一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造 圓錠的均勻化處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鐵路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，對(duì)鐵道車(chē)輛提出了越來(lái)越高的要求，輕質(zhì)高速已成為現(xiàn) 代化鐵道車(chē)輛的重要指標(biāo)。中強(qiáng)Al-Zn-Mg鋁合金不僅具有密度小、適中的強(qiáng)度和好的可焊 性，而且具有較寬的固溶處理溫度范圍，優(yōu)良的熱變形性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，在高鐵制造 行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 中強(qiáng)Al-Zn-Mg鋁合金圓錠采用井式直接水冷半連續(xù)鑄造生產(chǎn)工藝，鑄錠由于澆 注速度和冷卻速度較大，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的枝晶偏析、鑄造應(yīng)力、以及大量沿晶界分布的非平 衡共晶組織，嚴(yán)重影響鑄錠的塑性加工性能及最終產(chǎn)品性能。工業(yè)上通常采用高溫均勻化 退火的方法來(lái)消除以上缺陷。
[0004] 目前工業(yè)化生產(chǎn)的Al-Zn-Mg合金均勻化工藝通常采用單級(jí)均勻化或雙級(jí)（多級(jí)） 均勻化，一級(jí)均勻化：升溫一高溫保溫一冷卻；二級(jí)均勻化：升溫一低溫保溫一升溫一高溫 保溫一冷卻。但上述方法存在如下技術(shù)缺點(diǎn)：（1)鑄錠由室溫直接升溫至退火溫度的過(guò)程 中需要經(jīng)歷多個(gè)第二相的析出區(qū)間，常規(guī)升溫工藝無(wú)法保證圓鑄錠的溫度均勻性，組織存 在差異，導(dǎo)致鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓后產(chǎn)品性能不均勻；（2)鑄錠一般采用快速冷卻和慢速冷卻，當(dāng) 鑄錠從退火溫度快速冷卻到室溫時(shí)，鑄錠內(nèi)部存在應(yīng)力，影響鑄錠的機(jī)加工和擠壓性能，嚴(yán) 重時(shí)還會(huì)影響產(chǎn)品的綜合性能；（3)鑄錠從退火溫度慢速冷卻到室溫可以降低應(yīng)力，但需 要經(jīng)歷一段很長(zhǎng)的析出溫度區(qū)間，導(dǎo)致固溶體析出大量平衡相，降低了材料的強(qiáng)度，也由于 鑄錠內(nèi)外溫度相差較大，導(dǎo)致鑄錠心部和邊部的析出組織存在很大的差異，無(wú)法保證材料 的性能均勻性。
[0005] 鑒于上述問(wèn)題，有必要對(duì)高鐵用中強(qiáng)Al-Zn-Mg鋁合金的均勻化處理進(jìn)行進(jìn)一步 研宄，提高塑性加工性能及最終產(chǎn)品性能，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半 連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方法，本發(fā)明可以提高鑄錠均熱的生產(chǎn)效率，控制均熱組織的 均勻性，提高第二相粒子的分布均勻性，從而提高型材產(chǎn)品的力學(xué)性能。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方法，均勻化處理時(shí)升 溫、保溫以及降溫的步驟為：
[0009] (1)將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至低溫區(qū)T1，T1為100°C-270°c，升溫 速率為 3°C/h-30°C/h，保溫 0h-20h;
[0010] (2)再將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至中溫區(qū)T2，T2為350°C-450°c，升 溫速率為15°C/h-100°C/h，保溫時(shí)間為0. 5h-15h;
[0011] (3)然后將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至高溫區(qū)T3，T3為450°C_520°C， 升溫速率為10°c/h-50°c/h，保溫時(shí)間為6h-64h;
[0012] (4)將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至降溫低溫區(qū)T4,T4為100°C_350°C， 降溫速率為10°c/h-300°c/h;
[0013] (5)最后，將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至室溫，降溫速率為50°C/ h-1000。。/h〇
[0014] 優(yōu)選地，本發(fā)明的高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方法，在均 勻化處理時(shí)升溫、保溫以及降溫的步驟為：
[0015] (1)將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至低溫區(qū)150°C-200°C，升溫速率為 10°C/h-20°C/h，保溫 0h-20h;
[0016] (2)再將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至中溫區(qū)350°C_450°C，升溫速率為 50°C/h-80°C/h，保溫時(shí)間為 3h-10h;
[0017] (3)然后將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至高溫區(qū)450°C_520°C，升溫速率 為 20°C/h-30°C/h，保溫時(shí)間為 12h-40h;
[0018] (4)將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至降溫低溫區(qū)200°C_300°C，降溫速率 為 20(TC/h-26(TC/h;
[0019] (5)最后，將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至室溫，降溫速率為500°C/ h-80(TC/h〇
[0020] 其中，所述步驟（1)-(3)中升溫時(shí)采用的是一級(jí)或多級(jí)升溫方式。
[0021] 其中，所述步驟（4)和（5)中，冷卻方式采用空冷、風(fēng)冷、水冷或水霧冷中的一種或 多種。
[0022] 均勻化處理的目的是使一次析出相充分回溶，經(jīng)過(guò)后續(xù)擠壓、固溶工藝，最后在時(shí) 效處理過(guò)程中析出相均勻、細(xì)小。均勻化過(guò)程中起決定作用的是退火的溫度和時(shí)間，溫度越 高，在同一溫度下保溫的時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于原子的充分?jǐn)U散。當(dāng)均勻化處理溫度較低時(shí)， 難以使一些具有較高熔點(diǎn)的一次凝固析出相實(shí)現(xiàn)充分回溶；而當(dāng)均勻化處理溫度過(guò)高時(shí)， 鑄錠中存在的一些低熔點(diǎn)共晶相將會(huì)出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象；上述矛盾導(dǎo)致傳統(tǒng)的均勻化處理溫度 一般不能選擇過(guò)高，從而導(dǎo)致Al-Zn-Mg鋁合金鑄錠中一次凝固析出相殘留量過(guò)大。
[0023] 因此，需選擇合理的均勻化溫度及時(shí)間，使一次析出相最大限度的回溶。本發(fā)明 通過(guò)針對(duì)高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理的研宄作了大量工作，獲得 了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研宄結(jié)果表明，450°C-520°C這一溫度區(qū)間是較為合適的均勻化退火溫 度。
[0024] 進(jìn)一步地，本發(fā)明將圓鑄錠由室溫升溫至退火溫度分成3步來(lái)完成，降溫至室溫 的過(guò)程分成2步來(lái)完成，升溫曲線方程為二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，而降溫曲線方程為二階導(dǎo)數(shù)不連 續(xù)。升溫和降溫過(guò)程中的吸熱和放熱量可用積分式表述為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方法，其特征在于均勻化 處理時(shí)升溫、保溫以及降溫的步驟為： (1) 將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至低溫區(qū)Tl，Tl為100°C_270°C，升溫速率 為 3°C/h-40°C/h，保溫 0h-20h; (2) 再將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至中溫區(qū)T2，T2為300°C_450°C，升溫速 率為 15°C/h-100°C/h，保溫時(shí)間為 0? 5h-15h; (3) 然后將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至高溫區(qū)T3,T3為450°C_520°C，升溫 速率為l〇°C/h-50°C/h，保溫時(shí)間為6h-64h; (4) 將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至降溫低溫區(qū)T4,T4為160°C_420°C，降溫 速率為l〇°C/h-300°C/h; (5) 最后，將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至室溫，降溫速率為50°C/h-1000°C/ h〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方 法，其特征在于均勻化處理時(shí)升溫、保溫以及降溫的步驟為： (1) 將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至低溫區(qū)150°C_220°C，升溫速率為10°C/ h-30°C/h，保溫 0h-20h; (2) 再將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至中溫區(qū)350°C-430 °C，升溫速率為 40°C/h-70°C/h，保溫時(shí)間為 3h-10h; (3) 然后將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠升溫至高溫區(qū)450°C-520°C，升溫速率為 20°C/h-30°C/h，保溫時(shí)間為 12h-40h; (4) 將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至降溫低溫區(qū)220°C-380°C，降溫速率為 160〇C/h-260〇C/h； (5) 最后，將Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠降溫至室溫，降溫速率為200°C/h-800°C/ h〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處 理方法，其特征在于：所述步驟（1)-(3)中升溫時(shí)，采用的是一級(jí)或多級(jí)升溫方式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處 理方法，其特征在于：所述步驟（4)和（5)中，冷卻方式采用空冷、風(fēng)冷、水冷或水霧冷中的 一種或多種。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高鐵用Al-Zn-Mg合金半連續(xù)鑄造圓錠的均勻化處理方法，屬于鋁合金加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的均勻化處理過(guò)程包括升溫過(guò)程和降溫過(guò)程：升溫過(guò)程是緩慢升溫至低溫區(qū)并保溫或不保溫，然后快速升至中溫區(qū)保溫一段時(shí)間，最后再緩慢升到高溫區(qū)保溫較長(zhǎng)的時(shí)間；降溫過(guò)程為緩慢降溫至低溫區(qū)，然后快速降至室溫，完成均勻化退火。本發(fā)明可以提高鑄錠均熱的生產(chǎn)效率，控制均熱組織的均勻性，提高第二相粒子的分布均勻性，從而提高型材產(chǎn)品的力學(xué)性能。
【IPC分類(lèi)】C22F1-053
【公開(kāi)號(hào)】CN104762574
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510142597
【發(fā)明人】聶祚仁, 周文標(biāo), 黃暉, 張明珠, 謝清真
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月29日