本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金及其制备方法。
背景技术：
高速动车组齿轮箱驱动装置是保证高速列车持续稳定运行的关键零部件，是列车动力转向架的一部分。齿轮箱一端固定在构架上，另一端安装在车轴上，并通过联轴器与动车组的牵引电机相连接实现动力传动。现有的动车组齿轮箱箱体多采用铝合金材料制成，因现有的铝合金存在强度差、耐热性不是很好的缺陷，应用于齿轮箱中存在箱体易发生裂纹的风险。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金及其制备方法，所述制备方法过程简单，条件温和，得到的铝合金强度高，耐热性能优异，韧性好，能满足高速动车组齿轮箱箱体的使用要求。
本发明提出的一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分按重量百分比包括：Zn：2-5％、Mg：1.5-2.8％、Mn：0.1-0.8％、Zr：0.5-1.5％、W：0.5-1.5％、V：0.1-0.2％、Be：0.01-0.08％、Ti：0.2-0.5％、Si：0.02-0.1％、Ni：0.05-0.2％、Ga：0.05-0.15％、Fe：0.1-0.3％、Cu：0.2-0.5％、Cr：0.05-0.15％、Sc：0.1-0.5％、Ag：0.3-1.2％、Pr：0.1-0.5％、Y：0.2-0.5％、In：0.1-0.5％、B：0.1-0.3％、Li：0.5-1.2％、余量为Al。
优选地，其成分中，Mg、Y的重量百分比满足以下关系式：Y≤0.35％，且2.6％≤Mg+Y≤3％。
优选地，其成分中，Mg、Mn、Sc的重量百分比满足以下关系式：Mg+Mn+Sc≥2.7％。
优选地，其成分中，Sc、Zr的重量百分比满足以下关系式：Sc+Zr≥1.65％，且Zr≥3×Sc。
优选地，其成分按重量百分比包括：Zn：3.2％、Mg：2.57％、Mn：0.13％、Zr：1.5％、W：1.2％、V：0.16％、Be：0.05％、Ti：0.32％、Si：0.08％、Ni：0.12％、Ga：0.11％、Fe：0.26％、Cu：0.3％、Cr：0.12％、Sc：0.2％、Ag：1％、Pr：0.14％、Y：0.28％、In：0.13％、B：0.2％、Li：1％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在600-650℃下进行浇注，冷却至550-570℃后浸入水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在520-550℃下固溶处理2.2-2.8h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在280-320℃下退火2-5h后冷却至室温，然后在170-200℃下进行时效50-65h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
优选地，在S2中，冷却至550-570℃后浸入冰水中凝固得到物料B。
优选地，所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在620℃下进行浇注，冷却至565℃后浸入冰水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在538℃下固溶处理2.6h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在300℃下退火3.5h后冷却至室温，然后在180℃下进行时效58h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
在所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法中，在600-650℃下进行浇注，然后冷却至550-570℃后浸入水中凝固，从而使得到的铸件其心部组织主要为分布均匀的球晶和近球晶组成，基本没有出现固-液偏析现象，显著提高了铝合金的强度和韧性，之后，将固溶温度控制在520-550℃，时间控制在2.2-2.8h，从而使体系中的共晶Si全部由针状和棒状转变为球状或近球状，并且得到明显细化，同时,共晶组织中的θ(CuAl2)相析出物完全消失并溶入a-Al基体中，进一步提高了铝合金的强度和韧性。
本发明所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分中加入Mg、Si和Cu，并调节了其在体系中的含量，在保持铝合金优异的抗蚀性的同时使体系中形成了更加细小更加均匀的Mg2Si相，增强了铝合金材料的强度、耐热性，降低了铝合金的热膨胀系数，同时加入了Ni元素与Cu进行配合，显著提高了铝合金材料的塑性，防止了其开裂；加入微量Mn和Cr，会产生弥散相，抑制合金再结晶，提高合金强度，增加合金抗晶间腐蚀能力，改善合金性能；加入了Y，同时使Mg、Y的重量百分比满足关系式：Y≤0.35％，且2.6％≤Mg+Y≤3％，从而调节了在体系中形成的Mg2Y，赋予铝合金优异的的耐腐蚀性和高温抗蠕变性能；加入了Sc，同时调节了Mg、Mn、Sc的重量百分比满足关系式：Mg+Mn+Sc≥2.7％，从而在体系中形成了MgMnSc6、MgMnSc15以及Al6Mn弥散相，能更显著地强化基体，同时显著提高了铝合金的高温蠕变性能；加入了Pr和Y，从而抑制了体系中θ-Al13Cr2的生成，形成了具有较好热稳定性的RECr2Al20颗粒，显著提高了铝合金的耐热性和强度；在体系中加入了Ga、Ag和Sn，并控制了三者在铝合金中的比例，使三者共同作用，改善了铝合金的耐腐蚀性，与Pr、Y配合后显著改善了铝合金的耐热性、强度和韧性，赋予铝合金优异的抗开裂性能。
对本发明所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金进行性能检测，其最大抗拉强度为356-421MPa，相对应的最大延伸率为7.5-8.3％，显微硬度为132-142HV。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分按重量百分比包括：Zn：5％、Mg：1.5％、Mn：0.8％、Zr：1.5％、W：0.5％、V：0.2％、Be：0.01％、Ti：0.5％、Si：0.02％、Ni：0.2％、Ga：0.05％、Fe：0.3％、Cu：0.2％、Cr：0.15％、Sc：0.1％、Ag：1.2％、Pr：0.1％、Y：0.5％、In：0.1％、B：0.3％、Li：0.5％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在650℃下进行浇注，冷却至550℃后浸入水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在550℃下固溶处理2.2h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在320℃下退火2h后冷却至室温，然后在200℃下进行时效50h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
实施例2
本发明提出的一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分按重量百分比包括：Zn：2％、Mg：2.8％、Mn：0.1％、Zr：0.5％、W：1.5％、V：0.1％、Be：0.08％、Ti：0.2％、Si：0.1％、Ni：0.05％、Ga：0.15％、Fe：0.1％、Cu：0.5％、Cr：0.05％、Sc：0.5％、Ag：0.3％、Pr：0.5％、Y：0.2％、In：0.5％、B：0.1％、Li：1.2％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在600℃下进行浇注，冷却至570℃后浸入水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在520℃下固溶处理2.8h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在280℃下退火5h后冷却至室温，然后在170℃下进行时效65h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
实施例3
本发明提出的一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分按重量百分比包括：Zn：4.3％、Mg：2.45％、Mn：0.2％、Zr：1.5％、W：0.9％、V：0.17％、Be：0.03％、Ti：0.37％、Si：0.07％、Ni：0.16％、Ga：0.07％、Fe：0.26％、Cu：0.27％、Cr：0.13％、Sc：0.15％、Ag：0.7％、Pr：0.4％、Y：0.26％、In：0.17％、B：0.22％、Li：0.87％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在643下进行浇注，冷却至565℃后浸入水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在530℃下固溶处理2.5h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在310℃下退火2.8h后冷却至室温，然后在180℃下进行时效60h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
实施例4
本发明提出的一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分按重量百分比包括：Zn：2.6％、Mg：2.25％、Mn：0.3％、Zr：1.3％、W：1.3％、V：0.14％、Be：0.06％、Ti：0.28％、Si：0.04％、Ni：0.1％、Ga：0.11％、Fe：0.14％、Cu：0.41％、Cr：0.09％、Sc：0.4％、Ag：1％、Pr：0.19％、Y：0.42％、In：0.38％、B：0.15％、Li：1.06％、余量为Al。
本发明还提出的一种所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在615℃下进行浇注，冷却至560℃后浸入水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在545℃下固溶处理2.6h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在292℃下退火3.8h后冷却至室温，然后在175℃下进行时效62h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
实施例5
本发明提出的一种高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金，其成分按重量百分比包括：Zn：3.2％、Mg：2.57％、Mn：0.13％、Zr：1.5％、W：1.2％、V：0.16％、Be：0.05％、Ti：0.32％、Si：0.08％、Ni：0.12％、Ga：0.11％、Fe：0.26％、Cu：0.3％、Cr：0.12％、Sc：0.2％、Ag：1％、Pr：0.14％、Y：0.28％、In：0.13％、B：0.2％、Li：1％、余量为Al；
本发明还提出的一种所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锌粉、镁粉、硅粉、钛锭、铁粉、硼粉、铜块、铟锭、铬粉、锰粉、锆粉、钨粉、钒铁、铍粉、镍粉、镓粉、钪锭、银粉、镨粉、钇锭、锂粉进行熔炼得到物料A；
S2、将物料A进行精炼脱氧，然后在620℃下进行浇注，冷却至565℃后浸入冰水中凝固得到物料B；
S3、将物料B在538℃下固溶处理2.6h，然后进行水淬得到物料C；
S4、将物料C在300℃下退火3.5h后冷却至室温，然后在180℃下进行时效58h，冷却至室温后得到所述高速动车组齿轮箱箱体专用耐热铝合金。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。