CN103286471B - 一种新型高钪铝合金焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接材料领域,具体为一种新型高钪铝合金焊丝。该铝合金焊丝的化学成分如下(质量%):镁Mg:4.5-6.0,锰Mn:0.10-0.20,钛Ti:0.20-0.30,锌Zn:0.30-0.50,铬Cr:0.10-0.20,锆Zr:0.25-0.35,钪Sc:1.20-1.60,铁Fe:≤0.20,硅Si:≤0.20,铜Cu:≤0.05,铍Be:≤0.0005,其他单个杂质元素:≤0.1,其他杂质元素合计:≤0.15,余量为铝Al。本发明具有如下优点:组织均匀,晶粒细小,电导性好,焊接性能优异;焊缝强度高,塑韧性好,力学性能优异,热裂敏感性小,耐蚀性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域,具体为一种新型高钪铝合金焊丝。
背景技术
Al-Mg-Sc合金是新一代航天航空、核能和舰船用结构材料,具有强度高,耐腐蚀性能好,焊接性能好,焊接热裂纹敏感性低等优点。人们关于含Sc的Al合金已有了一些研究。近几十年来,在国际材料界尤其是前苏联进行了大量的研发工作,已研制开发出 01575、01571、01570、01545、01535、01523、01515等含Sc的Al-Mg-Sc合金。此外,日本、美国和我国等在近年也开展了研究工作,并取得了较大进展。如潘青林等发表的《Sc对Al-Mg合金组织与性能的影响》(材料科学与工艺[J],1997,Vol.5,No.4,P9-13)中,报道了Sc 对不同状态Al -Mg合金拉伸性能、组织及晶粒的影响,并讨论了Sc 在合金中的存在形式和强化机理。
添加微量的Sc就能显著改善合金的力学性能,焊接性能。现在的报道中Al-Mg合金焊丝中添加的Sc含量一般小于0.5%,最高不超过1.0%。在发明专利《Al-Mg-Sc系焊丝》(授权公告号:CN100445019C)中公开了一种Sc含量为0.1-1.0的含Sc的Al-Mg合金焊丝,采用该合金焊丝焊接时,其焊接接头组织细化,综合力学性能都有一定提高。但是人们还没有开发出将Sc作为主要添加元素的Al-Mg-Sc系焊丝,以充分发挥Sc在Al-Mg焊丝中的作用,将此类焊丝的性能最大程度的提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能优异的新型高钪铝合金焊丝。
为实现上述技术目的,本发明采用的技术方案如下:
按质量百分比计,一种新型高钪铝合金焊丝的化学成分为:镁Mg:4.5-6.0,锰Mn:0.10-0.20,钛Ti:0.20-0.30,锌Zn:0.30-0.50,铬Cr:0.10-0.20,锆Zr:0.25-0.35,钪Sc:1.20-1.60,铁Fe:≤0.20,硅Si:≤0.20,铜Cu:≤0.05,铍Be:≤0.0005,其他单个杂质元素:≤0.1,其他杂质元素合计:≤0.15,余量为铝Al。
按质量百分比计,所述高钪铝合金焊丝的优选钪Sc含量为1.4-1.5。
本发明高钪铝合金焊丝中Mg、Mn等元素的适量添加可以降低焊缝裂纹倾向,可提高Sc的溶解度和增加其金属间化合物的形成,进而提高合金强度;Cr、Mn元素的相互作用能增强焊缝的耐腐蚀性,抑制了(CrMn)Al7粗大化合物的形成,使晶粒细化;加入适量的Zn,可以析出MgZn2相和Al2Zn3Mg3相,它们的弥散强化作用可有效提高焊缝的强度,并使其耐腐蚀性能达到最佳;Ti、Sc的添加,使焊缝铸态合金中生成初生Al3 (Sc,Ti) 颗粒,与基体完全共格, 而且错配度非常小,形成良好的非均质晶核,强化细化作用;焊缝在冷却过程中仅有极少量的Sc 固溶在基体中以原子态存在,析出次生Al3Sc、Al3Zr、Al3(Sc,Zr)相以大量弥散、细小的方式析出,起到弥散强化作用;这些相成圆球状,与基体共格,强烈地钉扎位错,阻碍位错运动,使位错滑移所需的切应力大大提高,并阻止亚晶界迁移与合并,对形变组织中的亚结构具有稳定化作用,从而对合金造成了强烈的亚结构强化作用,使得焊缝强度得以大大提高。大量的Al3(Sc,Zr)相还能改善铝合金焊丝的电导性,利于引弧,送丝顺畅。
本发明的有益效果是:本发明高钪铝合金焊丝的晶粒细化,晶粒直径达到20μm,其电导性良好。使用本发明焊丝做焊接实验,其接头的抗拉强度高,较普通Al-Mg合金焊丝提高80MPa左右;抗热裂性好,耐腐蚀性良好。
具体实施方式
下面结合一则具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明并不局限于本实施例。
实施例一:
本发明新型高钪铝合金焊丝的化学成分按质量百分比计为:镁Mg:5.05,锰Mn:0.13,钛Ti:0.25,锌Zn:0.37,铬Cr:0.14,锆Zr:0.30,钪Sc:1.41,铁Fe:0.118,硅Si:0.147,铜Cu:0.031,铍Be:0.0003,其他单个杂质元素≤0.1,其他杂质元素合计≤0.15,余量为铝Al。本实施例的高钪铝合金焊丝的抗拉强度为512MPa,延伸率为17%。
将本实施例制得的铝合金焊丝作为填充材料,在室温下,用MIG焊焊接10mm厚的5083 O态板。金相观察可知在焊缝中心及靠近融合区的位置是细小的等轴晶组织,冷却时焊缝中析出一次Al3(Sc, Zr)复合粒子,这种粒子与基体共格,极大地提高了焊缝的强度。焊接接头的抗拉强度达到345MPa,与母材相当。
Claims (2)
1.一种新型高钪铝合金焊丝,按质量百分比计,铁Fe:≤0.20,硅Si:≤0.20,其他单个杂质元素:≤0.1,其他杂质元素合计:≤0.15,其特征在于其主要化学成分组成为:镁Mg:4.5-6.0,锰Mn:0.10-0.20,钛Ti:0.20-0.30,锌Zn:0.3-0.50,铬Cr:0.10-0.20,锆Zr:0.25-0.35,钪Sc:1.20-1.60,铜Cu:≤0.05,铍Be:≤0.0005,余量为铝Al。
2.按照权利要求1所述的铝合金焊丝,其特征在于:按质量百分比计,所述钪Sc的含量为1.40-1.50。
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