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CN112831700B - 一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金及其制备方法，合金成分按质量百分数包括：Si：0.98‑1.35％、Mg：1.7‑2.2％、Cu：0.045‑0.087％、Fe：0.04‑0.11％、Zn：0.01‑0.037％、Cr：0.1‑0.16％、Mn：0.47‑0.53％、Ti：0.01‑0.05％、Zr：0.1‑0.15％、Sn：0.04‑0.09％、Te+Sb：0.013‑0.025％、Sc+Be：0.05‑0.12％、Ag+Sr+Y：0.2‑0.8％、余量为Al。本发明提出的接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法过程简单，条件温和，所得合金强度高、韧性和耐腐蚀性好，制成的接触网寿命长。

Description

一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
接触网系统是电气化铁路的重要系统之一，是机车和动车组的动力来源，是一种特殊的供电线路，它沿铁路线上空架设，向电力机车或电动车组供电。铝合金由于密度小、强度高、加工性能好、易于成型、抗大气腐蚀能力强以及价格低廉等优点，在接触网上得到了普遍的采用，使用情况整体良好。然而随着高铁线路的日益延伸，不同地理环境及气候条件下，对高铁接触网零件的性能要求也呈现差异，现有的铝合金材料其强度和抗蚀性仍不是很理想，不能满足沿海、盐碱、化工污染、高海拔等地区接触网的使用要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金及其制备方法，所述制备方法过程简单，条件温和，得到的铝合金其强度高、韧性好，耐腐蚀性能优异，用其制成的接触网零件使用寿命长。
本发明提出的一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：0.98-1.35％、Mg：1.7-2.2％、Cu：0.045-0.087％、Fe：0.04-0.11％、Zn：0.01-0.037％、Cr：0.1-0.16％、Mn：0.47-0.53％、Ti：0.01-0.05％、Zr：0.1-0.15％、Sn：0.04-0.09％、Te+Sb：0.013-0.025％、Sc+Be：0.05-0.12％、Ag+Sr+Y：0.2-0.8％、余量为Al。
优选地，其成分中，Mg、Si的质量百分数满足以下关系式：Mg/Si＝1.48-2.1，且Mg+Si＝3-3.5％。
优选地，其成分中，Te、Sb、Sc、Be、Ag、Sr、Y的质量百分数满足以下关系式：Te＝3×Sb；Sc≥Be-0.03％；Ag＝1.6×Sr＝0.8×Y。
优选地，其成分中，Te、Sb、Sc、Be、Ag、Sr、Y的质量百分数满足以下关系式：0.51％≤Te+Sb+Sc+Be+Ag+Sr+Y≤0.7％。
优选地，所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：1.05％、Mg：2.1％、Cu：0.07％、Fe：0.08％、Zn：0.015％、Cr：0.12％、Mn：0.52％、Ti：0.03％、Zr：0.14％、Sn：0.058％、Te：0.015％、Sb：0.005％、Sc：0.06％、Be：0.04％、Ag：0.192％、Sr：0.12％、Y：0.24％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在460-470℃下保温2-4h，在520-548℃下保温2-5h，再在555-570℃下保温3-7h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶1-2h，然后在T+28℃下固溶1-2h，水淬后在170-185℃下时效3-6h；T＝340+18000×CSi，CSi为Si的质量百分数。
优选地，在S2中，所述冷却的速度为250-320℃/h。
优选地，在S2中，所述淬火为水淬。
本发明所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其成分中具体加入了Si、Mg、Cu、Fe、Zn、Cr、Mn、Ti、Zr、Sn、Te、Sb、Sc、Be、Ag、Sr、Y，同时优化了各元素的含量，使所得铝材强度高、韧性好、耐腐蚀性能优异，满足接触网的使用要求；具体控制Mg、Si的质量百分数满足关系式：Mg/Si＝1.48-2.1，且Mg+Si＝3-3.5％，细化了Mg2Si质点，并使Si沉淀，具有强化作用，提高材料的力学性能，同时促进L相的形成，抑制Q’和Si颗粒的析出，不能连续的腐蚀通道，改善合金的耐蚀性；Te、Sb、Sc、Be、Ag、Sr、Y加入体系中，同时使其质量百分数满足以下关系式：Te＝3×Sb；Sc≥Be-0.03％；Ag＝1.6×Sr＝0.8×Y；0.51％≤Te+Sb+Sc+Be+Ag+Sr+Y≤0.7％，抑制了Mg原子和Si原子在β″相中扩散，导致β″相尺寸减小，显著提高了合金的抗拉强度和屈服强度；在制备方法中，具体将铸锭在460-470℃下保温2-4h，在520-548℃下保温2-5h，再在555-570℃下保温3-7h，合金中的Mg2Si相由条状发生球化变成黑点状，逐渐溶入基体，并控制了热处理的过程，具体包括在T℃下固溶1-2h，然后在T+28℃下固溶1-2h，水淬后在170-185℃下时效3-6h；T＝340+18000×CSi，CSi为Si的质量百分数，有效改善了合金第二相析出和分布状态，使所得铝合金耐腐蚀性能优，强度高、韧性好。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：1.35％、Mg：1.7％、Cu：0.087％、Fe：0.04％、Zn：0.037％、Cr：0.1％、Mn：0.47％、Ti：0.01％、Zr：0.15％、Sn：0.07％、Te+Sb：0.013％、Sc+Be：0.12％、Ag+Sr+Y：0.6％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在460℃下保温4h，在520℃下保温5h，再在555℃下保温3h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶1h，然后在T+28℃下固溶2h，水淬后在170℃下时效3h；其中，T＝340+18000×CSi，CSi为Si的质量百分数，即T＝340+18000×1.35％＝583。
实施例2
一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：1％、Mg：2.2％、Cu：0.045％、Fe：0.11％、Zn：0.01％、Cr：0.16％、Mn：0.49％、Ti：0.05％、Zr：0.12％、Sn：0.04％、Te：0.01％、Sb：0.015％、Sc：0.01％、Be：0.04％、Ag：0.1％、Sr：0.5％、Y：0.2％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在470℃下保温2h，在548℃下保温2h，再在570℃下保温5h，然后冷却至室温，挤压后水淬得到坯件；其中，所述冷却的速度为320℃/h；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶2h，然后在T+28℃下固溶1h，水淬后在180℃下时效5h；T＝340+18000×CSi，CSi为Si的质量百分数，T＝340+18000×1％＝520。
实施例3
一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：1.35％、Mg：2％、Cu：0.045％、Fe：0.11％、Zn：0.01％、Cr：0.16％、Mn：0.53％、Ti：0.05％、Zr：0.1％、Sn：0.09％、Te：0.012％、Sb：0.004％、Sc：0.036％、Be：0.05％、Ag：0.208％、Sr：0.13％、Y：0.26％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在455℃下保温3h，在525℃下保温3h，再在560℃下保温7h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；其中，所述冷却的速度为250℃/h；所述淬火为水淬；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶1h，然后在T+28℃下固溶2h，水淬后在185℃下时效6h；T＝340+18000×CSi，CSi为Si的质量百分数，T＝340+18000×1.35％＝583。
实施例4
一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：0.98％、Mg：2.058％、Cu：0.087％、Fe：0.04％、Zn：0.037％、Cr：0.1％、Mn：0.47％、Ti：0.01％、Zr：0.15％、Sn：0.04％、Te：0.018％、Sb：0.006％、Sc：0.05％、Be：0.05％、Ag：0.2％、Sr：0.125％、Y：0.25％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在463℃下保温3.5h，在525℃下保温4h，再在558℃下保温7h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；所述冷却的速度为300℃/h；所述淬火为水淬；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶1.5h，然后在T+28℃下固溶1h，水淬后在180℃下时效4h；T＝340+18000×CSi＝340+18000×0.98％＝516，CSi为Si的质量百分数。
实施例5
一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：1.1％、Mg：2.2％、Cu：0.053％、Fe：0.07％、Zn：0.025％、Cr：0.13％、Mn：0.49％、Ti：0.03％、Zr：0.12％、Sn：0.05％、Te：0.0135％、Sb：0.0045％、Sc：0.06％、Be：0.06％、Ag：0.1568％、Sr：0.098％、Y：0.196％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在468℃下保温2.5h，在540℃下保温3h，再在565℃下保温4h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；所述冷却的速度为260℃/h；所述淬火为水淬；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶2h，然后在T+28℃下固溶1.5h，水淬后在173℃下时效5h；T＝340+18000×CSi＝340+18000×1.1％＝538，CSi为Si的质量百分数。
实施例6
一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其化学成分按质量百分数包括：Si：1.05％、Mg：2.1％、Cu：0.07％、Fe：0.08％、Zn：0.015％、Cr：0.12％、Mn：0.52％、Ti：0.03％、Zr：0.14％、Sn：0.058％、Te：0.015％、Sb：0.005％、Sc：0.06％、Be：0.04％、Ag：0.192％、Sr：0.12％、Y：0.24％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在465℃下保温3h，在540℃下保温4h，再在560℃下保温4h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；所述冷却的速度为290℃/h；所述淬火为水淬；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶1h，然后在T+28℃下固溶2h，水淬后在178℃下时效5h；T＝340+18000×CSi＝340+18000×1.05％＝529，CSi为Si的质量百分数。
按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对实施例1-6中的铝合金进行力学性能测试；经测试可知，其抗拉强度为≥421MPa，屈服强度≥395MPa，延伸率≥14.5％。
按GB/T7998-2005铝合金晶间腐蚀测定方法对实施例1-6中的铝合金进行检测分析，评级数字越低，表明耐腐蚀性能越好；经测试可知，其腐蚀等级均为1级。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其特征在于，其化学成分按质量百分数包括：Si：0.98-1.35%、Mg：1.7-2.2%、Cu：0.045-0.087%、Fe：0.04-0.11%、Zn：0.01-0.037%、Cr：0.1-0.16%、Mn：0.47-0.53%、Ti：0.01-0.05%、Zr：0.1-0.15%、Sn：0.04-0.09%、Te+Sb：0.013-0.025%、Sc+Be：0.05-0.12%、Ag+Sr+Y：0.2-0.8%、余量为Al；
其中，其成分中，Mg、Si的质量百分数满足以下关系式：Mg/Si=1.48-2.1，且Mg+Si=3-3.5%；其成分中，Te、Sb、Sc、Be、Ag、Sr、Y的质量百分数满足以下关系式：Te=3×Sb；Sc≥Be-0.03%；Ag=1.6×Sr=0.8×Y；其成分中，Te、Sb、Sc、Be、Ag、Sr、Y的质量百分数满足以下关系式：0.51%≤Te+Sb+Sc+Be+Ag+Sr+Y≤0.7%；
所述铝合金，其抗拉强度为≥421MPa，屈服强度≥395MPa，延伸率≥14.5%；
所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将各原料加入熔炼设备中熔炼，铸造后得到铸锭；
S2、将铸锭在460-470℃下保温2-4h，在520-548℃下保温2-5h，再在555-570℃下保温3-7h，然后冷却至室温，挤压后淬火得到坯件；
S3、将得到的坯件进行热处理得到所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金；其中，所述热处理包括在T℃下固溶1-2h，然后在T+28℃下固溶1-2h，水淬后在170-185℃下时效3-6h；T=340+18000×CSi，CSi为Si的质量百分数。
2.根据权利要求1所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其特征在于，其化学成分按质量百分数包括：Si：1.05%、Mg：2.1%、Cu：0.07%、Fe：0.08%、Zn：0.015%、Cr：0.12%、Mn：0.52%、Ti：0.03%、Zr：0.14%、Sn：0.058%、Te：0.015%、Sb：0.005%、Sc：0.06%、Be：0.04%、Ag：0.192%、Sr：0.12%、Y：0.24%、余量为Al。
3.根据权利要求1或2所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其特征在于，在S2中，所述冷却的速度为250-320℃/h。
4.根据权利要求1或2所述接触网用高强度耐腐蚀铝合金，其特征在于，在S2中，所述淬火为水淬。
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