【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋁合金材料，具體涉及一種用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著高速列車運(yùn)行速度的逐漸提高及節(jié)能環(huán)保的重要需求，對(duì)高速列車關(guān)鍵部件支撐座的性能要求也在提高，在滿足支撐座高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械性能要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)減重是高速列車發(fā)展所面臨的重大改革和結(jié)構(gòu)性調(diào)整，實(shí)施提速、安全的發(fā)展技術(shù)，需要對(duì)支撐座產(chǎn)品進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和構(gòu)件輕量化。目前運(yùn)營(yíng)的高速列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷主要為鋼制結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致外置轉(zhuǎn)向架中心銷體總體質(zhì)量較高，已嚴(yán)重影響了列車的高速要求。鋁合金作為輕量化的結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)兼具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐蝕性好、易成型和加工等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高速列車的制造領(lǐng)域。但現(xiàn)有的鋁合金力學(xué)性能較差，其性能上難以達(dá)到高速列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中高速列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷中心銷難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化和高承載需求的問題。
2、本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：提供一種用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金，包括以下重量百分比的組分：5.8～8.0％?zn、1.5～2.7％mg、1.5～3.0％cu、0.07～0.35％?zr、0.04～0.2％?ti、0.04～0.2％?mn、0.05～0.5％nd、0.1～0.3％?sr、0.1～0.3％?sc，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。
3、本專利技術(shù)的有
4、微量nd的添加形成了al8cu4nd相，在超塑性模鍛過程中此相被細(xì)化，細(xì)化晶粒，增加晶界面積，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)合金的機(jī)械性能和抗疲勞能力；同時(shí)nd元素還會(huì)形成al3nd粒子，在釘扎位錯(cuò)的同時(shí)加速合金時(shí)效進(jìn)程。
5、sr和zr會(huì)形成al3zr微粒，從而在基體中起到晶粒細(xì)化的效果，增強(qiáng)材料的抗疲勞性和延展性；sr通過細(xì)化晶粒，能夠改變材料中的雜質(zhì)相分布，減少應(yīng)力集中效應(yīng)，從而提高抗裂性，提升合金的機(jī)械性能和整體穩(wěn)定性。
6、sc與zr在鋁合金中主要形成的析出相為al3sc、al3zr，通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高合金的屈服強(qiáng)度。同時(shí)sc與zr還會(huì)結(jié)合形成復(fù)合相al3(sc,zr),在鋁基體中均勻分布，提高合金的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，從而使得鋁合金在高性能應(yīng)用中具有更好的強(qiáng)度和韌性。
7、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)還可以做如下改進(jìn)：
8、進(jìn)一步，包括以下重量百分比的組分：6.3％?zn、1.8％?mg、2.5％?cu、0.2％?zr、0.15％?ti、0.1％?mn、0.2％?nd、0.2％?sr、0.2％?sc，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。
9、本專利技術(shù)還提供一種上述用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
10、s1.熔融澆注：按鋁合金中各元素的質(zhì)量百分比配置原材料，并將原材料熔融，澆注，得到合金鑄坯；
11、s2.多級(jí)均勻化處理：將合金鑄坯加熱至380～450℃保溫8～14h，再加熱至450～490℃保溫20～26h，室溫水冷；
12、s3.熱擠壓：將均勻化處理后的鑄坯加熱至380～450℃保溫2～6h，進(jìn)行熱擠壓，擠壓比≥10，擠壓筒預(yù)熱溫度為380～450℃，得到擠壓坯料；
13、s4.表面處理與預(yù)熱：將擠壓坯料進(jìn)行球磨拋光處理，然后加熱至380～450℃保溫2～6h，得到預(yù)熱合金坯料；
14、s5.超塑性模鍛預(yù)鍛：將預(yù)熱合金坯料置于模具中進(jìn)行超塑性模鍛預(yù)鍛，模具預(yù)熱溫度為380～450℃，模鍛溫度為380～450℃，模鍛速率為10×10-5至10×10-2mm/s，得到預(yù)鍛坯；
15、s6.超塑性模鍛終鍛：將預(yù)鍛坯置于模具中進(jìn)行超塑性模鍛終鍛，模具預(yù)熱溫度為380～450℃，模鍛溫度為380～450℃，模鍛速率為10×10-5至10×10-2mm/s，得到終鍛坯；
16、s7.分段熱處理：將終鍛坯加熱至450～500℃保溫2～6h后室溫水冷，再加熱至110～140℃保溫18～26h，空冷；
17、s8.激光表面強(qiáng)化：對(duì)分段熱處理后的終鍛坯進(jìn)行激光表面強(qiáng)化處理，激光功率為300～700w，掃描速度為1.5～3m/min，光斑直徑為2～6mm，搭接率為40％，即得。
18、采用上述技術(shù)方案的有益效果為：多級(jí)均勻化處理與較高的擠壓比確保了合金的晶粒細(xì)化，提升了材料的整體機(jī)械性能，使其在多向應(yīng)力下具備更強(qiáng)的抗裂能力；表面球磨拋光處理對(duì)鋁合金材料表面進(jìn)行強(qiáng)化，利用壓應(yīng)力減少表面缺陷，提高表面疲勞強(qiáng)度和耐磨性；多階段熱處理通過高溫退火和低溫時(shí)效的熱處理組合，控制晶粒結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中，實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)度和韌性的平衡；本專利技術(shù)還采用了兩步超塑性模鍛，保證了模鍛溫度在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行，以使模鍛過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而致晶粒細(xì)化并等軸化，從而有利于進(jìn)一步成型及提高最終力學(xué)性能；激光表面強(qiáng)化通過引入高壓殘余應(yīng)力，顯著改善抗疲勞性能，提高材料的使用壽命。
19、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)還可以做如下改進(jìn)：
20、進(jìn)一步，原料包括鋁錠、al-zr中間合金、al-mn中間合金、al-ti中間合金、al-nd中間合金、al-sr中間合金、al-sc中間合金、鋅錠和鎂錠。
21、進(jìn)一步，步驟s1熔融澆注的具體步驟為：將鋁錠加熱至融化，將熔體升溫至680～700℃，加入al-cu中間合金；繼續(xù)將熔體溫度升至720～740℃，加入al-zr中間合金、al-ti中間合金、al-mn中間合金、al-nd中間合金、al-sr中間合金和al-sc中間合金；然后將熔體溫度降至690～710℃，加入鋅錠和鎂錠；再將熔體升溫至720～730℃，攪拌，靜置，待熔體溫度降至710～720℃時(shí)，澆注，得到合金鑄坯。
22、進(jìn)一步，在s2多級(jí)均勻化處理步驟前將合金鑄坯去除外皮。
23、進(jìn)一步，步驟s4表面處理與預(yù)熱中球磨拋光工藝的參數(shù)為磨球直徑為5～15mm，球磨壓力為10～30mpa，轉(zhuǎn)速為300～800rpm，球磨時(shí)間為10～30min。
24、進(jìn)一步，步驟s5超塑性模鍛預(yù)鍛和步驟s6超塑本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金，其特征在于，包括以下重量百分比的組分：5.8～8.0％Zn、1.5～2.7％Mg、1.5～3.0％Cu、0.07～0.35％Zr、0.04～0.2％Ti、0.04～0.2％Mn、0.05～0.5％Nd、0.1～0.3％Sr、0.1～0.3％Sc，其余為Al和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金，其特征在于，包括以下重量百分比的組分：6.3％Zn、1.8％Mg、2.5％Cu、0.2％Zr、0.15％Ti、0.1％Mn、0.2％Nd、0.2％Sr、0.2％Sc，其余為Al和不可避免的雜質(zhì)。
3.權(quán)利要求1或2所述的用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述原料包括鋁錠、Al-Zr中間合金、Al-Ti中間合金、Al-Mn中間合金、Al-Nd中間合金、Al-Sr中間合金、Al-Sc中間合金、鋅錠和鎂錠。
5.按照權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟S1熔融澆注的具體
6.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，在S2多級(jí)均勻化處理步驟前將合金鑄坯去除外皮。
7.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟S4表面處理與預(yù)熱中球磨拋光工藝的參數(shù)為磨球直徑為5～15mm，球磨壓力為10～30MPa，轉(zhuǎn)速為300～800rpm，球磨時(shí)間為10～30min。
8.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟S5超塑性模鍛預(yù)鍛和步驟S6超塑性模鍛終鍛中模具預(yù)熱溫度為400℃，模鍛溫度為400℃。
9.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟S7分段熱處理中將終鍛坯加熱至480℃保溫4h后室溫水冷，再加熱至130℃保溫24h，空冷。
10.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟S8激光表面強(qiáng)化中激光束波長(zhǎng)為1064nm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金，其特征在于，包括以下重量百分比的組分：5.8～8.0％zn、1.5～2.7％mg、1.5～3.0％cu、0.07～0.35％zr、0.04～0.2％ti、0.04～0.2％mn、0.05～0.5％nd、0.1～0.3％sr、0.1～0.3％sc，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金，其特征在于，包括以下重量百分比的組分：6.3％zn、1.8％mg、2.5％cu、0.2％zr、0.15％ti、0.1％mn、0.2％nd、0.2％sr、0.2％sc，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。
3.權(quán)利要求1或2所述的用于制備列車外置轉(zhuǎn)向架中心銷的鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述原料包括鋁錠、al-zr中間合金、al-ti中間合金、al-mn中間合金、al-nd中間合金、al-sr中間合金、al-sc中間合金、鋅錠和鎂錠。
5.按照權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟s1熔融澆注的具體步驟為：將鋁錠加熱至融化，將熔體升溫至680～700℃，加入al-...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉兆金，張英波，徐鼎皓，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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