[发明专利]一种铝合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于合金材料领域，具体涉及一种铝合金及其制备方法，以及在制备高铁定位器中的应用。

背景技术

6082属于6×××系列(Al-Mg-Si)铝合金，是热处理可强化的铝合金，具有中等强度和良好的焊接性能、耐腐蚀性，主要用于交通运输和结构工程工业。如桥梁、起重机、屋顶构架、运输机、运输船等。近年来，高速铁路技术不断升级，过往使用的合金成分所生产的终端产品只能满足一般铁路用铝材的技术要求，为了适应高速铁路的发展，适应速度大幅提升的需求，与此对应的应用材料性能也必须提高。高铁定位器是高铁电气化铁路接触网中使用的定位装置，其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，并将接触线的水平张力传给支柱，6082铝合金具有中等强度和良好的耐蚀性，密度又轻，是制造高铁定位器的理想材料。GB/T3190-2008国标中对6082铝合金的化学成分质量百分比规定如下：硅Si：0.7～1.3％；铁Fe：≤5.0％；铜Cu：≤0.10％；锰Mn：0.4～1.0％；镁Mg：0.6～1.2％；铬Cr：≤0.25％；锌Zn：≤0.20％；钛Ti：≤0.10％；铝Al：余量。其力学性能抗拉强度σ_b(MPa)：≥205；条件屈服强度σ_0.2(MPa)：≥110；伸长率δ(％)：≥14。

但是现有的一般6082铝合金其力学性能无法达到高铁定位器的要求，为满足我国高速铁路对新型材料的要求，对国标中铝合金组成进行剖析、优化，重新设计了合金成分。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的第一个目的在于提供一种满足高速电气化铁路运行的高力学性能铝合金，本发明对其所用的原料材料进行优化设计，以达到综合提高材料性能的目的。

本发明的第二个目的在于提供上述铝合金的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铝合金，由以下按质量百分比计的组分组成：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.10～0.24％，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。

所述的铝合金中Mg的质量与Si的质量之比优选为0.92。

上述铝合金的制备方法包括以下操作步骤：将铝锭、镁锭、铝硅合金、Mn添加剂、Cr添加剂及电解铜板装炉加热熔化；加入冶炼助熔剂精炼；对得到的熔体进行预处理；然后进行熔炼在线处理；过滤；铸造；均质；冷却最终得到铝合金；

所述的铝锭中的铝与铝硅合金中的硅的质量比为(70～80)∶1；Mn添加剂的加入量为铝锭与硅铝合金总重量的0.75～0.82％；Cr添加剂的加入量为铝锭与硅铝合金总重量的0.27～0.33％；镁锭的加入量为铝锭与硅铝合金总重量的0.85～0.95％；电解铜板的加入量为铝锭与硅铝合金总重量的0.04～0.05％。

所述的加热熔化的温度为720～760℃；所述的精炼温度为720～760℃，精炼时间为30～50分钟，精炼完毕后采用高纯氮气排气；所述的预处理是将熔体在720～760℃搅拌15～25分钟，然后扒渣；所述的熔炼在线处理为采用高纯氩气进行排气处理；所述的过滤为采用50目的陶瓷过滤板过滤；所述的铸造温度为680～720℃。

上述铝合金在制备高铁定位器中的应用。

合金成分组成的分析：

(1)Si Mg：Si、Mg同时加入合金基体当中会发生相变反应：Si+Mg→Mg₂Si，Mg₂Si以固溶体形式存在于合金基体当中，为合金的主要强化相，本发明设计Mg与Si的质量比为0.92，Mg与Si相变反应生成Mg₂Si，并有富于的Si元素在铝合金基体中，增加Mg₂Si在合金基体中的溶解度，提升了Mg₂Si的热处理强化效果；Mg元素如有富余，可以适当提高合金材料的耐腐蚀性能，但阻碍了Mg₂Si的溶解，弱化热处理效果，故不宜有富于的Mg元素存在；

合金材料的力学性能随Mg₂Si的增加而提高，但Mg₂Si在铝基体中的溶解度为1.85％，一般不超过此值；