CN108220845A - 一种用于重载列车牵引杆的超高强7系铝合金材料的固溶时效工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺，包括以下步骤，首先将铝合金铸锭经过挤压后，得到挤压材；然后将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。本发明对铝合金挤压材采用了特定的固溶制度，先经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效，特别利用了合金固溶淬火后，先进行停放处理，进一步提高合金的机械强度和硬度，又基于合金铝材经固溶淬火后，化合物相大部分固溶于合金基体，再结合特定的人工时效步骤后，使得铝合金合金的强度得到了显著提升。而且制备工艺简单，生产速度完全满足正常的工业生产速度，成本低，适于工业化大生产的推广和应用，具有重要的实际意义。

Description

一种用于重载列车牵引杆的超高强7系铝合金材料的固溶时 效工艺

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺，尤其涉及一种用于重载列车牵引杆的低成本超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺。

背景技术

铝合金是一种以铝为基的合金，主要合金元素有铜、硅、镁、锌和锰。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。随着经济的快速发展，铝合金材料在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，尤其是近些年，伴随着全球经济一体化，物流和交通快速发展，而物流和交通带动了运输业的蓬勃发展，而铝及铝合金材料在交通运输装备制造业的应用上也获得了长足的发展，虽然与欧美日等发达工业国家相比差距明显，但是铝合金材料的应用潜力巨大。据初步测算，到2020年，仅全国铁路货物运输需求将达40亿吨，年均增长速度为4％。

在诸多交通运输装备中，牵引杆是一个很关键的部件，是在多种机械装置中必不可少的配件，是一种用于铁道车辆之间的牵引连挂装置，不同于车钩，牵引杆是车体之间的固定连接装置。随着铁路货运的不断增长，动力车的性能不断提升，运量的日渐增大，牵引吨位也屡创新高。而这其中的关键部件，牵引杆，特别是重载列车牵引杆在车辆运行过程中要承受车辆的纵向牵引力和冲击力，是关键的承载部件。

因而，研究开发新型超高强度铝合金，以铝代钢，进一步实现铁路货运车体轻量化，在节能减排、降低运输成本、提高经济效益等方面，有很重要的意义。高速重列货车轻量化研究及产业化应用，主要集中在重载货车车厢体轻量化上。目前，常规生产的高强铝合金的力学性能，均不能满足重载列车牵引杆用铝合金屈服强度≥650MPa，而且同时要求延伸率≥5.0％的要求。高速重载列车的牵引杆，重约238Kg(E级钢材，ZG25MnCrNiMo)，安装在两个车辆之间，用于代替转动车钩和固定车钩。而如果高速重载列车的牵引杆采用超高强度铝合金代替E级钢材，每根可减重100～120Kg，大大降低了车身的自重。而且超高强度铝合金也可在航空航天、石油勘探(钻杆)等领域，获得广泛的应用。

现有的超高强铝合金的设计和开发，国内从20世纪60年代开始，50多年内，虽然研发出了700MPa级的超高强度铝合金，但是大多停留在实验室研究阶段，或采用喷射沉积成形等小批量试制，不是工艺复杂就是生产速度慢，始终未能实现工业化生产，而且虽然还有研究表明，添加贵金属或稀有元素能够得到超高强度铝合金，但是对于日常民用和交通运输，其高昂的成本显然是不实际的。

因此，如何研究开发出新的、高性能的铝合金材料，满足上述力学性能，能够用于重载列车关键的承载部件，同时又能采用通常的制备方法，采用常规的添加元素，降低生产成本，已成为摆在业内诸多一线研究人员面前的一道难题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种7xxx系铝合金材料及其制备方法，特别是用于重载列车牵引杆的低成本超高强铝合金材料。本发明提供的是超高强铝合金材料，具有较高的屈服强度和延伸率，而且不添加贵重金属和稀有元素，工序常规，成本低，适于工业化大生产的推广和应用。

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种超高强7xxx系铝合金材料固溶时效工艺。本发明提供的固溶时效后的7系铝合金材料，具有较高的屈服强度和延伸率，而且不添加贵重金属和稀有元素，工序常规，成本低，适于工业化大生产的推广和应用。

本发明提供了一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺，包括以下步骤：

a)将铝合金铸锭经过挤压后，得到挤压材；

b)将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。

优选的，所述挤压为热挤压；

所述挤压的温度为380～450℃；

所述挤压的速度为0.4～0.7m/min；

所述挤压材包括挤压管材或棒材。

优选的，所述固溶的温度为460～470℃；

所述固溶的保温时间为2.0～8.0h；

所述停放的时间为5～8天。

优选的，所述人工时效的温度为105～140℃；

所述人工时效的时间为12～24h；

所述铝合金材料为铝合金小规格挤压棒材或管材；

所述铝合金材料为T6状态。

优选的，所述人工时效为双级人工时效；

所述双级人工时效的一级人工时效的温度为100～110℃；

所述双级人工时效的一级人工时效的时间为5～12h；

所述双级人工时效的二级人工时效的温度为120～140℃；

所述双级人工时效的二级人工时效的时间为8～20h。

优选的，所述7xxx系铝合金材料的组成包括：

Cu：1.0％～1.5％；

Mg：2.3％～3.0％；

Cr：0.1％～0.25％；

Zn：9.0％～10.0％；

Zr：0.1％～0.15％；

Si：≤0.10％；

Fe：≤0.12％；

Mn：≤0.60％；

Ti：≤0.07％；

余量的铝。

优选的，所述铝合金铸锭为均匀化热处理后的铝合金铸锭；

所述均匀化热处理后的铝合金铸锭由以下步骤制备得到：

1)将铝合金原料经过配料后进行熔炼铸造，得到铝合金铸锭；

2)将上述步骤得到的铝合金铸锭经过均匀化热处理，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。

优选的，所述熔炼的温度为720～760℃；

所述熔炼的时间为5～10h；

所述铸造的冷却水流量为15～28m³/h；

所述铸造的温度为730～755℃。

优选的，所述铝合金铸锭的长度为4800～5800mm；

所述铝合金铸锭的直径为162～590mm；

所述均匀化热处理包括低温均匀化热处理和高温均匀化热处理。

优选的，所述低温均匀化热处理的温度为380～420℃；所述低温均匀化热处理的时间为8～12h；

所述高温均匀化热处理的温度为460～470℃；所述高温均匀化热处理的时间为16～24h；

所述均匀化热处理后还包括冷却步骤。

本发明提供了一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺，包括以下步骤，首先将铝合金铸锭经过挤压后，得到挤压材；然后将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。与现有技术相比，本发明针对现有的超高强度铝合金，屈服强度和延伸率上的不足，又针对现有的超高强铝合金的设计，仍然停留在实验室研究阶段，或采用喷射沉积成形等小批量试制，不是工艺复杂就是生产效率低，难于实现工业化生产，而且添加贵金属或稀有元素，如Sc、Er等，导致成本高昂的缺陷。

本发明对铝合金挤压材采用了特定的固溶制度，挤压材经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效，特别利用了合金固溶淬火后，先进行停放处理，进一步提高合金的机械强度和硬度，又基于合金铝材经固溶淬火后，化合物相大部分固溶于合金基体，再结合特定的人工时效步骤后，使得铝合金合金的强度得到了显著提升。而且本发明提供的超高强7xxx系铝合金材料的工艺，不添加任何贵金属或稀有元素，同时制备工序也采用的是传统工序，通过对工序的创造性组合和选择，结合特定的工艺参数，使得制备工艺简单，无需添加昂贵的生产设备和繁琐的工艺，生产速度完全满足正常的工业生产速度，成本低，适于工业化大生产的推广和应用，具有重要的实际意义，有望在重载列车、航空航天、石油勘探(钻杆)等领域，获得广泛的应用。

实验研究和工业化生产表明，研制开发出的新型超高强度7xxx铝合金材料，抗拉强度能达到788MPa、屈服强度772MPa、延伸率7.5％以上，可用于关键结构承载部件，对交通运输车体及零部件、地质勘探钻杆等轻量化应用，减重明显。700MPa级新型超高强度铝合金材料，可在交通运输轻量化、地质勘探钻杆、棒球杆、高尔夫球杆及自行车结构件等方面获得广泛应用。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的固溶淬火后的挤压棒材淬火态的电镜照片；

图2为本发明实施例1制备的超高强度7xxx铝合金材料与7075合金的性能比较图；

图3为本发明实施例2制备的固溶淬火后的挤压管材淬火态的高倍组织照片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或铝合金制备领域常规的纯度要求。

本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。

本发明所用工艺，其简称均属于本领域常规简称，每个简称的具体步骤和常规参数在其相关领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够以常规方法进行实现。

本发明提供了一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺，包括以下步骤：

a)将铝合金铸锭经过挤压后，得到挤压材；

b)将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。

本发明对所述7xxx系铝合金材料的组成没有特别限制，所述7xxx系铝合金的组成包括：

Cu：1.0％～1.5％；

Mg：2.3％～3.0％；

Cr：0.1％～0.25％；

Zn：9.0％～10.0％；

Zr：0.1％～0.15％；

Si：≤0.10％；

Fe：≤0.12％；

Mn：≤0.60％；

Ti：≤0.07％；

余量的铝。

本发明对上述百分比含量的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的铝合金常规百分比含量的定义即可，本发明上述百分比含量均优选为质量百分比含量。

本发明所述7xxx系铝合金的组成和含量中，所述Cu的质量含量优选为1.0％～1.5％，更优选为1.1％～1.4％，更优选为1.2％～1.3％。所述Mg的质量含量优选为2.3％～3.0％，更优选为2.4％～2.9％，更优选为2.6％～2.7％。所述Cr的质量含量优选为0.1％～0.25％，更优选为0.12％～0.23％，更优选为0.15％～0.20％。所述Zn的质量含量优选为9.0％～10.0％，更优选为9.2％～9.8％，更优选为9.4％～9.6％。所述Zr的质量含量优选为0.1％～0.15％，更优选为0.11％～0.14％，更优选为0.12％～0.13％。作为铝合金材料的杂质中，所述Si的质量含量优选≤0.10％，可以为0.01％～0.1％，可以为0.03％～0.08％，也可以为0.05％～0.06％。所述Fe的质量含量优选≤0.12％，可以为0.01％～0.12％，可以为0.03％～0.10％，也可以为0.05％～0.08％。所述Mn的质量含量优选≤0.60％，可以为0.01％～0.6％，可以为0.05％～0.5％，也可以为0.1％～0.3％。所述Ti的质量含量优选≤0.07％，可以为0.01％～0.07％，可以为0.02％～0.06％，也可以为0.03％～0.05％。在本发明中所述7xxx系铝合金的组成和含量中也可以包含其他杂质元素，其单个含量优选小于等于0.05％，总体含量优选小于等于0.15％，更优选小于等于0.1％。

本发明对所述7xxx系铝合金材料的形态没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规铝合金的形态即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述7xxx系铝合金材料优选为铝合金小规格挤压棒材或管材。

本发明对所述小规格挤压棒材的具体尺寸没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规小规格铝合金棒材的尺寸即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述棒材的直径优选为15～45mm，更优选为20～40mm，更优选为25～35mm。本发明所述管材的直径优选为40～55mm，更优选为42～53mm，更优选为45～50mm。本发明所述管材的壁厚优选为6～10mm，更优选为7～9mm，更优选为7.5～8.5mm。

本发明对所述7xxx系铝合金材料的状态没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规铝合金的状态即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述7xxx系铝合金材料的状态优选为T态，更优选为T6状态。

本发明对铝合金的化学成分进行了设计及优化，合理设计了合金化学成分，在满足合金超高强度的同时，通过添加合金元素对后续铝合金铸锭熔炼铸造成型、冶金质量的影响，特别是重点考虑了合金显微组织对合金性能的影响，从而不断的优化合金成分，得到了7xxx系铝合金材料。

本发明优选还提供了包括上述超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺的超高强7xxx系铝合金材料的生产方法，包括以下步骤：

1)将铝合金原料经过配料后进行熔炼铸造，得到铝合金铸锭；

2)将上述步骤得到的铝合金铸锭经过均匀化热处理，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭；

3)将上述步骤得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭经过挤压后，得到挤压材；

4)将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火和人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。

本发明对上述制备过程中所制备的铝合金材料成分、形态、尺寸和状态选择和比例，以及相应的优选原则，与前述超高强7xxx系铝合金材料中所对应的铝合金材料成分、形态、尺寸和状态选择和比例，以及相应的优选原则均可以进行对应，在此不再一一赘述。

本发明首先将铝合金原料经过配料后进行熔炼铸造，得到铝合金铸锭。

本发明对所述配料的比例和顺序没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的配料的比例和顺序即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整。

本发明对所述熔炼的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的熔炼的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述熔炼的温度优选为730～755℃，更优选为730～750℃，更优选为735～745℃。本发明所述熔炼的时间优选为5～10h，更优选为6～9h，更优选为7～8h。

本发明对所述铸造的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的铸造的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铸造的方式优选为热顶半连续铸造。本发明所述铸造的铸造速度可以为20～45mm/min，可以为25～40mm/min，也可以为30～35mm/min。本发明所述铸造的冷却水流量可以为15～28m³/h，可以为18～25m³/h，可以为20～23m³/h。本发明所述铸造的温度可以为730～755℃，可以为735～750℃，也可以为740～745℃。

本发明经过上述步骤得到了铝合金铸锭。本发明对所述铝合金铸锭的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规工艺化生产铝合金铸锭的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铝合金铸锭的长度可以为4800～5800mm，可以为5000～5600mm，也可以为5200～5400mm。本发明所述铝合金铸锭的直径可以为162～590mm，可以为250～500mm，可以为350～400mm。

本发明通过铸造温度、铸造速度和冷却水压对合金铸锭成型及组织的影响，制定了上述合理的生产工艺，优化了合金铸造工艺参数，有助于结合后续的挤压加工，对合金材料的组织及性能相辅相成。

本发明随后将上述步骤得到的铝合金铸锭经过均匀化热处理，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。

本发明对所述均匀化热处理的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的均匀化热处理的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为配合合金组分的设计，进一步提升铝合金产品的性能，所述均匀化热处理特别优选包括低温均匀化热处理和高温均匀化热处理。

本发明对所述低温均匀化热处理的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的低温均匀化热处理的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为配合合金组分的设计，进一步提升铝合金产品的性能，所述低温均匀化热处理的温度优选为380～420℃，更优选为385～415℃，更优选为390～410℃，更优选为395～405℃。所述低温均匀化热处理的时间优选为8～12h，更优选为8.5～11.5h，更优选为9～11h，更优选为9.5～10.5h。

本发明对所述高温均匀化热处理的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的高温均匀化热处理的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为配合合金组分的设计，进一步提升铝合金产品的性能，所述高温均匀化热处理的温度优选为460～470℃，更优选为462～468℃，更优选为464～466℃。所述高温均匀化热处理的时间优选为16～24h，更优选为18～24h，更优选为19～24h。

本发明特别考虑了合金元素对合金铸造成型及合金强度的影响，同时，特别研究了热处理工艺对合金综合性能的影响，研发得到了超高强度7×××系铝合金，通过对合金熔炼铸造、热处理等工艺对合金显微组织的影响，设计和制定了合金生产加工工艺。更特别采用了“低温+高温”的均匀化热处理工艺，结合合金成分元素及显微组织的特点，在没有采用纯铝铺底、无刮水器的条件下，得到了更优异的合金铸态性能。也为后续的挤压工艺，提供了优质的铸锭坯料，提高了合金的强度性能、断裂韧性和耐腐蚀性能等，满足列车车体关键承载部件的使用要求。

本发明再将上述步骤得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭，冷却(更优选为冷却至室温后)，再经过挤压后，得到挤压材。

本发明对所述挤压的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的挤压方式即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述挤压优选为热挤压。

本发明对所述挤压的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的挤压的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述挤压的温度优选为380～450℃，更优选为390～440℃，更优选为400～430℃，更优选为410～420℃。所述挤压的速度优选为0.4～0.7m/min，更优选为0.45～0.65m/min，更优选为0.5～0.55m/min。

本发明经过上述步骤得到了挤压材。本发明对所述挤压材的形态没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规工艺化生产的挤压材的形态即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述挤压材优选包括挤压管材或棒材。

本发明最后将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火和人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。

本发明对所述固溶淬火中固溶的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的固溶的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述固溶的温度可以为460～470℃，可以为462～468℃，也可以为464～466℃。本发明所述固溶的保温时间可以为2.0～8.0h，可以为3.0～7.0h，也可以为4.0～6.0h。

本发明对所述固溶淬火中淬火的步骤和方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的淬火的步骤和方式即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述淬火的方式优选为立式淬火；所述淬火的冷却方式优选为水淬。

本发明为进一步提高铝合金产品的性能，完整和细化生产工艺，所述固溶淬火后还包括停放步骤。本发明对所述停放步骤的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的停放步骤的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述停放的时间优选为5～8天，更优选为5.5～7.5天，更优选为6～7天。

本发明对所述人工时效的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的人工时效的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述人工时效的温度优选为105～140℃，更优选为110～135℃，更优选为115～130℃，更优选为120～125℃。本发明所述人工时效的时间优选为12～24h，更优选为14～22h，更优选为16～20h。

本发明为进一步提高铝合金产品的性能，完整和细化生产工艺，本发明所述人工时效还优选采用双级人工时效。

本发明所述双级人工时效的一级人工时效的温度优选为100～110℃，更优选为102～108℃，更优选为104～106℃。本发明所述双级人工时效的一级人工时效的时间优选为5～12h，更优选为7～10h，更优选为8～9h。

本发明所述双级人工时效的二级人工时效的温度优选为105～140℃，更优选为120～140℃，更优选为123～138℃，更优选为125～135℃。本发明所述双级人工时效的二级人工时效的时间优选为8～20h，更优选为10～18h，更优选为12～16h。

本发明采用了特定参数的固溶制度，又特别利用了合金固溶淬火后，较强的自然时效效应，进行停放处理，通过自然时效进一步提高合金的机械强度和硬度，又基于合金铝材经固溶淬火后，化合物相大部分固溶于合金基体，再结合特定的人工时效步骤后，合金的强度得到了显著提升。

本发明上述步骤提供了一种超高强7xxx系铝合金材料及其低成本工业化的制备方法。本发明对铝合金的各个组分进行创造性的选择和组合，并辅以特定的比例含量，还特别研究了合金中各合金元素的作用和对合金性能的影响，尤其是合金中Zn、Mg、Cu等主合金元素的含量及配比(特别是Zn/Mg比、Cu/Mg比)对合金铸造成型、力学性能的影响，再结合研究合金微量元素Ni、Zr、Ti等合金元素及杂质元素Fe、Si对断裂韧性、耐腐蚀性能、疲劳性能的影响，最终得到了超高强的7xxx系铝合金材料。而且本发明提供的超高强7xxx系铝合金材料不添加任何贵金属或稀有元素，同时制备工序也采用的是传统工序，通过对工序的创造性组合和选择，结合特定的工艺参数，使得制备工艺简单，无需添加昂贵的生产设备和繁琐的工艺，生产速度完全满足正常的工业生产速度，成本低，适于工业化大生产的推广和应用，具有重要的实际意义，有望在重载列车、航空航天、石油勘探(钻杆)等领域，获得广泛的应用。

实验研究和工业化生产表明，研制开发出的新型超高强度7xxx铝合金材料，抗拉强度能达到788MPa、屈服强度772MPa、延伸率7.5％以上，可用于关键结构承载部件，对交通运输车体及零部件、地质勘探钻杆等轻量化应用，减重明显。700MPa级新型超高强度铝合金材料，可在交通运输轻量化、地质勘探钻杆、棒球杆、高尔夫球杆及自行车结构件等方面获得广泛应用。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

以下实施例中所用原辅材料均为市售。

实施例1

7xxx合金化学成分：Si为0.05％，Fe为0.04％，Cu为1.4％，Mn为0.35％，Mg为2.8％，Cr为0.12％，Zn为9.3％，Ti为0.05％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为Al。

铸锭直径为162mm；

铸锭均匀化：铸锭第一级均热，加热温度为400℃，保温时间为8小时，然后进行第二级均热，加热温度为465℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。

铸锭车皮机加工：铸锭切除头、尾后，机加工车铣去表面缺陷层。

铸棒温度为420℃，挤压筒温为430℃，模具温度为430℃，挤压速度为0.54m/min，矫直变形率为1％左右，挤压棒成品棒材直径为

固溶淬火：采用立式炉淬火固溶，加热温度为465℃，保温时间为6小时，冷却方式为水冷，淬火转移时间为25秒。

对本发明实施例1制备的固溶淬火后的7xxx铝合金挤压棒材进行表征。

参见图1，图1为本发明实施例1制备的固溶淬火后的挤压棒材淬火态的电镜照片。

人工时效：采用箱式时效空气炉时效。加热温度为120℃，保温时间为16小时，冷却方式为出炉空冷。

对本发明实施例制备的超高强度7xxx铝合金材料参照国标进行性能检测。

参见图2，图2为本发明实施例1制备的超高强度7xxx铝合金材料与7075合金的性能比较图。

参见表1，表1为本发明实施例制备的超高强度7xxx铝合金材料的力学性能数据。

表1

实施例2

7xxx合金化学成分：Si为0.02％，Fe为0.10％，Cu为1.3％，Mn为0.01％，Mg为2.7％，Cr为0.16％，Zn为9.5％，Ti为0.058％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为Al。

铸锭直径为385mm；

铸锭均匀化：铸锭第一级均热，加热温度为390℃，保温时间为10小时，然后进行第二级均热，加热温度为468℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。

铸锭车皮机加工：铸锭切除头、尾后，机加工车铣去表面缺陷层。

铸棒温度为430℃，挤压筒温为425℃，模具温度为430℃，挤压速度为0.48m/min，矫直变形率为1％左右，挤压棒成品管材直径为

固溶淬火：采用立式炉淬火固溶，加热温度为468℃，保温时间为8小时，冷却方式为水冷，转移时间为20秒。

对本发明实施例2制备的固溶淬火后的7xxx铝合金挤压成品管材进行表征。

参见图3，图3为本发明实施例2制备的固溶淬火后的挤压管材淬火态的高倍组织照片。

人工时效：采用箱式时效空气炉时效。加热温度为115℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。

对本发明实施例制备的超高强度7xxx铝合金材料参照国标进行性能检测。

参见表1，表1为本发明实施例制备的超高强度7xxx铝合金材料的力学性能数据。

实施例3

7xxx合金化学成分：Si为0.05％，Fe为0.085％，Cu为1.2％，Mn为0.54％，Mg为2.9％，Cr为0.13％，Zn为9.4％，Ti为0.06％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为Al。

铸锭直径为590mm；

铸锭均匀化：铸锭第一级均热，加热温度为400℃，保温时间为10小时，然后进行第二级均热，加热温度为470℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。

铸锭车皮机加工：铸锭切除头、尾后，机加工车铣去表面缺陷层。

铸棒温度为430℃，挤压筒温为420℃，模具温度为430℃，挤压速度为0.50m/min，矫直变形率为1％左右，挤压棒成品管材直径为

固溶淬火：采用立式炉淬火固溶，加热温度为465℃，保温时间为8小时，冷却方式为水冷，转移时间为20秒。

人工时效：采用箱式时效空气炉时效。加热温度为125℃，保温时间为12小时，冷却方式为出炉空冷。

对本发明实施例制备的超高强度7xxx铝合金材料参照国标进行性能检测。

参见表1，表1为本发明实施例制备的超高强度7xxx铝合金材料的力学性能数据。

以上对本发明提供的一种用于重载列车牵引杆的低成本超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种超高强7xxx系铝合金材料的固溶时效工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a)将铝合金铸锭经过挤压后，得到挤压材；

b)将上述步骤得到的挤压材经过固溶淬火，然后进行停放，再进行人工时效后，得到7xxx系铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述挤压为热挤压；

所述挤压的温度为380～450℃；

所述挤压的速度为0.4～0.7m/min；

所述挤压材包括挤压管材或棒材。

3.根据权利要求1所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述固溶的温度为460～470℃；

所述固溶的保温时间为2.0～8.0h；

所述停放的时间为5～8天。

4.根据权利要求1所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述人工时效的温度为105～140℃；

所述人工时效的时间为12～24h；

所述铝合金材料为铝合金小规格挤压棒材或管材；

所述铝合金材料为T6状态。

5.根据权利要求1所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述人工时效为双级人工时效；

所述双级人工时效的一级人工时效的温度为100～110℃；

所述双级人工时效的一级人工时效的时间为5～12h；

所述双级人工时效的二级人工时效的温度为120～140℃；

所述双级人工时效的二级人工时效的时间为8～20h。

6.根据权利要求1所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述7xxx系铝合金材料的组成包括：

Cu：1.0％～1.5％；

Mg：2.3％～3.0％；

Cr：0.1％～0.25％；

Zn：9.0％～10.0％；

Zr：0.1％～0.15％；

Si：≤0.10％；

Fe：≤0.12％；

Mn：≤0.60％；

Ti：≤0.07％；

余量的铝。

7.根据权利要求1所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述铝合金铸锭为均匀化热处理后的铝合金铸锭；

所述均匀化热处理后的铝合金铸锭由以下步骤制备得到：

1)将铝合金原料经过配料后进行熔炼铸造，得到铝合金铸锭；

2)将上述步骤得到的铝合金铸锭经过均匀化热处理，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。

8.根据权利要求7所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述熔炼的温度为720～760℃；

所述熔炼的时间为5～10h；

所述铸造的冷却水流量为15～28m³/h；

所述铸造的温度为730～755℃。

9.根据权利要求7所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述铝合金铸锭的长度为4800～5800mm；

所述铝合金铸锭的直径为162～590mm；

所述均匀化热处理包括低温均匀化热处理和高温均匀化热处理。

10.根据权利要求9所述的固溶时效工艺，其特征在于，所述低温均匀化热处理的温度为380～420℃；所述低温均匀化热处理的时间为8～12h；

所述高温均匀化热处理的温度为460～470℃；所述高温均匀化热处理的时间为16～24h；

所述均匀化热处理后还包括冷却步骤。