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车体用6008合金吸能型材轨道车辆工艺研究

2023-08-22 71 上传者：管理员

摘要：轨道车辆用吸能盒型材要求变形呈均匀折叠的环状、无撕裂现象。现有型材经高速碰撞易撕裂、飞溅，增加了对乘客造成二次伤害的几率；且吸能效果差，难以应用于轨道车辆吸能部件上。本文研究6008合金添加适量的Mn、Cr、V元素，采用铝棒温度510～520℃，模具温度450～480℃，挤压速度1～1.5 m/min，在线风冷的挤压工艺，经280℃×1 h热处理后，可满足型材压缩试验均匀，无撕裂现象的要求。

关键词：
6008合金
吸能
折叠变形
热处理
轨道列车
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在轨道列车轻量化的同时其安全性越发的凸显出来。轨道列车运行速度快且遇突发事件制动能力较差，故在车体发生高速碰撞时需要一种吸收碰撞能量的结构部件，在车辆受到撞击时该型材先于其它车体部件发生纵向折叠变形，且变形呈均匀折叠的环状、无撕裂，以最大程度保护车体。现有技术中的铝型材存在的问题：高速碰撞易撕裂、飞溅，增加了对乘客造成二次伤害的几率；且吸能效果差，难以应用于轨道车辆吸能部件上。

1、试验材料及方法

1.1试验合金及成份

试验采用6008合金，在6008合金中添加Mn、Cr、V等元素，合金成分如表1所示。

表1 6008合金化学成分（质量分数/%）

1.2试验设备及方法

吸能型材在80 MN挤压机上生产，挤压比为20，型材截面图见图1。

图1型材截面图

长度500 mm的型材，一端固定在质量为3 t碰撞小车上，碰撞小车以55 km/h速度冲击刚性墙，型材要保证在此试验工况下发生纵向折叠变形，无撕裂现象发生。

2、试验工艺及结果

2.1挤压试验

铝棒温度530～540℃，模具温度450～480℃，挤压速度2～2.5 m/min。采用在线风冷后，发现型材折叠变形不均匀，且有严重撕裂现象（见图2），经检测型材粗晶层厚度较厚（见图3）。

降低铝棒温度至510～520℃，模具温度保持不变，挤压速度降至1～1.5 m/min。采用在线风冷后，型材粗晶层厚度得到明显改善（见图4），折叠变形不均匀（见图5），但严重撕裂现象得到改善。

图2压缩整体变形图

图3型材粗晶层厚度

6008合金粗晶层的产生是化学成分和挤压工艺参数共同作用的结果。合金中添加Mn、Cr、V等元素，形成MnAl6、CrAl7、VAl11等弥散相。这些弥散相具有高密度和高热稳定性，在热变形过程中钉扎位错和晶界，阻碍位错重排及晶界迁移，起到抑制再结晶及晶粒长大的作用，达到细化型材晶粒的目的。但在化学成分一定的前提下，要想控制粗晶层厚度，必须严格控制挤压温度和挤压速度。挤压时铸棒与模具表面摩擦较大，发生严重的塑性变形，型材外轮廓处剪切变形剧烈，外轮廓层金属畸变能大，有利于MnAl6、CrAl7、VAl11等第二相粒子在位错密集的地方析出并聚集长大，降低再结晶开始温度，此外，型材挤出时的变形和摩擦也会产生大量的热量。挤压速度快时，金属的流动速度加快，会加剧铝棒与模具的摩擦，使内外层金属流速差加大，产生剧烈的剪切变形，使合金畸变能提高，从而降低再结晶温度。当挤压速度控制在1～1.5 m/min、挤压温度控制在510～520℃时，才能更好的控制粗晶层。

图6 250℃×1 h热处理压缩整体变形

图7 250℃×1 h热处理腔体外部变形

图1 0 280℃×1 h热处理腔体外部变形

图1 1 340℃×1 h热处理压缩整体变形

图4改善后型材粗晶层厚度

图5改善后压缩整体变形图

2.2热处理试验

在改善型材粗晶层厚度的基础上，对挤压型材开展热处理试验，具体热处理工艺见表2。

表2热处理工艺

挤压型材经250℃×1 h热处理后，进行压缩试验，变形情况见图6、图7。其中图6型材整体变形均匀，图7型材腔体外部存在轻微裂纹；挤压型材经280℃×1 h热处理后，进行压缩试验，发现型材整体变形、腔体内部变形、腔体外部变形均匀（如图8、图9、图10所示）；挤压型材经340℃×1 h热处理后，进行压缩试验，发现型材整体变形不均匀（如图11所示）。

图8 280℃×1 h热处理压缩整体变形

图9 280℃×1 h热处理腔体内部变形

型材经250℃×1 h热处理后，选取24个试样，型材力学性能变化范围见图12。型材抗拉强度在208～224 MPa之间，屈服强度在171～182MPa之间，断后伸长率在15%～18.5%之间，平均抗拉强度为216 MPa，平均屈服强度为176 MPa，断后伸长率为17%。

型材经280℃×1 h热处理后，选取24个平行试样，型材力学性能变化范围见图13。型材抗拉强度在182～189 MPa之间，屈服强度在128～138MPa之间，断后伸长率在17%～19.5%之间，平均抗拉强度为185 MPa，平均屈服强度为133 MPa，断后伸长率为18%。

型材经340℃×1 h热处理后，选取24个平行试样，型材力学性能变化范围见图14。型材抗拉强度在136～143 MPa之间，屈服强度在68～79MPa之间，断后伸长率在19.5%～27.5%之间，平均抗拉强度为140 MPa，平均屈服强度为71 MPa，断后伸长率为24%。

图1 2型材经250℃×1 h热处理后力学性能

图1 3型材经280℃×1 h热处理后力学性能

图1 4型材经340℃×1 h热处理后力学性能

若想型材无撕裂现象，要求型材具有一定的塑性，若想折叠变形均匀则要求型材具有一定的强度，强度和塑性的良好匹配才能保证型材折叠变形均匀无撕裂现象。在热处理的过程中，原子扩散、迁移使组织更加均匀、稳定，内应力消除，同时Mg2Si的固溶度发生变化，大大提高型材的塑性、降低强度。表3示出了三种热处理制度下型材的力学性能结果。随热处理温度的升高，强度降低，延伸率升高。在280℃×1 h热处理制度下，型材延伸率达到18%，抗拉强度185 MPa，型材经压缩试验后，变形均匀，且无开裂现象。

表3三种热处理制度下力学性能

3、总结

6008合金添加适量的Mn、Cr、V元素，采用铝棒温度510～520℃，模具温度450～480℃，挤压速度1～1.5 m/min，在线风冷的挤压工艺，经280℃×1 h热处理后，可满足型材经压缩试验后变形均匀、无撕裂现象的要求

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文章来源:于金凤轨道车辆车体用6008合金吸能型材工艺研究[J]铝加工2023,(04):23-26.