交通运输车辆用5系铝型材H112状态挤压工艺技术

　　一、概述

　　随着我国交通运输行业的快速发展，特别是轨道客车、城市公交及地铁车辆向轻量化、高速化发展趋势越来越大，铝合金由于其自身的特性优势，满足了这个行业向轻量化发展的需求。铝合金在交通运输车辆上的的应用从最初以6063制作的装饰材料，逐步发展为以多种牌号铝合金型材来替代钢铁材料，作为结构件和装饰件使车辆自身重量减轻，以满足车辆向高速化发展的要求。

　　铝-镁合金，属于5系合金，又称防锈铝合金，在相同体积下铝镁合金的重量低于其他系列铝合金、抗拉强度高、延伸率高、耐腐蚀性高，在航空、船舶、车辆、轨道交通领域应用较多，在常规工业中应用也较为广泛。这类合金属于热处理不可强化合金，有些牌号的铝合金挤压后不用进行淬火和时效就与6063  T5或T6力学性能相当，比如5A02和5754等。

　　我们铝型材加工厂家大部分都是以加工6063、6061合金为主的建筑铝型材较多，对于工业用铝合金型材的挤压工艺和交货状态生产较少。近年来由于市场需求，迫使铝加工行业向多元化发展，很多厂家都在研究生产工业用铝合金来补充自身产品单一化的局面

　　5A02、5754这两种合金的成分和性能虽然都已经标准化、工艺虽然是成熟化，但是对于我们公司来说仍属于新合金、新产品的开发。本次试生产各部门都做了充分的准备，得到公司各级领导及员工的高度关注和支持，并把这次试制生产作为一次技术练兵，使员工了解并掌握5A02、5754铝合金的生产工艺技术，以提高员工素质为目的，为公司今后批量生产工业材产品奠定必要的基础。

                   图为：成形后的铝合金车体正在进行内部安装
二、5A02、5754合金特性及H112状态简介

　　1、5A02合金

　　5052属于Al-Mg系合金, 是使用广泛的防锈铝合金，不能热处理强化，即通过热处理手段不能提高该合金的强度。5052的主要合金元素为镁，具有中等强度、良好的成形加工性能、焊接性，合金耐蚀性好，焊接性优良，冷加工性较好。

　　用途：用于车辆、船舶、电器外壳、街灯支架与铆钉、五金制品等。

　　力学性能：抗拉强度Rm/Mpa≤245

　          　规定非比例延伸强度Rp0.2/Mpa 不要求

　　断后延伸率%  A5.65a≥12    A50.mmb≥10

　　2、5754合金

　　5754属于Al-Mg系合金,不能热处理强化，强度高于5A02、良好的耐蚀性、焊接性及易于加工成形等特点，是Al－Mg系合金中的典型合金。

　　用途：在国外，不同热处理状态的5754是汽车制造业、制罐工业所用的主要材料。广泛应用于结构件、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐以及用于要求有优良加工性能、优良耐蚀性、优良耐疲劳性、优良可焊性和中等静态强度的场合。

　　力学性能：抗拉强度Rm/Mpa≥180 

　　          规定非比例延伸强度Rp0.2/Mpa≥80

　　断后延伸率%  A5.65a≥14    A50.mmb≥12

　　3、特性分析

　　因为不同温度下，镁在铝中虽有较大的固溶度变化，但实际上合金没有明显的时效强化作用，这是由于在淬火、时效时形成的新相和基本体不发生共格强化的结果。所以这类合金不用采用淬火、时效的方法来提高合金的强度，这类合金挤压制品的交货状态一般为退火状态（O）、冷作硬化状态（热挤压状态H112）。

　　4、H112状态简介

　　H112为供货状态，就是旧标准中R状态，叫做热挤压状态。H为加工硬化状态，适用于通过加工硬化提高强度的产品， H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字。

　　H112：热加工成形，然后轻微加工硬化，或自少量冷加工后再进行轻微加工硬化，以满足特定的力学性能要求。

　　三、5A02、5754可挤压性分析

　　我们从金属材料晶格结构学得知，镁元素的晶格结构为密排立方结构，所以随着镁含量的增加铝合金的力学性能也相应增加，但是合金的变形难度加大，镁含量越高变形难度越大，国家标准GB/T6892和GB/T14846把铝合金分为软硬合金两大类，并且合金软硬不同，在相同条件下尺寸公差和形位公差也有很大变化，这足以说明不同的合金成分，挤压难度有很大差别。

　　从合金的化学成份看5A02国家标准控制镁含量在2.0-2.8%，我们一般控制2.20-2.30%， 5754国家标准要求镁含量2.6-3.6%，我们一般控制在3.05-3.10%左右，这样控制既能够保证合金成分满足国家标准，又能保证合金保持良好的可挤压性，国家标准GB/T6892和GB/T14846把5A02划分在软合金，把5754合金划分在硬合金，由此可以看出5754合金的挤压难度大于5A02合金。

　　四、生产过程及工艺控制

　　1、铸锭要求：

　　为保证以上两种合金的化学成分满足GB/3190标准的要求，特对以上两种合金制定了内控标准见上表，严格控制镁含量以确保良好的挤压成型性能，调控微量元素以满足产品机械性能的要求。在熔炼铸造时严格工艺纪律，对熔铸的每道工序严格把关，以确保铸棒的内在质量和铸棒的表面质量满足挤压工序的要求。为了减少枝晶偏析，铸棒采用均匀化退火工艺，工艺温度按520°C,保温8小时进行控制。

　　2、挤压工艺控制：

　　根据制品的断面积、外接圆直径的大小、交货状态、交货长度等因素来确定挤压工艺。为满足制品的交货长度，机械性能、变形程度和表面质量把以上两种制品安排在16.5MN挤压机进行挤压生产，为了便于一次性生产，我们采用了同样的工艺制度，考虑到只要能保证5754正常生产的工艺制度去生产5A02绝对可行。

　　挤压工艺：

　　5754  H112合金LEG-YXC001    1 /185  λ12.7

　　铸棒长度：φ178×660mm

　　挤压温度：450±10°C。

　　5A02  H112 LEG-YXC002   1 /185    λ23.4

　　铸棒长度：φ178×660mm

　　挤压温度450±10°C。

　　5A02 、5754合金铸棒加热温度均为450±10°C。

　　铸棒我们采用在短棒加热炉中加热，这样可以保证一台挤压机生产多种牌号的合金而不相互冲突，没有采用长棒热剪的方式挤压这类型材，因为长棒热剪会使剪下来的短棒端头严重变形，形成椭圆形的截面和剪切末端的巨大圆角，这样会使空气残留在挤压筒内导致型材出现起泡和气孔现象，也会造成挤压初始阶段对模具的压力不平衡现象。

　　为确保铸棒内外温度的均匀性和避免挤压制品表面造成气泡，空炉升温至500°C保温4小时装铸棒，加热采用梯度加热方式进行加热100°C保温1小时，升温到270度保温1小时，400°C保温1小时，待炉内棒温热端和冷端温度均达到460±10°C保温1小时后，测铸棒的实际温度达到工艺温度时方可进行下一步工作。

　　待铸棒温度达到450±10°C。度时、模具温度达到450±10°C。度、挤压筒温度达到420±10°C时，先用6063合金铸棒进行冲热模、试挤压，正常后换成要求的合金棒，换棒前要用清缸垫对挤压筒清理一次。

　　挤压速度一般控制在5米至10米之间每分钟，不可挤压太快否则出现裂纹。在现场随着挤压制品的表面质量、尺寸变化情况随时进行控制，随着铸棒温度的高低随时进行调控。

　　对H112状态交货的产品不进行风冷、水冷，应自然冷却。为保证产品的表面质量和公差尺寸及机械性能对H112状态产品的拉伸率控制在1%-1.8%之间，这样的拉伸量既可以满足制品调直的需求，又可以满足H112状态的冷作硬化需求，因为铝合金有每次保持一定的拉伸都能使其力学性能有不同程度的提高的特性。

　　因为这两种合金含镁量高，在熔铸时如果和其它合金一起熔炼很容易造成其它合金中镁含量过高而无法冲淡，为了防止熔铸时混合金造成不必要的麻烦，我们对这两种合金的残料和压余采用单独存放并标识清楚，以免铸棒时混到其它成分的铸棒当中成份失控。

　　挤压这种合金并不像加工6063合金那样轻松，这两种合金对温度敏感性强，特别是5754温度稍有降低就会产生闷车现象，不过温度也不易过高，挤压速度不易过快，否则致使制品表面出现多气泡、较大裂纹，严重者将出现制品碎裂现象。 5754合金挤压温度的波动最好控制在20度范围内。我们在生产时必须按工艺要求去控制，如果铝棒加热不够均匀将产生闷车挤不动现象，采用梯度加的方法就是为了保证铝棒内外温度均匀，避免铝棒内部加热不够产生的一系列问题。

　　五、结论

本文介绍了车辆用5A02、5754铝合金的特性及H112状态挤压生产工艺技术，从成分构成分析了这两种合金的合金特性及可挤压性，总结了这两种铝合金型材生产工艺过程控制时遇到的一些问题及解决方法。

　　1、以上两种合金制品的试生产均取得比较满意的结果，制品的表面质量部分存在表面粗、擦伤、微划沟、麻面等瑕疵不过在后续工序中均可处理，不影响质量。

　　2、制品的化学成分、表面质量、尺寸公差、机械性能等均满足国家标准要求。

　　3、在此次试生产中员工的技术水平得到了进一步提高，使员工掌握了这两种合金的特性和生产工艺技术，为工业材规模化生产打下坚实的基础。

　　4、发现了现有的挤压设备及辅助设备的不足之处，为挤压设备和辅助设备适应工业材大规模生产找到了进一步改进的依据。