本发明公开了一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，所述6系轨道车辆悬挂臂铝型材，含有如下质量百分比的物质：Si 0.6-0.7％、Fe＜0.15％、Mg 0.5-0.7％、Mn 0.2-0.25％、Cu＜0.01％、Cr 0.1-0.25％、Zn＜0.05％、Ti 0.03-0.06％，其余为Al。本发明6系轨道车辆悬挂臂铝型材对现有技术的铝型材的化学成分进行优化，将Mn元素含量提升到0.2％，Cr元素提升至0.12％，借助Mn可以提高再结晶温度的特性，来抑制晶粒的长大，从而细化型材晶粒，提升材料微观组织(晶粒细化)，优化后的本发明具有高抗拉强度、高屈服强度和高延伸率。
1.一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，其特征在于：
所述6系轨道车辆悬挂臂铝型材含有如下质量百分比的物质：Si 0.6-0.7％、Fe＜0.15％、Mg 0.5-0.7％、Mn 0.2-0.25％、Cu＜0.01％、Cr 0.1-0.25％、Zn＜0.05％、Ti
所述6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法包括如下步骤：
(2)熔炼：计算各金属原料用量并按配比准备金属原料，金属原料包括：一级废料，纯度99.70％以上的铝锭及合金，所述合金为铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金、镁锭、锌锭和铝钛合金，所述一级废料占所述金属原料的量不超过40％；
投料时，熔炼炉的炉膛温度高于600℃，向熔炼炉中依次投入一级废料和铝锭，并加入铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金，炉料熔化下塌时，在熔体表面用铁锹均匀撒入
16Kg普通覆盖剂，炉料熔化1/3时，用永磁搅拌器，搅拌时间20min；
温度到735℃时撒入10kg打渣剂，关闭炉门焖3分钟，打开炉门，将熔渣彻底扒出炉外；
待炉料熔化后，在745±5℃条件下投入高熔点的铝钛合金，再依次投入锌锭和镁锭，加入镁锭后，在镁锭投入处均匀撒入无钠覆盖剂将其彻底覆盖，待其完全熔化后，用铁耙轻轻均匀地推向各处液面，再进行搅拌；
取样进行化学检测，调整各组份含量，使产品中的各组份含量满足要求；
熔炼结束后在熔炼炉中进行第一次精炼：在精炼容器中加入精炼剂1.5kg/T·Al，每年
6月1号—11月1号湿度较大，精炼剂用量为2kg/T·Al，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，并调整氩气压力，保证气泡高度小于等于100mm；
第一次精炼后转移至静置炉中进行第二次精炼，转炉温度为748±3℃，转炉时，除Mg外，不允许在流道内补料，熔炼炉溶化结束温度达到710℃开始至转移到静置炉前的熔体停留时间不超过3h；
第二次精炼：在精炼容器中加入精炼剂1.5kg/T·Al，每年6月1号—11月1号湿度较大，精炼剂用量为2kg/T·Al，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，打开氩气阀开关，将精炼管插入炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于
100mm，将精炼管移入炉膛内，打开开关喷入精炼剂进行精炼，在静置炉内由炉内至炉口横向精炼；
熔体温度大于730℃时，在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用；再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁大于50cm，分析试样后，若成分不合格则按要求进行补料，并对熔体人工采用铁耙对熔体各个位置进行均匀搅拌，搅拌时间5-10min，成分合格后用铁耙子扒出浮渣，第二次精炼后静置时间15-20min，测量熔体温度，在放流时的温度730-750℃，熔体在静置炉内第二次精炼后的停留时间不超过2小时；
(4)铸造、均质：铸造时转子设定大于500r/min，铸造每个转子氩气工作流量控制在
10-15L/min，过滤为一级过滤，使用40ppi过滤板，每次铸造前检查过滤板有无破裂、安装是否紧密，保证其与周边密封良好，若发现异常，及时更换，铸造前应双面加热至600℃以上，加热至桃红色，铸造时流盘内熔体温度＞700℃；均质采取550-570℃保温12h，后风冷
(5)挤压、拉直和时效，所述挤压过程中模具上机温度480-500℃，铝棒上机温度
480-520℃，挤压速度0.8-1.5m/min，残碇量设置为30mm，固溶处理采用水冷方式；所述固溶处理后的型材冷却到室温后进行拉直，拉直量控制在1％之内，将拉直后的型材用时效炉按照175±3℃的温度保温8小时，然后空气冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的所述取样进行化学检测的方法包括如下步骤：准备并检查取样勺和试样模是否有残铝异物，取样勺用钛白粉涮涂，取样前，必须开启永磁搅拌器，搅拌时间至少10min，人工搅拌不低于5min，然后将取样勺在炉子内预热2分钟，在铝液中涮净样勺，确认勺内无残铝，熔体温度在735±5℃时，在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用，再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，要求取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁大于50cm，采用取样勺取出铝液，30秒内迅速倒入试样模内，试样应无裂纹，无夹渣、气孔，根据取样分析计算结果，进行补料，补料温度740±5℃，物料加入后，关闭炉门，打开永磁搅拌器，搅拌10分钟，使合金充分熔化，取样分析，不合格继续调整，合格则转入下道工序。
一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝型材，特别是涉及一种用于6系轨道车辆悬挂臂铝型材及其制备方法。
背景技术
[0002] 铝合金除了具有密度小、导电性好、导热性高、抗腐蚀的优点，因此用铝合金做结构材料可以大大减轻产品重量和增加结构稳定性，在生产中得到广泛应用。尤其是作为永磁列车型材的6系铝合金，在满足结构强度要求的情况下不仅可以减轻车身重量，同时可以显著降低汽车的能耗。由此可见，铝合金将会代替钢铁材料，成为未来列车车体的主要材料。轨道车辆悬挂臂型材作为轨道车辆主要承重型材之一，受力大，要求该型材具有高强度和高刚度以及加工及成型性能好等特点。现有技术中的铝型材存在的问题：铝合金虽然密度小、重量轻，但它的综合性能(强度、断裂延性、微观组织)却制约它的应用。该型材宽度大、厚度厚、壁厚差距接近4倍，组织均匀性差，传统的生产工艺，只能牺牲强度来提高断裂延性且微观晶粒较粗大，严重制约6系铝合金在车体型材中的应用。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种高抗拉强度、高屈服强度、高延伸率的6系轨道车辆悬挂臂铝型材及其制备方法。
[0004] 一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，所述6系轨道车辆悬挂臂铝型材含有如下质量百分比的物质：Si 0.6-0.7％、Fe＜0.15％、Mg 0.5-0.7％、Mn 0.2-0.25％、Cu＜0.01％、Cr 0.1-0.25％、Zn＜0.05％、Ti 0.03-0.06％，其余为Al；
[0005] 所述6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法包括如下步骤：
[0006] (1)各炉体及装置的清洁；
[0007] (2)熔炼：计算各金属原料用量并按配比准备金属原料，金属原料包括：一级废料，纯度99.70％以上的铝锭及合金，所述合金为铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金、镁锭、锌锭和铝钛合金，所述一级废料占所述金属原料的量不超过40％；
[0008] 投料时，熔炼炉的炉膛温度高于600℃，向熔炼炉中依次投入一级废料和铝锭，并加入铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金，炉料熔化下塌时，在熔体表面用铁锹均匀撒入16Kg普通覆盖剂，炉料熔化1/3时，用永磁搅拌器，搅拌时间20min；
[0009] 温度到735℃时撒入10kg打渣剂，关闭炉门焖3分钟，打开炉门，将熔渣彻底扒出炉外；
[0010] 待炉料熔化后，在745±5℃条件下投入高熔点的铝钛合金，再依次投入锌锭和镁锭，加入镁锭后，在镁锭投入处均匀撒入无钠覆盖剂将其彻底覆盖，待其完全熔化后，用铁耙轻轻均匀地推向各处液面，再进行搅拌；
[0011] 取样进行化学检测，调整各组份含量，使产品中的各组份含量满足要求；
[0012] (3)精炼和静置：
[0013] 熔炼结束后在熔炼炉中进行第一次精炼：在精炼容器中加入精炼剂1.5kg/T·Al，每年6月1号—11月1号湿度较大，精炼剂用量为2kg/T·Al，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，并调整氩气压力，保证气泡高度小于等于100mm；
[0014] 第一次精炼后转移至静置炉中进行第二次精炼，转炉温度为748±3℃，转炉时，除Mg外，不允许在流道内补料，熔炼炉溶化结束温度达到710℃开始至转移到静置炉前的熔体停留时间不超过3h；
[0015] 第二次精炼：在精炼容器中加入精炼剂1.5kg/T·Al，每年6月1号—11月1号湿度较大，精炼剂用量为2kg/T·Al，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，打开氩气阀开关，将精炼管插入炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于100mm，将精炼管移入炉膛内，打开开关喷入精炼剂进行精炼，在静置炉内由炉内至炉口横向精炼；
[0016] 熔体温度大于730℃时，在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用；再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁大于50cm，分析试样后，若成分不合格则按要求进行补料，并对熔体人工采用铁耙对熔体各个位置进行均匀搅拌，搅拌时间5-10min，成分合格后用铁耙子扒出浮渣，第二次精炼后静置时间15-20min，测量熔体温度，在放流时的温度730-750℃，熔体在静置炉内第二次精炼后的停留时间不超过2小时；
[0017] (4)铸造、均质：铸造时转子设定大于500r/min，铸造每个转子氩气工作流量控制在10-15L/min，过滤为一级过滤，使用40ppi过滤板，每次铸造前检查过滤板有无破裂、安装是否紧密，保证其与周边密封良好，若发现异常，及时更换，铸造前应双面加热至600℃以上，加热至桃红色，铸造时流盘内熔体温度＞700℃；均质采取550-570℃保温12h，后风冷2-2.5小时再水冷至室温；
[0018] (5)挤压、拉直和时效，所述挤压过程中模具上机温度480-500℃，铝棒上机温度480-520℃，挤压速度0.8-1.5m/min，残碇量设置为30mm，固溶处理采用水冷方式；所述固溶处理后的型材冷却到室温后进行拉直，拉直量控制在1％之内，将拉直后的型材用时效炉按照175±3℃的温度保温8小时，然后空气冷却至室温。
[0019] 本发明所述的6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，其中，步骤(2)中的所述取样进行化学检测的方法包括如下步骤：准备并检查取样勺和试样模是否有残铝异物，取样勺用钛白粉涮涂，取样前，必须开启永磁搅拌器，搅拌时间至少10min，人工搅拌不低于5min，然后将取样勺在炉子内预热2分钟，在铝液中涮净样勺，确认勺内无残铝，熔体温度在735±5℃时，在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用，再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，要求取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁大于
50cm，采用取样勺取出铝液，30秒内迅速倒入试样模内，试样应无裂纹，无夹渣、气孔，根据取样分析计算结果，进行补料，补料温度740±5℃，物料加入后，关闭炉门，打开永磁搅拌器，搅拌10分钟，使合金充分熔化，取样分析，不合格继续调整，合格则转入下道工序。
[0020] 合金合金
[0021] 本发明6系轨道车辆悬挂臂铝型材与现有技术不同之处在于：
[0022] 本发明6系轨道车辆悬挂臂铝型材对现有技术的铝型材的化学成分进行优化，将Mn元素含量提升到0.2％，Cr元素提升至0.12％，借助Mn可以提高再结晶温度的特性，来抑制晶粒的长大，从而细化型材晶粒，提升材料微观组织(晶粒细化)，优化后的本发明具有高抗拉强度、高屈服强度和高延伸率。
[0023] 本发明6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，熔炼之前必须大清炉，合金添加温度应控制在730-740℃，在740℃时用混有精炼剂的氩气精炼，熔炼结束后升温至750℃转静止炉进行进一步精炼，静置；固溶处理采用水冷方式，让型材快速冷却至再结晶温度以下，防止晶粒再次长大，保证合金在基体中的均匀弥散状态；模具上机温度480-500℃，铝棒上机温度480-520℃，挤压速度0.8-1.5m/min，残碇量设置为30mm，固溶处理采用水冷方式。将固溶处理后的铝合金型材进行拉直，控制拉伸率在1％之内，防止拉伸量过大对型材产生不良影响；进行时效处理，将拉直校正后的铝合金在175±3℃的温度下保温8小时，此过程可加速型材中各元素进一步弥散化，从而使铝合金具有更加细微稳定的微观结构。
具体实施方式
[0024] 实施例1
[0025] 一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材，含有如下质量百分比的物质：Si 0.66％、Fe0.11％、Mg 0.63％、Mn 0.20％、Cu 0.002％、Cr 0.119％、Zn 0.012％、Ti 0.057％，其余为Al。
[0026] 一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，包括如下步骤：
[0027] ①炉投料前必须放干大清炉；
[0028] ②炉料中，一级废料量(型材废料、铸棒切头切尾)占总原料的重量比不超过40％，且必须为同种合金，投料前废料必须清洁干燥，装炉时，炉膛温度应高于600℃，根据废料形态，先装入小块或薄片废料，其次加入棒头等大块料。
[0029] ③炉料熔化下塌时，在熔体表面用铁锹均匀撒入16Kg普通覆盖剂，炉料熔化约1/3时，用永磁搅拌器，搅拌时间20min。
[0030] ④合金进行称重，应使用铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金、镁锭、锌锭和铝钛合金。除镁、锌、铝钛外，合金均在第一次加入的铝锭的上部加入，然后再点火熔化。
[0031] ⑤温度到735℃时撒入10kg打渣剂，关闭炉门焖3分钟，打开炉门，将熔渣彻底扒出炉外。
[0032] ⑥取化学分析试样前加入镁锭、锌锭和Al-Ti合金。先加Al-Ti合金(Al-Ti加入温度745±5℃)，再加入Zn锭，最后加入Mg锭，人工加入Mg锭后，在Mg锭投入处均匀撒入无钠覆盖剂将其彻底覆盖，待其完全熔化后，用铁耙轻轻均匀地推向各处液面，再进行搅拌。操作工准备并检查取样勺和试样模是否有残铝等异物，取样勺用钛白粉涮涂。取样前，必须开启永磁搅拌器，搅拌时间至少10min，人工搅拌不低于5min，然后将取样勺在炉子内预热2分钟，在铝液中涮净样勺，确认勺内无残铝。熔体温度在735±5℃时，熔炼工在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用；再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，要求取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁必须大于50cm。采用取样勺取出铝液，迅速倒入试样模内(30秒内)，试样应无裂纹，无夹渣、气孔。根据取样分析计算结果，进行补料，补料温度740±5℃，物料加入后，关闭炉门，打开永磁搅拌器，搅拌10分钟，使合金充分熔化，取样分析，不合格继续调整，合格则转入下道工序。
[0033] ⑦根据化学分析结果进行补料，然后人工精炼，在精炼容器中加入普通精炼剂(每年6月1号—11月1号因湿度较大，将精炼剂用量由1.5kg/T·Al调整到2kg/T·Al)，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于100mm，转炉温度：748±3℃，转炉时，除Mg外，不允许在流道内补料，熔炼炉溶化结束(温度达到710℃)开始至转静置炉前的熔体停留时间不得超过3h，若超出规定时间应加强精炼(比正常精炼增加1/3的时间和精炼剂)。
[0034] ⑧静止炉精炼。在精炼容器中加入普通精炼剂(每年6月1号—11月1号因湿度较大，将精炼剂用量由1.5kg/T·Al调整到2kg/T·Al)，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，打开氩气阀开关，将精炼管插入炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于100mm，将精炼管移入炉膛内，打开开关喷入精炼剂进行精炼，在静置炉内由炉内至炉口横向精炼，要求精炼要彻底，不留死角。
[0035] ⑨熔体温度大于730℃时，操作工在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用；再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，要求取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁必须大于50cm，分析试样后，若成分不合格按光谱分析员计算要求进行补料(在保证化学成分不超出用户标准的前提下，尽量不要在静置炉内补料、冲淡)，并对熔体人工采用铁耙对熔体各个位置进行均匀搅拌，搅拌时间5-10min，成分合格后用铁耙子扒出浮渣，要求熔体表面不能存在浮渣。精炼后静置时间15-20min，测量熔体温度，在放流时的温度730-750℃，熔体在静置炉内精炼后的停留时间(从覆盖至铸造开始)不得超过2小时，否则必须按照精炼工序重新检测Mg含量和精炼。
[0036] ⑩铸造时转子设定大于500r/min。铸造每个转子氩气工作流量控制在10-15L/min。过滤为一级过滤，使用40ppi过滤板，每次铸造前检查过滤板有无破裂、安装是否紧密，保证其与周边密封良好，若发现异常，及时更换。铸造前应双面加热至600℃以上(加热至桃红色)。铸造时流盘内熔体温度应＞700℃。
[0037] 3、挤压过程主要参数
[0038] 模具上机温度480-500℃，铝棒上机温度480-520℃，挤压速度0.8-1.5m/min，残碇量设置为30mm，固溶处理采用水冷方式。
[0039] 4、拉直
[0040] 固溶处理后的型材冷却到室温后进行拉直，拉直量控制在1％之内。
[0041] 5、时效
[0042] 将拉直后的型材用时效炉按照175±3℃的温度保温8小时，然后空冷。
[0043] 将时效处理后的型材取样进行金相分析，发现组织处于均匀弥散状态，晶粒度由以往的最高4级提升为6级以上，微观组织有了很大提升，力学分析结果为：抗拉强度280Mpa、屈服强度240Mpa、延伸率14％较之前有了很大提升，相比传统铝型材有明显优势，具体见表1。
[0044] 表1.本发明实施例1所述铝型材与传统铝型材各性能的比较
[0045]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 延伸率％
实施例1 280 240 14
传统铝型材 245 205 8
[0046] 实施例2
[0047] 一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材，含有如下质量百分比的物质：Si 0.66％、Fe0.11％、Mg 0.63％、Mn 0.20％、Cu 0.002％、Cr 0.119％、Zn 0.012％、Ti 0.057％，其余为Al。
[0048] 说明：合金中虽然没有铁，但本发明使用的合金或多或少会有些杂质会引入铁元素，因此在型材组成上需控制铁元素的含量。
[0049] 一种6系轨道车辆悬挂臂铝型材的制备方法，其包括如下步骤：
[0050] (1)各炉体及装置的清洁；
[0051] (2)熔炼：计算各金属原料用量并按配比准备金属原料，金属原料包括：一级废料，纯度99.70％以上的铝锭及合金，所述合金为铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金、镁锭、锌锭和铝钛合金，所述以及废料占所述金属原料的量不超过40％；投料时，熔炼炉的炉膛温度高于600℃，向熔炼炉中依次投入一级废料和铝锭并加入铝硅合金、铝铜合金、铝铬合金、铝锰合金，炉料熔化下塌时，在熔体表面用铁锹均匀撒入16Kg普通覆盖剂，炉料熔化1/3时，用永磁搅拌器，搅拌时间20min；
[0052] 温度到735℃时撒入10kg打渣剂，关闭炉门焖3分钟，打开炉门，将熔渣彻底扒出炉外；
[0053] 待炉料熔化后，在745±5℃条件下投入高熔点的铝钛合金，再依次投入锌锭和镁锭，加入镁锭后，在镁锭投入处均匀撒入无钠覆盖剂将其彻底覆盖，待其完全熔化后，用铁耙轻轻均匀地推向各处液面，再进行搅拌；
[0054] 取样进行化学检测，调整各组份含量，使产品中的各组份含量满足要求。所述取样进行化学检测的方法包括如下步骤：准备并检查取样勺和试样模是否有残铝异物，取样勺用钛白粉涮涂，取样前，必须开启永磁搅拌器，搅拌时间至少10min，人工搅拌不低于5min，然后将取样勺在炉子内预热2分钟，在铝液中涮净样勺，确认勺内无残铝，熔体温度在735±5℃时，在炉内取三个试样，第一个试样预热试样模，不作分析用，再取两个样，选择炉膛的中部和边部各取一个，要求取样深度大于30cm，且边部的取样部位距离炉壁大于
50cm，采用取样勺取出铝液，30秒内迅速倒入试样模内，试样应无裂纹，无夹渣、气孔，根据取样分析计算结果，进行补料，补料温度740±5℃，物料加入后，关闭炉门，打开永磁搅拌器，搅拌10分钟，使合金充分熔化，取样分析，不合格继续调整，合格则转入下道工序。
[0055] (3)精炼和静置：
[0056] 熔炼结束后在熔炼炉中进行第一次精炼：在精炼容器中加入精炼剂1.5kg/T·Al，每年6月1号—11月1号湿度较大，精炼剂用量为2kg/T·Al，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，并调整氩气压力，保证气泡高度小于等于100mm；
[0057] 第一次精炼后转移至静置炉中进行第二次精炼，转炉温度为748±3℃，转炉时，除Mg外，不允许在流道内补料，熔炼炉溶化结束温度达到710℃开始至转移到静置炉前的熔体停留时间不超过3h；
[0058] 第二次精炼：在精炼容器中加入精炼剂1.5kg/T·Al，每年6月1号—11月1号湿度较大，精炼剂用量为2kg/T·Al，设定精炼时间15-20min，精炼温度740±5℃，打开氩气
