本發(fā)明涉及一種鋁合金棒材及其在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，屬于鋁合金棒材。

背景技術(shù)：

1、在軌道交通領(lǐng)域中，高硅含量的鋁合金在軌道交通等方面能夠獲得應(yīng)用的關(guān)鍵在于si相自身的獨(dú)特性能，如高硬度、高模量、低密度和低熱膨脹系數(shù)等，尤其適用于耐磨領(lǐng)域。

2、在高硅含量的鋁合金中，由于引入耐熱性元素(如fe、ni等)來(lái)達(dá)到室/高溫性能和組織穩(wěn)定性同時(shí)改善的目的。然而由于快速凝固引起的亞穩(wěn)富fe相在隨后的加工處理或高溫長(zhǎng)時(shí)工況下會(huì)發(fā)生相變和由擴(kuò)散控制的長(zhǎng)大粗化(l.g.hou,etal.int.j.miner.metall.mater.,2010,17:297.)，表明fe元素合金化在優(yōu)化合金組織熱穩(wěn)定性方面依然不足。

3、經(jīng)過(guò)分析，鋁合金中的有害針狀富fe相，如果大量富集在鋁合金棒材的表面，其對(duì)鋁合金棒材在極端條件下的應(yīng)用會(huì)造成阻礙，比如在-10℃的環(huán)境下，其高強(qiáng)度連續(xù)工作，其可能會(huì)發(fā)生大面積龜裂，最終導(dǎo)致以龜裂處發(fā)生斷裂等。

4、因此，提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種鋁合金棒材及其在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，具體技術(shù)方案如下：

2、一種鋁合金棒材，由以下組分重量百分比組成：

3、si：10～12％；mg：0.1～0.5％；fe：0.2～0.3％；cu：0.3～0.7％；mn：≤0.05％；ti：0.01～0.03％；zn：≤0.05％；cr：≤0.03％；其余為al。

4、更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述鋁合金棒材的制備方法包括以下步驟：

5、步驟1、合金熔煉

6、按配比配料并稱重，將鋁合金原料投入熔煉爐內(nèi)熔煉；

7、步驟2、精煉

8、向熔煉爐內(nèi)加入精煉劑，并向爐內(nèi)吹入氬氣進(jìn)行精煉；

9、步驟2、靜置

10、精煉結(jié)束后，熔煉爐內(nèi)的鋁合金熔液靜置最少30min；

11、步驟3、鑄造

12、將鋁合金熔液通過(guò)鋁合金壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄，得到壓鑄棒；

13、步驟4、時(shí)效處理

14、對(duì)壓鑄棒進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金棒材成品。

15、更進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟1中，熔煉溫度為860℃～930℃，熔煉時(shí)間為10h～12h。

16、更進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟2中，精煉時(shí)間為30～40min，精煉溫度為720～740℃。

17、更進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟3中，鋁合金熔液被壓射進(jìn)入模具時(shí)的初始溫度為780～800℃，鑄造速度為11～13mm/min，鑄造壓力為70mpa～95mpa。

18、更進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟4中，在190℃～220℃的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為2-3小時(shí)。

19、更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述模具包括鑄鐵模具本體，所述鑄鐵模具本體的中央設(shè)置有壓鑄棒型腔；所述鑄鐵模具本體的前段設(shè)置有兩段功能區(qū)，所述功能區(qū)包括冷卻單元和加熱單元，所述冷卻單元包括設(shè)置在鑄鐵模具本體內(nèi)的冷卻液換熱通道，所述冷卻液換熱通道分布在壓鑄棒型腔的外側(cè)，所述冷卻液換熱通道的內(nèi)部通入液態(tài)二氧化碳；所述冷卻單元和加熱單元之間均設(shè)置有隔絕單元，所述隔絕單元包括混凝土澆鑄塊，所述混凝土澆鑄塊的中央設(shè)置有氧化鋁陶瓷圈，所述氧化鋁陶瓷圈的內(nèi)腔構(gòu)成壓鑄棒型腔的一部分；所述加熱單元的外周套設(shè)有電磁感應(yīng)加熱線圈。

20、更進(jìn)一步的改進(jìn)，靠近壓鑄棒型腔輸入端的功能區(qū)為第一個(gè)功能區(qū)，另外那個(gè)功能區(qū)為第二個(gè)功能區(qū)；第一個(gè)功能區(qū)中冷卻單元處的溫度-4～0℃，第一個(gè)功能區(qū)中加熱單元處的溫度為510～525℃；第二個(gè)功能區(qū)中冷卻單元處的溫度0～4℃，第二個(gè)功能區(qū)中加熱單元處的溫度為390～410℃；

21、第一個(gè)功能區(qū)中冷卻單元的長(zhǎng)度等于第二個(gè)功能區(qū)中冷卻單元的長(zhǎng)度，第二個(gè)功能區(qū)中加熱單元的長(zhǎng)度與第一個(gè)功能區(qū)中加熱單元的長(zhǎng)度之比為1.3:1。

22、更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述氧化鋁陶瓷圈的內(nèi)壁涂覆有脫模劑。

23、更進(jìn)一步的改進(jìn)，上述鋁合金棒材在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用。

24、本發(fā)明的有益效果：

25、1、本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)配方，提高si含量，在fe含量不變的情況下，能夠進(jìn)一步優(yōu)化富fe相的分布。

26、2、通過(guò)在壓鑄時(shí)，經(jīng)過(guò)冷熱交替的模具中，進(jìn)一步控制富fe相的分布，在保證機(jī)械強(qiáng)度不下降的前提下，最大限度提高貧fe相區(qū)厚度，同時(shí)降低制富fe相的占比，避免制富fe相的大面積團(tuán)聚，從而顯著提升該鋁合金棒材在極端條件下的應(yīng)用壽命，使其能夠滿足在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種鋁合金棒材，其特征在于：由以下組分重量百分比組成：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金棒材，其特征在于，所述鋁合金棒材的制備方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：在步驟1中，熔煉溫度為860℃～930℃，熔煉時(shí)間為10h～12h。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：在步驟2中，精煉時(shí)間為30～40min，精煉溫度為720～740℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：在步驟3中，鋁合金熔液被壓射進(jìn)入模具時(shí)的初始溫度為780～800℃，鑄造速度為11～13mm/min，鑄造壓力為70mpa～95mpa。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：在步驟4中，在190℃～220℃的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為2-3小時(shí)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：所述模具包括鑄鐵模具本體(30)，所述鑄鐵模具本體(30)的中央設(shè)置有壓鑄棒型腔(31)；所述鑄鐵模具本體(30)的前段設(shè)置有兩段功能區(qū)(10)，所述功能區(qū)(10)包括冷卻單元(13)和加熱單元(11)，所述冷卻單元(13)包括設(shè)置在鑄鐵模具本體(30)內(nèi)的冷卻液換熱通道(131)，所述冷卻液換熱通道(131)分布在壓鑄棒型腔(31)的外側(cè)，所述冷卻液換熱通道(131)的內(nèi)部通入液態(tài)二氧化碳；所述冷卻單元(13)和加熱單元(11)之間均設(shè)置有隔絕單元(12)，所述隔絕單元(12)包括混凝土澆鑄塊(121)，所述混凝土澆鑄塊(121)的中央設(shè)置有氧化鋁陶瓷圈(122)，所述氧化鋁陶瓷圈(122)的內(nèi)腔構(gòu)成壓鑄棒型腔(31)的一部分；所述加熱單元(11)的外周套設(shè)有電磁感應(yīng)加熱線圈(20)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：靠近壓鑄棒型腔(31)輸入端的功能區(qū)(10)為第一個(gè)功能區(qū)(10)，另外那個(gè)功能區(qū)(10)為第二個(gè)功能區(qū)(10)；第一個(gè)功能區(qū)(10)中冷卻單元(13)處的溫度-4～0℃，第一個(gè)功能區(qū)(10)中加熱單元(11)處的溫度為510～525℃；第二個(gè)功能區(qū)(10)中冷卻單元(13)處的溫度0～4℃，第二個(gè)功能區(qū)(10)中加熱單元(11)處的溫度為390～410℃；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋁合金棒材，其特征在于：所述氧化鋁陶瓷圈(122)的內(nèi)壁涂覆有脫模劑。

10.如權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的一種鋁合金棒材在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種鋁合金棒材及其在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，所述鋁合金棒材是通過(guò)合金熔煉、精煉、靜置、鑄造、時(shí)效處理后得到。鋁合金熔液被壓射進(jìn)入的模具包括鑄鐵模具本體，所述鑄鐵模具本體的前段設(shè)置有兩段功能區(qū)，所述功能區(qū)包括冷卻單元和加熱單元，冷卻單元和加熱單元之間均設(shè)置有隔絕單元。本發(fā)明通過(guò)提高Si含量，在Fe含量不變的情況下，能夠進(jìn)一步優(yōu)化富Fe相的分布。通過(guò)在壓鑄時(shí)，經(jīng)過(guò)冷熱交替的模具中，進(jìn)一步控制富Fe相的分布，在保證機(jī)械強(qiáng)度不下降的前提下，最大限度提高貧Fe相區(qū)厚度，同時(shí)降低制富Fe相的占比，避免制富Fe相的大面積團(tuán)聚，從而顯著提升該鋁合金棒材在極端條件下的應(yīng)用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：崔立新,趙曉光,劉相法,武玉英,唐建國(guó),周吉學(xué),趙東清,吳勝利,高尚輝,馮宗玲,李成,張曉,崔雷,呂濤,辛文俠,成凱,王志偉,李明,王環(huán)宇,許英杰,甘偉科,郭帥,梁鵬,王丹丹,賈林麥,鄭婷婷,王世超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東創(chuàng)新金屬科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9