本發(fā)明涉及鋁合金型材制造領(lǐng)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(shù)：
：我國目前是世界上高速鐵路通車?yán)锍套铋L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(jié)構(gòu)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(zhì)量輕、比強度高、耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、易于加工成形和易于做表面防護處理等優(yōu)點，是高速列車車體結(jié)構(gòu)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(cè)墻、端墻以及車廂內(nèi)的座椅架、空調(diào)系統(tǒng)、門窗、衛(wèi)生設(shè)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(yōu)良的鋁合金材料。對文獻資料檢索發(fā)現(xiàn)，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(guī)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(fā)擠壓性能更好、強度更高、耐腐蝕性和焊接性能更加優(yōu)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(fā)展要求。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和發(fā)展。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)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(fā)明采取了以下技術(shù)方案：一種高速列車車體用鋁合金型材，其中，按照質(zhì)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(zhì)，其中，單種雜質(zhì)的含量小于0.05%，雜質(zhì)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(jié)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(jié)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(nèi)精煉除氣除渣處理；S4：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上、孔隙度為40~80ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為350~400轉(zhuǎn)/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(xù)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(fā)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(zhì)，其中，單種雜質(zhì)的含量小于0.05%，雜質(zhì)總量小于0.15%。本發(fā)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(yōu)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(cè)墻、端墻等，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。具體實施方式本發(fā)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(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明所述一種高速列車車體用鋁合金型材，其中，按照質(zhì)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(zhì)，其中，單種雜質(zhì)的含量小于0.05%，雜質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(zhì)點，能阻止鋁合金型材的再結(jié)晶過程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒，提高鋁合金型材的再結(jié)晶溫度。另外，RuAl6化合物還能溶解雜質(zhì)元素鐵，使鋁合金型材中的富鐵相從片狀或針狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)密的晶體組織，減小雜質(zhì)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(jié)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(xì)化元素，能細(xì)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(xì)化為細(xì)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(fā)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(jié)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(jié)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(nèi)精煉除氣除渣處理；S4：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上、孔隙度為40~80ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為350~400轉(zhuǎn)/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(xù)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(fā)明在優(yōu)化Zn、Mg主合金元素含量的基礎(chǔ)上，再添加微量的Si、Ru、V、Ti元素，形成多元復(fù)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(fā)明通過采用高純度的鋁錠、鋅錠、鎂錠、結(jié)晶硅、Al-20Ru合金、Al-10V合金和Al-20Ti合金為主要原材料，結(jié)合爐內(nèi)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(yōu)良的耐腐蝕和焊接性能。進一步地，本發(fā)明采用超聲波振動半連續(xù)鑄造方法將鋁合金液半連續(xù)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(yīng)，破碎細(xì)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(fā)明通過半連續(xù)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(shù)量，降低生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)組份質(zhì)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(zhì)，其中，單種雜質(zhì)的含量小于0.05%，雜質(zhì)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(jié)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(jié)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(nèi)精煉除氣除渣處理；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上、孔隙度為40ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為350轉(zhuǎn)/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(xù)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(chǎn)組份質(zhì)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(zhì)，其中，單種雜質(zhì)的含量小于0.05%，雜質(zhì)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(jié)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(jié)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(nèi)精煉除氣除渣處理；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上、孔隙度為60ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為385轉(zhuǎn)/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(xù)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(chǎn)組份質(zhì)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(zhì)，其中，單種雜質(zhì)的含量小于0.05%，雜質(zhì)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(jié)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(jié)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(nèi)精煉除氣除渣處理；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上、孔隙度為80ppi的泡沫陶瓷過濾板和石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為400轉(zhuǎn)/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(xù)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在DNS200型萬能電子拉伸試驗機上進行室溫拉伸，結(jié)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(xué)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(fā)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(yōu)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(cè)墻、端墻等，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3