1、前言
和諧號CRH6型城際動車組是我國第一款城際動車組,分為時速200和160公里兩款車型,均為4動4托編組列車。其中時速200公里列車,座席定員為557人,滿載1488人;時速160公里列車,座席定員為1514人,滿載2010人。約為干線同速度等級、同編組形式動車組的2倍多,并大于B型地鐵運能,且兼具動車組和地鐵列車的雙重優勢,具有快速啟動與停車、安全可靠、高舒適性、節能環保等眾多優點。既可以實現高速運營、大載客量,又可以滿足城市群之間短站間距的運用需求。
該城軌列車結合軌道車輛輕量化的要求,主體車廂采用22款鋁合金特種型材焊接(詞條“焊接”由行業大百科提供),每節車廂尺寸為24.5×3.3×3.86m,車體斷面如圖1所示。
此列車用型材生產難度大,技術要求高。其斷面形狀復雜,還兼具大斷面、型材長(24.5m)、薄壁、扁寬、壁厚差大等特點,而且對力學性能、焊接性能、抗腐蝕性能、尺寸精度(詞條“精度”由行業大百科提供)和外觀質量等都要求有優異的數據指標,部分型材斷面如圖2所示。制造此列車車體用鋁合金型材,除需要配備大型熔鑄設備和擠壓力大于80MN高精密擠壓裝備外,還必須控制好一系列工序的生產技術工藝條件。下面結合我公司承擔的2011年廣東省教育部產學研結合項目(項目編號:2011A090200104),對和諧號CRH6城軌列車用鋁合金型材生產技術要點述論如下。
2、生產試驗過程
試驗采用同水平熱頂鑄造法及其透氣磚氣體精煉法生產A6N01和A7N01合金鑄棒,對鑄棒進行均質處理后車皮,并在90MN和36MN擠壓配套設備上進行擠壓和在線淬火,型材經一定時間的自然時效后進行人工時效處理。
2.1試驗用材料
擠壓試驗用材料為熔鑄生產的型號與規格為Ф494mm-A6N01及Ф320mm-A7N01兩種鑄棒,A7N01合金主要用于邊梁結構,共3款型材,
其余為A6N01合金。根據生產實際需要,對日本標準JISH 4100中的這兩種合金成分進行相應調整,具體如下表1所示。
2.2試驗主要設備
(1)熔鑄配套設備
鑄棒生產采用25噸熔鑄爐(詞條“熔鑄爐”由行業大百科提供)及同水平熱頂鑄造機,其主要配套設備有:
①爐溫自動控制系統;
②鋁熔煉在線凈化除氣系統;
③透氣磚氣體攪拌系統;
④陶瓷過濾器;
⑤在線測氫儀;
⑥50噸位均質爐。
(2)擠壓配套設備
型材擠壓使用的是90MN擠壓機和36MN擠壓機,其配套設備有:
①快速工頻感應加熱爐(梯度加溫);
②先進在線淬火裝置;
③雙牽引機;
④500噸拉伸(詞條“拉伸”由行業大百科提供)矯直機;
⑤多功能整形機;
⑥30米長時效爐。
2.3 工藝技術參數
由于列車型材對強度、抗疲勞、抗腐蝕等要求高,因此鑄棒時必須保證爐內合金高度合金化。而在制定模具(詞條“模具”由行業大百科提供)設計及擠壓工藝時,除保證產品的成品率外,還需保證產品的尺寸精度和綜合力學性能等技術指標要求。因此,在生產中,對熔鑄、擠壓和時效工藝都有嚴格的要求,具體執行的工藝技術要求如表2~表4所示:
3、試驗結果與討論
3.1鑄棒低倍試驗結果
對合金鑄棒取樣做低倍檢查,澆口晶粒度1級,底部1~2級,邊部深5~10mm局部有2級晶粒,無其它缺陷。擠壓前對其進行車皮處理,性能指標滿足列車型材擠壓生產需求。試樣低倍照片見下圖3~圖4所示:
3.2力學性能試驗結果
型材試樣力學性能試驗結果如表5所示:
3.3維氏硬度及彎曲試驗
型材試樣維氏硬度及彎曲試驗結果如下表6:
3.4型材金相試驗結果
(1)A6N01型材樣品金相試驗結果
低倍組織:樣品檢測面上未見粗晶環,未見裂紋(詞條“裂紋”由行業大百科提供)、縮尾、光亮晶粒、非金屬夾雜、外來金屬夾雜、白斑及化合物等點狀缺陷,低倍晶粒度相當于GB/T 3246.2-2012的一級。
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