專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高M(jìn)n含量的鋁鎂合金焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于以材料的成分和性質(zhì)為特征的用于焊接的焊料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種錳含量比同類(lèi)焊料要高的鋁鎂合金焊絲。
背景技術(shù)：
鋁合金構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用中不少是通過(guò)焊接成形的，而且其中大多數(shù)焊接后要求不進(jìn)行強(qiáng)化熱處理而直接使用，因此通常要求鋁合金焊絲焊接的焊縫最好不需要強(qiáng)化熱處理即有較高的強(qiáng)度、塑性和抗蝕性。由于鋁鎂合金(即5X X X系鋁合金)接近上述綜合性能的要求，因此目前廣泛使用的鋁合金焊絲為5XXX系鋁鎂合金焊絲。但現(xiàn)有的鋁鎂合金焊絲焊后焊縫的強(qiáng)度仍較低與基材強(qiáng)度相差較大，不能充分發(fā)揮基材的力學(xué)性能潛力，迫切需要開(kāi)發(fā)無(wú)需強(qiáng)化熱處理就能使焊縫獲得較好綜合性能的鋁合金焊絲。 由于在鋁鎂合金中加入少量的錳，形成彌散相顯著細(xì)化晶粒，不但可以改善合金的塑性、起到補(bǔ)充強(qiáng)化的作用，而且還可以改善焊接性能。所以就有人考慮到在鋁鎂合金中加入錳作為焊絲，但通常錳的加入量都很少，多數(shù)在O. 8wt%以下，最高的也不超過(guò)I. 2wt%。如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案《焊接用鋁合金焊絲》(申請(qǐng)?zhí)?00710025257. 2)中的錳含量為O. 03
0.20wt%;中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案《高性能鋁合金自動(dòng)焊絲》(申請(qǐng)?zhí)?01210146910. I)中錳含量為O. 05 O. 20wt%.;中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案《一種高強(qiáng)度鋁合金焊絲及其制備方法》(申請(qǐng)?zhí)枮?00910244555. X)中的錳含量為0. I O. 2wt%。即便是日本神戶制鋼株式會(huì)社的中國(guó)專(zhuān)利《鋁合金制焊接絲》(專(zhuān)利號(hào)為02159361. 2)中的錳含量為O. 01 I. 2wt%,也僅僅達(dá)到
1.2wt%。上述專(zhuān)利中錳的加入量之所以如此少，估計(jì)是因?yàn)樗麄冎塾阡X錳二元系相圖，在共晶溫度658°C時(shí)，錳在α固溶體中的最大溶解度僅為1.82wt%。傳統(tǒng)的觀念束縛著大家，使得他們不敢在鋁鎂合金中加入更多的錳元素，唯恐因出現(xiàn)粗大含Mn相而影響到焊縫的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了尋找一種焊后不需要進(jìn)行熱處理而仍然具有較高的強(qiáng)度、延伸率和抗蝕性的鋁鎂合金焊絲。為此，我們還是從深入研究鋁錳二元相圖入手，錳和鋁二元系是典型的共晶相圖，錳可以阻止鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程，提高其再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化其晶粒。它的作用主要是通過(guò)MnAl6的彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)鋁的再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。另一方面，我們研究MnAl6質(zhì)點(diǎn)的析出時(shí)，發(fā)現(xiàn)它不但可以阻礙鋁鎂合金晶粒長(zhǎng)大；也可以對(duì)鋁鎂合金起到強(qiáng)化作用(彌散強(qiáng)化)；而且其負(fù)電位由于與鋁合金基體的負(fù)電位極為接近，即使存在過(guò)剩的MnAldB，也可以確保它有很好的抗腐蝕性能；另外焊縫是焊料速熔且急冷形成的，合金中的MnAlf^H細(xì)小。因此，即便是在提高合金中錳含量的情況下，鋁鎂合金的綜合性能也不會(huì)受到影響。從上述的構(gòu)思出發(fā)，我們經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，終于用提高錳含量的方法找到了一種焊后不需要進(jìn)行熱處理而仍然具有較高的強(qiáng)度、延伸率和抗蝕性的鋁鎂合金焊絲，實(shí)現(xiàn)了我們預(yù)期的目的。本發(fā)明提供了一種提高M(jìn)n含量的鋁鎂合金焊絲，其特征在于將焊絲中的Mn含量提高為I. O 2. 0wt%,焊絲其余的化學(xué)成分以重量百分比計(jì)算為Mg:4. 5 5. 5 ;Si: ^ O. 15 ；Fe: ( O. 25 ；Cr: ( O. 15 ；Ti: ( O. 15 ；Cu: ( 0. 10 ；Zn: ( 0. 10 ；Zr: ^ 0. 15 ；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明的提高M(jìn)n含量的鋁鎂合金焊絲，其錳含量的最佳加入量以重量百分比計(jì)算為I. 5%ο由于在鋁鎂合金的焊絲中錳的含量，已經(jīng)處在鋁錳合金相圖中錳在α固溶體中
的最大溶解度左右，它可以最大限度的在鋁鎂合金中析出MnAl6彌散質(zhì)點(diǎn)，從而可以提高焊
縫強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)我們進(jìn)行過(guò)大量的試驗(yàn)，將它同國(guó)外進(jìn)口的Al-5Mg合金焊絲如5356 ;5183和
5087焊絲對(duì)比，其拉伸性能如表I所示
表I焊口拉伸性能表
合金屈服強(qiáng)度MPa 抗拉強(qiáng)度MPa 延伸率
母材(3ππη 厚 5083 退火板材)155. O314. 222. 4%
本發(fā)明的焊絲合金焊接的焊縫146.0300.915.2%
進(jìn)口 5356焊絲合金焊接的焊縫Γ 24017%
進(jìn)口 5183焊絲合金焊接的焊縫12527517%
進(jìn)口 5087焊絲合金焊接的焊縫12527517%甴上表中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)本發(fā)明的焊絲其焊縫的力學(xué)性能與進(jìn)口的同類(lèi)焊絲相比較，延伸率接近，但屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均有所提高，更接近鋁鎂合金母材的水平。我們還對(duì)本發(fā)明的焊絲焊縫彎曲性能進(jìn)行大量的試驗(yàn)，試驗(yàn)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IS0058173 :2000 (E))[金屬材料焊縫的破壞試驗(yàn)——彎曲試驗(yàn)]進(jìn)行，樣品均無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明焊縫的范性形變性能(彎曲性能)良好，符合鋁合金焊絲的質(zhì)量要求。我們還對(duì)本發(fā)明的焊絲的焊縫，按照國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T7998-200鋁合金晶界腐蝕測(cè)定方法進(jìn)行過(guò)測(cè)試，其結(jié)果與進(jìn)口的5356焊絲的性能相同。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在于突破了鋁鎂合金(5X X X系列)焊絲中錳含量不超過(guò)I. 2wt%的傳統(tǒng)觀念，將錳含量提高到錳在α固溶體中的最大溶解度左右，即I. O
2.0wt%。充分利用MnAl6的強(qiáng)化作用來(lái)提高焊縫的強(qiáng)度，并改善其耐蝕性能。
具體實(shí)施例方式下面將以實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明和補(bǔ)充。以99. 99wt% 高純 Al 和中間合金 Al-10wt%Mn、Al-4wt%Cr、Al_4wt%Ti 為原料，按常規(guī)熔煉工藝熔化金屬原料，攪拌、扒渣、除渣、除氣、靜止后，半連續(xù)鑄造成直徑為IlOmm的半連續(xù)鑄錠，495°C均勻化處理后扒皮，460°C加熱擠壓成直徑為IOmm的線坯(擠壓比38%)，經(jīng)兩次450°C中間退火將直徑為IOmm的線坯軋制成直徑為3. 8mm的線坯，最后再拉拔成直徑為3. 3mm的焊絲產(chǎn)品。將直徑為3. 3mm的焊絲表面清理后，以3mm厚5083招合金板材為基材，預(yù)留2mm狹隙，采用TIG焊焊接成形，再將焊縫磨平按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸、彎曲及應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。采用上述工藝我們選取一些典型的化學(xué)配比生產(chǎn)出多批焊絲并進(jìn)行了相應(yīng)的性能測(cè)試，其結(jié)果如下實(shí)施例I采用成分(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算)為I. 5Mn、4. 5Mg、彡O. 15SK O. 25Fe、彡O. 15Cr、(O. 15Ti、彡O. 10Cu、彡O. ΙΟΖη、彡O. 15Zr、余量為Al和不可避免的雜質(zhì)元素的較高M(jìn)n含量的焊絲焊接的焊縫，拉伸力學(xué)性能可達(dá)抗拉強(qiáng)度=300. 9MPa、屈服強(qiáng)度> 146. OMPa、延伸 率=15. 2%，而且彎曲性能和抗應(yīng)力腐蝕性能均與采用5356鋁合金焊絲焊接的結(jié)果相同。實(shí)施例2采用成分(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算)為I. OMn,5. 5Mg、彡O. 15SK O. 25Fe、彡O. 15Cr、(O. 15Ti、彡O. 10Cu、彡O. ΙΟΖη、彡0. 15Zr、余量為Al和不可避免的雜質(zhì)元素的較高M(jìn)n含量的焊絲焊接的焊縫，拉伸力學(xué)性能可達(dá)抗拉強(qiáng)度=300. 7MPa、屈服強(qiáng)度=144. 8MPa、延伸率=15. 2%，而且彎曲性能和抗應(yīng)力腐蝕性能均與采用5356鋁合金焊絲焊接的結(jié)果相同。實(shí)施例3采用成分(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算)為2. OMn,5. (Mg、彡0. 15SK 0. 25Fe、彡0. 15Cr、(0. 15Ti、彡0. 10Cu、彡0. 10Zn、彡0. 15Zr、余量為Al和不可避免的雜質(zhì)元素的較高M(jìn)n含量的焊絲焊接的焊縫，拉伸力學(xué)性能可達(dá)抗拉強(qiáng)度=302. OMPa、屈服強(qiáng)度=147. 3MPa、延伸率=14. 7%，而且彎曲性能和抗應(yīng)力腐蝕性能均與采用5356鋁合金焊絲焊接的結(jié)果相同。實(shí)施例4采用成分(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算)為I. 3Mn、5. 2Mg、彡0. 15SK 0. 25Fe、彡0. 15Cr、(0. 15Ti、彡0. 10Cu、彡0. 10Zn、彡0. 15Zr、余量為Al和不可避免的雜質(zhì)元素的較高M(jìn)n含量的焊絲焊接的焊縫，拉伸力學(xué)性能可達(dá)抗拉強(qiáng)度=300. 9MPa、屈服強(qiáng)度=146. 2MPa、延伸率=15. 2%，而且彎曲性能和抗應(yīng)力腐蝕性能均與采用5356鋁合金焊絲焊接的結(jié)果相同。我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)本發(fā)明的創(chuàng)造性體現(xiàn)于破除了鋁鎂合金焊絲中錳含量不超過(guò)
I.2Wt%的傳統(tǒng)觀念，將鋁鎂合金焊絲中錳含量提高到了錳在α固溶體中的最大溶解度
I.82wt%左右，它可以最大限度的在鋁鎂合金中析出MnAlj#散質(zhì)點(diǎn)，從而提高焊縫強(qiáng)度，并
由此得到了一種焊后不需要進(jìn)行熱處理而仍然具有較高的強(qiáng)度、延伸率和抗蝕性的鋁鎂合
金焊絲。只要鋁鎂合金焊絲中錳含量超過(guò)I. 2wt%以上，便將視為侵犯了本發(fā)明專(zhuān)利合法權(quán).、
Mo
權(quán)利要求
1.一種提高M(jìn)n含量的鋁鎂合金焊絲，其特征在于將焊絲中的Mn含量提高為I.O 2. Owt%，焊絲其余的化學(xué)成分以重量百分比計(jì)算為Mg:4. 5 5. 5 ;Si: ^ O. 15 ；Fe:彡 O. 25 ；Cr:彡 O. 15 ；Ti:彡 O. 15 ；Cu:彡 O. 10 ；Zn:彡 O. 10 ；Zr:彡 O. 15 ;余量為 Al 和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.按權(quán)利要求I所述的提高M(jìn)n含量的鋁鎂合金焊絲，其特征在于所說(shuō)的錳含量的最佳加入量為I. 5wt%。
全文摘要
一種提高M(jìn)n含量的鋁鎂合金焊絲，其特征在于將焊絲中的Mn含量提高為1.0～2.0wt%，焊絲的其余化學(xué)成分以重量百分比計(jì)算為Mg:4.5～5.5；Si:≤0.15；Fe:≤0.25；Cr:≤0.15；Ti:≤0.15；Cu:≤0.10；Zn:≤0.10；Zr:≤0.15；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明的焊絲中錳含量的最佳加入量為1.5wt%。由于本發(fā)明的鋁鎂合金焊絲中錳含量已經(jīng)處在鋁錳合金相圖中錳在α固溶體中的最大溶解度左右，它可以最大限度地在鋁鎂合金中析出MnAl6彌散質(zhì)點(diǎn)，從而可以提高焊縫強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)我們進(jìn)行過(guò)大量的試驗(yàn)，將它同國(guó)外進(jìn)口的Al-5Mg合金焊絲如5356；5183和5087焊絲對(duì)比，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的焊絲，其焊縫的延伸率與進(jìn)口的焊絲相接近，而屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均有所提高，更加接近于鋁鎂合金母材的水平。
文檔編號(hào)B23K35/28GK102886618SQ20121039881
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者趙剛, 李恒奎, 孟立春, 張萬(wàn)金, 劉春宇, 田妮, 何長(zhǎng)樹(shù), 趙驤 申請(qǐng)人:東北大學(xué)