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1、中南大学结业论文1第一章 文献综述6005A铝合金是欧洲开发的 Al-Mg-Si系变形铝合金。这种合金不仅具有中等强度、良好的机械性能、抗腐蚀性能和较好的焊接性能，而且具有优异的热挤压性能，它可以挤压成各种形状复杂的大型薄壁空心、实心型材。在国外，6005A 铝合金通常应用于交通运输领域。利用先进的挤压技术，可以将 6005A铝合金铸锭挤压成大型薄壁宽幅型材，这种新型材用于制造高速地铁、高速客车的车体，大大减轻了车辆的重量，提高了车辆的运行速度，获得了综合的经济效益和社会效益。目前，6005A 合金在我国应用较少，随着我国高速、轻型铝合金列车和地铁列车以及轻型客货汽车的研究开发，为其配套生产大
2、型车辆型材的西南铝加工 80挤压生产线的改造、辽源铝材厂 75MN挤压生产线和山东丛林集团100MN挤压生产线的建设完工，作为车辆壁板用材的 6005A铝合金在我国将会得到越来越广泛的应用。1.1 6005A 铝合金的性质1.1.1 变形铝合金变形铝合金通常是指可以经过不同的变形方式生产出半成品的铝合金。根据合金的热处理特性，变形铝合金可分为可热处理强化变形铝合金和不可热处理强化变形铝合金。可热处理强化变形铝合金又包括 Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg、Al Mg-Si以及 Al-Li系合金。其中，Al Mg-Si系合金具有强度、韧性、耐蚀性、可焊性和挤压工艺性能的良好组合，该系合金在 T6
3、状态下（峰值时效）的抗拉强度处于 200-600兆帕之间很宽的范围之内。与 Al-Cu-Mg系和 Al-Zn-Mg系合金相比较而言，其强度较低，但是有很好的挤压性能，可以降低成本。而且，Al-Cu-Mg 系和 Al-Zn-Mg系合金应用于运输领域，特别是建筑、结构工程领域，各有其缺陷。因此，当前竞争十分激烈的情况下，经济、实用的 Al Mg-Si系合金广泛应用于建筑、交通运输和结构材料领域。中南大学结业论文21.1.2 Al Mg-Si1. Al-Mg-Si三元系平衡状态图Al-Mg-Si三元系富铝角状态图见图 1-1，该系存在一个 Al-Mg-Si伪二元截面，它把 Al-Mg-Si三元系的富
4、铝角分成两个独立的三元系：Al-Mg 2Si Si和Al-Mg2Si Mg2Al3，其三元共晶温度分别为 559和 448。在每一个三元系中，铝都形成固溶体（一边是 Si和 Mg2Si另一边是 Mg2Si 和 Mg） 。Mg 2Si 在基体（Al）中的最大固溶度为 1.85%（1.14%Mg、0.66%Si） ，其固溶度随温度的降低而急剧下降。这种溶解度的变化使合金在人工时效后有时效硬化能力。在时效处理过程中，主要强化相 Mg2Si的沉淀顺序为：针状 GP区（沿100）有序的针状 GP区针状亚稳相 稳定的 （Mg 2Si） 。2. Al-Mg-Si系铝合金中主要的组织与组成相Al-Mg-Si系
5、铝合金中主要的组织组成物是 Mg2Si。如果合金中含有相当量的铜与硅，则除了 Mg2Si外，还可能形成 Cu2Mg8Si6Al5，即至少有一部分 Mg2Si被 Cu2Mg8Si6Al5取代，后者也有一定的时效硬化能力，同时使合金具有自然时效能力。在无 Mn、Cr 的合金中，Fe 以 FeAl3、FeAl 6、FeMg 3Si6Al18等形式存在；在含有 Mn、Cr 的合金中，Fe 与它们形成复杂的化合物，Zn 溶于固溶体中；Pb、Ti 及 Sr的量很小，一般不至于形成可见的化合物。3.合金元素对合金性能的影响中南大学结业论文3Al-Mg-Si系合金中所含合金元素主要有 Si、Mg、Mn、Cr、
6、Cu 和少量杂质元素 Fe，各元素在合金中的作用如下：Mg和 Si：Mg 和 Si是 6000系合金中的主要合金元素，Mg 和 Si在合金中形成强化相 Mg2Si，对合金起主要的强化作用。当合金中 Mg与 Si之比不满足Mg2Si的比值要求 1.73时，合金中就会有 Mg或 Si过剩。Mg 含量过剩，不仅会降低 Mg2Si在 固溶体中的溶解度，使合金的时效强化效果减弱，而且严重影响合金的成型性能；另一方面，Si 过剩可使合金强度增加，但降低了合金塑性和耐腐蚀性能，可能会引起晶间腐蚀。Cr和 Ti：合金中加入 0.10%-0.30%的 Cr可抑制 Mg2Si相在晶界的析出，延缓自然时效过程，提高
7、人工时效后的强度。微量的 Cr还可提高再结晶温度，抑制再结晶，增加合金人工时效后的的耐蚀性。但 Cr对淬火敏感性影响很大，还会影响制品的表面质量。在加 Cr的同时加入少于 0.1%的 Ti，可以减少铸锭的柱状晶组织，改善合金的锻造性能，并细化制品的晶粒。Mn：合金中加 Mn可以提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。还可以加速板条状的 AlFeSi 相向近圆形的 AlFeSi 相的转化，促进 Mg2Si粒子的均匀分布和挤压变形的均匀性，从而提高合金的强度、韧性、耐蚀性。但合金中的 Mn会提高淬火敏感性，而且过量的 Mn会形成粗大硬脆的 MnAl6相，损害合金的性能。Cu：合金中含有少量的 Cu
8、，可使合金产生固溶强化并且增加人工时效效果，提高合金的强度，但会降低合金的的耐蚀性。Cu 含量愈多，人工时效状态下的晶间腐蚀倾向愈大，添加其他元素如 Mn、Cr 等，可部分消除这一不利影响。1.1.3 6005A 合金的性质6005A铝合金是在 6005合金的基础上发展起来的一种中强变形铝合金，这种合金的主要特点是挤压性能很好，能在挤压机上实现在线淬火，耐腐蚀。在国外，6005A 合金主要用作交通运输车辆所需的薄壁、中空大型铝合金壁板型材以及其他工业用结构型材。6005A 铝合金的化学成分、加工特性、性能及其与同系其他中强铝合金的比较综述如下：1.化学成分及物理性能中南大学结业论文46005A
9、合金的化学成分和物理性能见表 1-1，它的主要强化相是 Mg2Si，合金中 Mg、Si 含量的比值为 0.451.4，小于 Mg2Si化合物中 Mg与 Si的质量比：1.73：1，因此合金中含有较多的过剩 Si，一般为 0.20.6%，高于 6063合金，与 6005合金接近，合金中 Mg2Si含量为 0.71.1%，接近常规成分的 6063合金和 6005合金，低于 6061合金。合金中的 Mn和 Cr有促进晶内金属间化合物形成的作用，这种化合物能提高材料的冲击强度。合金中添加适量的 Mn和 Cr还能减少过剩 Si对塑性的不利影响，提高合金的耐蚀性，6005A 合金中 Mn和 Cr含量略高于
10、 6005和 6063合金，接近 6061合金。合金中添加适量的 Cu能提高时效强化能力，但降低塑性和抗蚀性，6005A 合金中 Cu含量接近 6061合金，高于 6005和 6063合金。合金中的 Fe过高会降低耐蚀性和加工性。表 1-1 6005A合金的物理性能（T5）2.挤压性能6005A合金能够挤压出薄壁空心型材，其挤压变形抗力在 6061合金和6063合金之间，几种合金的挤压速度见表，由表 1-2可见，6005A 合金可采用的挤压速度略低于 6063合金，但高于 6061等合金，证明 6005A合金具有良好的挤压性能。表 1-2 几种铝合金的挤压速度 mmin3.淬火敏感性淬火敏感性
11、与合金中 Mg2Si含量成正比，合金中过剩 Si、Mn、Cr 含量增加，其淬火冷却速度也要提高。6005A 合金的 Mg2Si含量与 6063合金的相中南大学结业论文5近，低于 6061合金的，其过剩 Si较多。几种合金在抗拉强度达到最大值的90%的时间温度性能曲线见图。由图 1-2可见，6005A 合金的淬火敏感性远低于 6061合金，略高于 6063合金。因此，该合金可在挤压时进行在线水雾淬火或强制风冷淬火。6005A 合金的淬火温度为 525535，合金淬火时从454204的冷却速度应要高于 180/min，可在挤压机列上进行水雾冷却淬火或强制风冷淬火。4.机械性能6005A与几种中强铝
12、合金不同状态下的机械性能见表。由表 1-3可见，合金的冲击强度高于 6063和 6005合金，低于 6061合金。图 1-2 最大硬化 90%的时间-温度-性能曲线表 1-3：几种典型合金不同状态下的机械性能机械性能中南大学结业论文65.焊接性能6005A合金可以用钨极惰性气体保护焊（TIG）和金属焊条惰性气体保护焊（MIG）进行焊接，焊条可以使用 4043和 5356或与之配套的专用焊条。6.耐腐蚀性能与同系其他合金一样，6005A 也易受轻微点腐蚀和一般晶间腐蚀，但腐蚀坑不会发展很大。一般情况下不需要防腐蚀处理，且其对应力腐蚀不敏感。综上所述 6005A铝合金具有中等强度、良好的机械性能、
13、抗腐蚀性能和较好的焊接性能，其变形抗力略高于 6063铝合金，具有优异的热挤压性能，它可以挤压成各种形状复杂的大型薄壁空心、实心型材。6005A 铝合金的淬火敏感性远低于 6061合金，略高于 6063合金，因此该合金可在挤压时进行在线水雾淬火或强制风冷淬火。1.2 6005A 铝合金的发展及应用1.2.1 铝材的技术特性对于现代铁道车辆，特别是高速客车和双层客车来说，其现行材料应符合下列要求：尽量减轻自重，能承受标准规定的拉伸、压缩、弯曲、垂直载荷以及意外的冲击、碰撞的作用力，抗振、耐火和耐电弧，耐磨，耐腐蚀，便于制造和维修，价格适宜。综合起来分析，铝合金是一种有发展前途、最为理想的高速与双
14、层客车用材，其技术特性简略分析如下。（1） 大大减轻自重从而增加了运载量，同时，也可大大减少运行阻力。国外铝制车辆减重情况见表 1-4。表 1-4 国外车辆使用铝材减重情况结构件重量（公斤） 减重百分比国别 车辆名称钢 铝 %意大利 米兰地铁车辆 6700 3000 55日本 东京地铁车辆 9540 4100 56中南大学结业论文7瑞士 铁道客车 9350 3950法国 铁道市郊车 9400 6100 35德国 地铁车辆 9500 4670 51（2） 便于制造和维修。（3） 有较好的力学性能和抗振性能。（4） 较好的耐蚀性和优良的表面处理能力。（5） 散热性好。鉴于上述优点，早在 1896年
15、，法国国铁就将铝合金材料用于铁道车辆的窗框上。大约在 65年之后，1962 年，日本采用从德国引进的铝加工新技术制造出首台全铝结构车山阳地铁。1977 年，随着大断面薄壁带筋空心、实心铝型材技术的开发，使铝合金在设计制造时获得了极大的优越性，铝制车辆迅速发展。进入 20世纪 90年代，铝制车辆成为国外高速列车发展的主要方向。根据文献，在 30个国家的地铁车辆调查中有 23个以铝合金为发展方向.2 国外铝合金车体材料国外高速列车用铝合金主要为 5xxx系、6xxx 系。日本主要用5005、5052、5083、6061、6063、6N01、7N01、7003 等合金。法国主要用5754（板材） 、
16、6005A（型材） ，其中 6005A用的最多。德国 ICE高速列车板材用 AlMgSi4.5Mn（相当于 5083） ，型材用 AlMgSi0.7（相当于 6005A） 。前苏联主要用 1915合金。 。从高速列车用材的趋势看，在大型挤压铝型材的发展过程中，用材情况在变化。第一阶段，7N01、5083 合金占主导地位。但是，5083 的挤压性能极差，7N01 的焊接性能不太好。第二阶段，由于大型薄壁宽幅带筋型材在车辆中使用比例增加，挤压性能好的 AlMgSi系材料不断增加，尤其是6005A合金（6N01） 。这一点，可从日本 200系、3050 系车辆所用材质的比较可以看出（表 1-5） 。表 1-5 不同车辆用铝合金品种比例中南大学结业论文8特别是近几年来，随着运营速度的提高，车辆中使用大断面薄壁中空型材的增多，日本 6N01铝合金的用量越来越多。欧洲国家也有类似的情况，如德国ICE高速列车车体的型材主要用 AlMgSi0.7（
