高速列车铝合金支撑槽及其制备方法
阅读说明：本技术 高速列车铝合金支撑槽及其制备方法 (Aluminum alloy supporting groove of high-speed train and preparation method thereof ) 是由 任伟才 肖栋 范坤 郑和平 马旭 于 2021-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供高速列车铝合金支撑槽铝合金及其制备方法,主要涉及铝合金领域。其包括：提供成分为5.0-7.5wt.％Zn,2.0-3.5wt.％Mg,1.0-2.5wt.％Ag,0.3-0.6wt.％Sc,0.6-0.8wt.％Zr,杂质元素总量小于0.02wt.％以及余量为Al的铝合金；本发明的有益效果在于：本发明能够在保证铝合金机械强度的前提下,同时具备良好的耐腐蚀性能,极大的降低高速列车的维护成本。(The invention provides aluminum alloy for an aluminum alloy support groove of a high-speed train and a preparation method thereof, and mainly relates to the field of aluminum alloy. It includes: providing an aluminum alloy having a composition of 5.0-7.5 wt.% Zn, 2.0-3.5 wt.% Mg, 1.0-2.5 wt.% Ag, 0.3-0.6 wt.% Sc, 0.6-0.8 wt.% Zr, less than 0.02 wt.% total impurity elements, and the balance Al; the invention has the beneficial effects that: the invention can ensure the mechanical strength of the aluminum alloy, has good corrosion resistance and greatly reduces the maintenance cost of the high-speed train.)
技术领域
本发明主要涉及铝合金领域，具体是高速列车铝合金支撑槽及其制备方法。
背景技术
高速列车在服役过程中不可避免的与各种腐蚀环境接触，其中海洋性环境中Cl-对高速列车的腐蚀损伤威胁最大。随着高速列车服役时间的延长，腐蚀问题逐步显现。例如设备舱支架与支撑槽的连接部位，其中设备舱支架和支撑槽为铝合金，通过304不锈钢角钢和螺栓进行连接。铝合金的腐蚀电位通常在-0.7 V左右，不锈钢的腐蚀电位在-0.2V左右[5]，二者之间存在0.5V的电位差，在腐蚀环境中将引起铝合金和不锈钢之间的电偶腐蚀问题。当发生电偶腐蚀时，低电位的铝合金成为阳极而发生快速腐蚀。在进行五级修的动车组列车中，已经发现部分支撑槽出现严重腐蚀问题。由于缺乏该类型连接件的具体腐蚀参数，对该类型连接件的腐蚀损伤及腐蚀损伤的演化规律尚不明确，然而，绝大多数研究都集中于车体地板结构，而对于支撑槽结构的研究却很少。支撑槽结构在整个车体因此也无法对部件的剩余寿命进行评估。目前针对这类腐蚀问题均采用直接更换新部件的方法进行处理，极大地增加了高速列车的维护成本。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了高速列车铝合金支撑槽及其制备方法，它能够在保证铝合金机械强度的前提下，同时具备良好的耐腐蚀性能，极大的降低高速列车的维护成本。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
高速列车铝合金支撑槽及其制备方法，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：Zn：5.0-7.5wt.％，Mg：2.0-3.5wt.％，Ag：1.0-2.5wt.％，Sc： 0.3-0.6wt.％，Zr：0.6-0.8wt.％，余量为Al及不可避免杂质；
其制备方法如下：
S1：将纯Al、纯Zn、纯Mg加入熔炼炉中加热至700-720℃熔化，然后升温至720-755℃后加入Al-20Ag中间合金、Al-25Sc中间合金；
S2：通高纯氩气，在720-755℃下保温20-30min，随后加入Al-25Zr中间合金保温0.75-2h，最后降温至660-690℃，静置10-15min；
S3：在660-690℃下浇铸制得铝合金铸锭；
S4：将S3得到的铝合金铸锭进行低温预挤压，挤压温度为50-200度；
S5：将S4步骤的铝合金进行往复挤压，其中挤压温度为400-450℃，总累积应变量为5-12；
S6：对S5得到的铝合金产品进行多级时效处理。
优选的，所述S4步骤前，先对铝合金进行均匀化处理，均匀化处理为在 410-455℃下保温8-24h。
优选的，所述S4步骤中低温预挤压的挤压比为10-20。
优选的，所述S5步骤中，等温往复挤压的挤压比为4-6，挤压道次为4-8。
优选的，所述S6步骤中，多级时效为双级时效，预时效为100-120℃下保温24h，终时效为180-200℃下24h。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明向铝中添加高固溶元素Zn与稀土元素Sc、Zr，在进行均匀化处理后，形成具有高固溶度的铝合金铸态坯料，经由后续多级挤压以及多级时效处理，形成了细小、弥散的沉淀相，从而提高了铝合金的应变硬化率，有效提高了铝合金的强度和延伸率。本发明还添加了Ag元素，Ag元素在铝合金中能够起到抗腐蚀的作用，从而提高本铝合金产品的耐腐蚀性能。同时通过多级挤压以及多级时效处理，使本铝合金能够形成更为均匀致密的细化晶粒，提高固溶度与弥散沉淀效，在保证铝合金的机械强度以及延展性能之外，具有更好的抗腐蚀能力。
附图说明
附图1是本发明实施例1铝合金产品金相图；
附图2是本发明实施例2铝合金产品金相图；
附图3是本发明实施例3铝合金产品金相图；
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例1：
本实施例中所述高速列车铝合金支撑槽铝合金，包括以下质量百分比的组分：Zn：5.0wt.％，Mg：2.0wt.％，Ag：1.0wt.％，Sc：0.3wt.％，Zr：0.6wt.％，余量为Al及不可避免杂质；
其制备方法如下：
首先将纯Al、纯Zn、纯Mg加入熔炼炉中加热至700℃熔化，然后升温至720 ℃后加入Al-20Ag中间合金、Al-25Sc中间合金；然后通高纯氩气，在730℃下保温20min，随后加入Al-25Zr中间合金保温1h，最后降温至680℃，静置 15min，在660-690℃下浇铸制得铝合金铸锭。然后对铝合金进行均匀化处理，均匀化处理为在430℃下保温20h。然后将得到的铝合金铸锭进行低温预挤压，挤压温度为100度，挤压比为10。将与挤压后的铝合金进行往复挤压，等温往复挤压的挤压比为5，挤压道次为7，其中往复挤压温度为450℃，总累积应变量为10。对挤压后的铝合金产品进行多级时效处理，多级时效为双级时效，预时效为120℃下保温24h，终时效为200℃下24h。
实施例2：
本实施例中所述高速列车铝合金支撑槽铝合金，包括以下质量百分比的组分：Zn：6.5wt.％，Mg：3.0wt.％，Ag：2.0wt.％，Sc：0.5wt.％，Zr：0.7wt.％，余量为Al及不可避免杂质；
其制备方法如下：
首先将纯Al、纯Zn、纯Mg加入熔炼炉中加热至700℃熔化，然后升温至720 ℃后加入Al-20Ag中间合金、Al-25Sc中间合金；然后通高纯氩气，在730℃下保温20min，随后加入Al-25Zr中间合金保温2h，最后降温至680℃，静置 15min，在660-690℃下浇铸制得铝合金铸锭。然后对铝合金进行均匀化处理，均匀化处理为在430℃下保温20h。然后将得到的铝合金铸锭进行低温预挤压，挤压温度为100度，挤压比为10。将与挤压后的铝合金进行往复挤压，等温往复挤压的挤压比为6，挤压道次为8，其中往复挤压温度为450℃，总累积应变量为12。对挤压后的铝合金产品进行多级时效处理，多级时效为双级时效，预时效为120℃下保温24h，终时效为200℃下24h。
实施例3：
本实施例中所述高速列车铝合金支撑槽铝合金，包括以下质量百分比的组分：Zn：7.5wt.％，Mg：3.5wt.％，Ag：2.5wt.％，Sc：0.6wt.％，Zr：0.8wt.％，余量为Al及不可避免杂质；
其制备方法如下：
首先将纯Al、纯Zn、纯Mg加入熔炼炉中加热至700℃熔化，然后升温至720 ℃后加入Al-20Ag中间合金、Al-25Sc中间合金；然后通高纯氩气，在730℃下保温20min，随后加入Al-25Zr中间合金保温2h，最后降温至680℃，静置 15min，在660-690℃下浇铸制得铝合金铸锭。然后对铝合金进行均匀化处理，均匀化处理为在430℃下保温20h。然后将得到的铝合金铸锭进行低温预挤压，挤压温度为100度，挤压比为10。将与挤压后的铝合金进行往复挤压，等温往复挤压的挤压比为6，挤压道次为8，其中往复挤压温度为450℃，总累积应变量为12。对挤压后的铝合金产品进行多级时效处理，多级时效为双级时效，预时效为120℃下保温24h，终时效为200℃下24h。
对实施例1-3所得铝合金进行拉伸试验与腐蚀性能测试，得出数据如下表：
由实施例、附图与表格所知，随着Zn、Mg、Sc、Zr元素添加量的增加，晶粒细度更加均匀，且铝合金强度在配比取中间范围时为最好。随着Ag元素的增加，本铝合金产品抗腐蚀性能逐渐增加。随着挤压比以及挤压次数的增加，晶粒细度也在增加，延伸率同样得到增益效果。
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