【摘 要】
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本课题是国家863计划课题“高品质超薄超宽铝合金构件制备技术开发”（编号:2013AA032402）的部分研究工作。主要开发我国新一代高铁用铝合金枕梁和蒙皮型材。针对青岛四方公司设计的7N01铝合金空心方管枕梁,基于ANSYS有限元模拟软件模拟了7N01合金的DC铸造工艺参数;采用Hyperxtrude软件,设计优化了挤压模具和挤压参数;调整焊接工艺,降低了应力腐蚀敏感性,提高型材疲劳强度,最终得
【基金项目】
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国家863计划课题“高品质超薄超宽铝合金构件制备技术开发”（编号:2013AA032402）；
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本课题是国家863计划课题“高品质超薄超宽铝合金构件制备技术开发”（编号:2013AA032402）的部分研究工作。主要开发我国新一代高铁用铝合金枕梁和蒙皮型材。针对青岛四方公司设计的7N01铝合金空心方管枕梁,基于ANSYS有限元模拟软件模拟了7N01合金的DC铸造工艺参数;采用Hyperxtrude软件,设计优化了挤压模具和挤压参数;调整焊接工艺,降低了应力腐蚀敏感性,提高型材疲劳强度,最终得到轨道交通用铝合金7N01枕梁的全套生产工艺。7N01铝合金枕梁型材生产工艺参数及性能如下:模具采用4孔分流,避免了型材表面出现粗晶、改善型材挤压出口温度、提升出口温度均匀性及提升型材的焊合质量,提高了模具寿命;最佳挤压工艺为:挤压温度铸棒头端510～485℃,挤压速度1.4～1.5m/min,强风淬火;型材经95℃×8h+150℃× 8h的双级时效后,力学性能达到Rp0.2=370MPa,Rm=406MPa,A=15.6%,型材焊缝处的抗拉强度达到母材抗拉强度的70%以上,疲劳性能也达到标准要求。型材的合理焊接工艺为,电流210～220A,电压23.8V,焊接速度在8.5～10.2mm/s,热输入控制在0.401～0.493KJ/mm;随着温度的降低,7N01-T6型材焊缝处抗拉强度小幅度增加,在-35℃低温下焊缝处的力学性能值达到Rp0.2=279MPa,Rm=300MPa,A=17.5%,中值疲劳极限为119 MPa,环境温度的降低对于焊缝的弯曲性能影响较小。枕梁型材的横向、纵向U型试样冲击功分别为43.9J和76.9J,优于日本同类型材的冲击试验结果。对于6N01铝合金高铁用超薄超宽蒙皮型材,采用Hyperxtrude软件,设计调整模具,优化了挤压工艺参数,解决了挤压过程出现的起浪、型材表面局部位置出现粗晶等缺陷;并通过调整焊接工艺,降低应力腐蚀敏感性,提高型材疲劳强度,最终得到轨道交通用铝合金6N01蒙皮产品生产工艺。模具设计为不等长的工作带、增设加强桥及止推键、调整挤压垫尺寸,平衡型材各处的金属流动,保证了型材尺寸精度。6N01-T6蒙皮型材的挤压生产工艺制度为:挤压温度铝棒头端520～500℃,挤压速度2.0～2.2m/min,风冷淬火;型材经175℃×8h的峰值时效后,力学性能达到Rp0.2=255MPa,Rm=300MPa,A=13%,-35℃环境温度下,6N01蒙皮型材的性能分别为Rp0.2=268MPa,Rm=331MPa,A=14%,室温及低温环境中型材的力学性能、弯曲性能及组织性能均达到标准要求;蒙皮型材采用U型缺口试样冲击试验,冲击功为24.6J。6N01型材的焊接性能较好,其焊缝处的抗拉强度达到了母材抗拉强度的60%以上,疲劳性能也达到标准要求。型材的最佳焊接工艺为电流130～150A,电压19.2～21.1V,焊接速度9.7mm/s,热输入0.29～0.3 5KJ/mm;本研究对比了焊缝在常温、-20℃、-35℃、-50℃不同环境温度下的力学性能及疲劳性能,在-35℃低温下焊缝处的力学性能值达到Rp0.2=160.5MPa,Rm=197MPa,A=14%,中值疲劳极限为78MPa,随着环境温度的降低,焊缝的抗拉强度增高,但硬度及疲劳性能变化较小。此外,针对我国东北地区冬季气候寒冷的特点,测定了高速列车的车体用6N01和7N01铝合金材料的低温性能,即低温环境下的抗拉强度、疲劳强度和低温冲击韧性。本研究通过优化合金成分、挤压成型及热处理工艺研究,使上述两种合金的低温性能满足了耐寒高铁的严苛要求。
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