性能實驗系統分別對實施例1-3中的Al-Mg-Si系抗撞合金型材，以及對比例1-2中的傳統Al-Mg-Si系合金型材進行靜態壓縮試驗，加載速率為1mm/s，實驗環境為室溫。試驗結果為：實施例1-3中的Al-Mg-Si系抗撞合金型材在在靜態壓縮后沿壓縮方向產生縱向折疊變形，無明顯裂紋，而對比例1-2中的Al-Mg-Si系合金型材在靜態壓縮后，不僅沿壓縮方向產生縱向折疊變形，而且有嚴重的裂紋。三、觀察金相組織用金相顯微鏡分別觀看實施例1-3中的Al-Mg-Si系抗撞合金型材，以及對比例1-2中的傳統Al-Mg-Si系合金型材經過靜態壓縮試驗后的試樣。觀察發現：實施例1-3中的Al-Mg-Si系抗撞合金型材在靜態壓縮后的試樣組織呈現明顯的擠壓，而對比例1-2中的Al-Mg-Si系合金型材在靜態壓縮后的試樣組織發生明顯再結晶，晶粒粗大。綜上所述，本發明實施例的Al-Mg-Si系抗撞合金型材的強度較高，同時具有良好的塑性和韌性，因而具有良好的抗碰撞性能，用于制造高速列車車體。該Al-Mg-Si系抗撞合金型材的制作工藝，方法簡單，適合工業化生產。以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。當前第1頁1 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