CN103060630A - 高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金及其板材制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金，其合金成分及质量百分比为：2.0~5.0%Mg，0.2~0.8%Er、0.2~0.6%Zr、Si<0.4%、0.05~0.8%Mn、0.05~0.2%Ti、Zn<0.1%、Fe<0.4%、0.15~0.35%Cr、Cu<0.1%，其他合金成分总量不超过0.15%，剩余为Al含量。同时，本发明还提供了制备上述合金板材的方法。本发明所提供的Al-Mg-Er-Zr合金，易于焊接且焊接强度高，生产成本低，价格便宜，同时，不含有易挥发性等难熔炼合金成分，使得合金熔炼过程较简单，所提供的该合金板材的制备方法，工艺也较为简单。

Description

高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金及其板材制备方法

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，尤其涉及一种高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金及其板材制备方法。

背景技术

Al-Mg系铝合金具有良好的耐蚀性、导电性、导热性，并能长时间保持光亮的表面，具有较高的塑性和强度，较高的焊接强度。多用来制造结构件、容器、管道、零件、日用品、铆钉及装饰品等，是目前铝焊接结构中应用最广的铝合金，在航空、航天、石油、化工、电子、汽车和机械制造也中得到广泛应用。其中，例如5052、5083、5A02等牌号的Al-Mg铝合金常作为车体材料使用，其焊接方法一般使用惰性气体保护焊接技术，如Mig、Tig焊接技术。焊接后，其接头的焊接强度约为其母材强度的80%~85%。强度的损失主要是由于在焊接热冲击作用下，接头材料的晶粒结构发生变化，引起所谓的强度软化效应。但在某些重要结构件的使用过程中，仍然希望此类合金的焊接强度进一步提高，即在焊接过程中材料的强度损失不能太大。

专利200810108650.2公开了一种添加Sc、Zr微量元素的Al-Zn-Mg容易焊接的高强度型材的制备方法，明显提高了母材及焊接件的强度。

专利WO2007 20041 公布了一种多种稀土或过渡族金属元素强化的Al-Mg 合金。该合金的主要合金成分及其质量百分比为：3.5%~6.0%Mg、0.4%~1.2% Mn、0.03%~0.2% Ti、Zn<1.7%、Fe<0.5%、Si<0.5%、Sc<0.5%、Li<0.5%、Zr<0.5%、Cr<0.3%、Cu<0.15%、Ag<0.4%。该合金具有高的强度、好的抗腐蚀性能和焊接强度。此专利所涉及的合金配方中，加入了适当的Zr、Sc、Li、Ag等元素，明显提高了合金的焊接接头强度。

但是，上述通过加入Sc及Zr元素强化合金焊接强度的方法存在以下缺点：（1）Sc为非常昂贵的金属，使得合金实际生产成本增加；（2）Li为非常轻且易挥发的元素，合金熔炼时的引入较为困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金及其板材制备方法，该合金焊接强度高，且生产成本低，价格便宜，同时，不含有易挥发性等难熔炼合金成分，使得合金熔炼过程较简单，所提供的制备方法，工艺也较为简单。

     本发明的具体技术方案如下：

一种高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金，该合金成分及其质量百分比为：2.0~5.0%Mg，0.2~0.8%Er、0.2~0.6%Zr、Si<0.4%、0.05~0.8%Mn、0.05~0.2%Ti、Zn<0.1%、Fe<0.4%、0.15~0.35%Cr、Cu<0.1%，其他合金成分总量不超过0.15%，剩余为Al含量。

一种如上述高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金板材制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）       原料配制：以金属纯铝、纯镁、纯铁、纯铜、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Ti中间合金作为原料，按Al-Mg-Er-Zr合金成分的质量百分比：2.0~5.0%Mg、0.2~0.8%Er、0.2~0.6%Zr、Si<0.4%、0.05~0.8%Mn、0.05~0.2%Ti、Zn<0.1%、Fe<0.4%、0.15~0.35%Cr、Cu<0.1%，进行配比；

（2）       合金熔炼：将配制好的合金原料在覆盖剂或惰性气体保护作用下，进行加热熔炼液化，熔炼温度740~760℃；

（3）       铝合金板材铸轧：对液化的合金原料进行30~60min的搅拌，再通入CCl₄气体进行精炼，并扒除表面的熔渣，之后，将精炼过的合金原料液体静置30min，再通过铸轧机进行铸轧，获得铝合金板材；

（4）       板材冷轧：将上述第（3）步骤获得的铝合金板材在冷轧机上进行冷轧，获得高焊接强度的铝合金板材。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）       该合金易于焊接，且焊接强度高；

（2）       该合金生产成本低，价格便宜；

（3）       该合金不含有易挥发性等难熔炼合金成分，使得合金熔炼过程较简单；

（4）       该合金板材制备方法工艺较为简单。

 

具体实施方式

     通过以下具体实施例，对本发明作更进一步详细说明。

实施例1：本实施例的高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金，其合金成分及其质量百分比为：Mg2.5%、Si0.3%、Mn0.5%、Ti0.1%、Cr0.2%、Fe0.1%、Cu0.02%、Ti0.1%，Er0.25%、Zr0.5%，其余为Al含量。

 上述高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金板材的制备方法如下：

（1）       原料配制：以金属纯铝、纯镁、纯铁、纯铜、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Ti中间合金作为原料，按上述合金成分及其质量百分比，进行配比；

（2）       合金熔炼：将配制好的合金原料在覆盖剂或惰性气体保护作用下，进行加热熔炼液化，熔炼温度740~760℃；

（3）       铝合金板材铸轧：对液化的合金原料进行30~60min的搅拌，再通入CCl₄气体进行精炼，并扒除表面的熔渣，之后，将精炼过的合金原料液体注入铸造前液箱中，静置30min，再通过铸嘴及四辊铸轧机进行铸轧，获得7mm厚度的铝合金板材；

（4）       板材冷轧：将上述第（3）步骤获得的铝合金板材在冷轧机上进行冷轧，获得4mm厚度的高焊接强度的铝合金板材。

上述4mm厚度铝合金板材的高焊接强度具体可以通过以下实验所测得数据体现出来，实验具体如下：

通过使用Mig气体保护焊，对板材进行焊接，焊接工艺参数为：直流160A，电压18V，保护气体为高纯Ar气，流量为17L/min，焊丝为直径1.2mm 牌号ER5356焊丝。

板材焊接后，取母材及焊接接头，分别加工试样，进行拉伸试验，所获得的母材抗拉强度为264Mpa，焊接接头的抗拉强度为232.5Mpa，焊接强度为母材的88.1%。

上述取母材及焊接接头样品时，其焊缝是置于样品中间的。

实施例2：与实施例1相比，本实施例的区别在于：本实施例的合金成分及其质量百分比为：Mg4.5%、Si0.35%、Mn0.68%、Ti0.05%、Cr0.15%、Fe0.02%、Cu0.05%、Ti0.05%，Er0.7%、Zr0.72%，其余为Al含量。

 所获得的4mm厚度铝合金板材的高焊接强度实验结果为：母材抗拉强度为348Mpa，焊接接头的抗拉强度为317Mpa，焊接强度为母材的91.1%。

 以上只是本发明所提供的较佳实施例，总之，采用本发明的方法所制备的高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金板材，焊接强度显著提高，且生产工艺简单，价格便宜，合金熔炼过程较容易。

Claims (2)

1.一种高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金，其特征在于，该合金成分及其质量百分比为：2.0~5.0%Mg，0.2~0.8%Er、0.2~0.6%Zr、Si<0.4%、0.05~0.8%Mn、0.05~0.2%Ti、Zn<0.1%、Fe<0.4%、0.15~0.35%Cr、Cu<0.1%，其他合金成分总量不超过0.15%，剩余为Al含量。

2.一种如权利要求1所述的高焊接强度Al-Mg-Er-Zr合金板材制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）原料配制：以金属纯铝、纯镁、纯铁、纯铜、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Ti中间合金作为原料，按Al-Mg-Er-Zr合金成分的质量百分比：2.0~5.0%Mg、0.2~0.8%Er、0.2~0.6%Zr、Si<0.4%、0.05~0.8%Mn、0.05~0.2%Ti、Zn<0.1%、Fe<0.4%、0.15~0.35%Cr、Cu<0.1%，进行配比；

（2）合金熔炼：将配制好的合金原料在覆盖剂或惰性气体保护作用下，进行加热熔炼液化，熔炼温度为740~760℃；

（3）铝合金板材铸轧：对液化的合金原料进行30~60min的搅拌，再通入CCl₄气体进行精炼，并扒除表面的熔渣，之后，将精炼过的合金原料液体静置30min，再通过铸轧机进行铸轧，获得铝合金板材；

（4）板材冷轧：将上述第（3）步骤获得的铝合金板材在冷轧机上进行冷轧，获得高焊接强度的铝合金板材。