CN107414338A - 一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg、Be、Si、Fe、Zn、Mn、Cr、Cu、Ti、Sr、Mo、W、V、Nb、Zr、Sc、Ce、Y、Er，其余为Al及不可避免的杂质。本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其组分合理，焊接接头的强度、韧性和耐磨性能优异，焊接时电弧稳定性好，焊缝成型美观，与母材结合强度大且性能稳定。

Description

一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝
技术领域
本发明涉及焊丝技术领域，尤其涉及一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝。
背景技术
铝合金具有良好的比强度、耐腐蚀性和导电导热性，同时具有优异的加工成形性和焊接性，在航天航空、船舶汽车、机械制造、军事化工等领域受到广泛应用。随着生活和国民经济的不断发展，对材料的选择不断优化，在满足使用要求的前提下，用铝合金替代钢铁材料，对于列车减轻自身的重量，减低能耗具有十分重大的意义。目前，列车铝合金车体主要使用的材料有Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg系合金，过于依赖进口焊丝，而国产焊丝存在焊接强度小，韧性与耐磨性差，这将不利于高速列车运营的安全性。因此，急需研制一种用于列车用施焊后其焊接接头具有高强度、高韧性与耐磨性好的铝合金焊丝。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其组分合理，焊接接头的强度、韧性和耐磨性能优异，焊接时电弧稳定性好，焊缝成型美观，与母材结合强度大且性能稳定。
本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg：3.4-4.4％、Be：0.12-0.2％、Si：0.1-0.2％、Fe：0.1-0.2％、Zn：0.04-0.1％、Mn：0.15-0.25％、Cr：0.08-0.15％、Cu：0.04-0.12％、Ti：0.1-0.18％、Sr：0.01-0.06％、Mo：0.05-0.12％、W：0.05-0.1％、V：0.1-0.22％、Nb：0.05-0.12％、Zr：0.1-0.2％、Sc：0.1-0.22％、Ce：0.2-0.35％、Y：0.03-0.08％、Er：0.03-0.08％，其余为Al及不可避免的杂质。
具体实施方式中，Mg的质量分数还可以为3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.3％，Be的质量分数还可以为0.14％、0.15％、0.16％、0.18％、0.19％，Si的质量分数还可以为0.11％、0.13％、0.15％、0.16％、0.18％，Fe的质量分数还可以为0.11％、0.13％、0.15％、0.16％、0.18％，Zn的质量分数还可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％，Mn的质量分数还可以为0.17％、0.19％、0.2％、0.22％、0.24％，Cr的质量分数还可以为0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.14％，Cu的质量分数还可以为0.05％、0.06％、0.08％、0.1％、0.11％，Ti的质量分数还可以为0.11％、0.13％、0.15％、0.16％、0.17％，Sr的质量分数还可以为0.02％、0.03％、0.035、0.04％、0.05％，Mo的质量分数还可以为0.06％、0.07％、0.08％、0.1％、0.11％，W的质量分数还可以为0.06％、0.07％、0.08％、0.09％，V的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％，Nb的质量分数还可以为0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，Zr的质量分数还可以为0.11％、0.13％、0.15％、0.17％、0.19％，Sc的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％，Ce的质量分数还可以为0.23％、0.25％、0.27％、0.3％、0.32％，Y的质量分数还可以为0.04％、0.05％、0.06％、0.07％，Er的质量分数还可以为0.04％、0.05％、0.06％、0.07％，其余为Al及不可避免的杂质。
优选地，其按质量分数包括以下组分：Mg：3.7-4.2％、Be：0.14-0.18％、Si：0.13-0.17％、Fe：0.13-0.17％、Zn：0.05-0.08％、Mn：0.18-0.22％、Cr：0.1-0.13％、Cu：0.06-0.1％、Ti：0.12-0.16％、Sr：0.02-0.05％、Mo：0.06-0.1％、W：0.06-0.09％、V：0.14-0.2％、Nb：0.06-0.1％、Zr：0.13-0.17％、Sc：0.14-0.2％、Ce：0.25-0.3％、Y：0.04-0.07％、Er：0.04-0.07％，其余为Al及不可避免的杂质。
优选地，Cr、Ti、Ce在铝合金焊丝中的质量百分数满足以下关系式：0.38％≤Cr+Ti+0.6×Ce≤0.46％。
优选地，Ce、Y、Er在铝合金焊丝中的质量百分数满足以下关系式：0.35％≤Ce+Y+Er≤0.42％。
优选地，焊接工艺参数如下：气体流量为17-18.5L/min，焊接电压为22-25V，焊接电流为190-210A，送丝速度为11-12.5m/min，焊接速度为0.65-0.8m/min。
优选地，焊接工艺参数如下：气体流量为17.5-18L/min，焊接电压为23-24V，焊接电流为195-205A，送丝速度为11.5-12m/min，焊接速度为0.7-0.75m/min。本发明采用常规制备工艺制得。
焊接接头的抗拉强度和屈服强度随Si含量的增加而增加；
本发明中通过调节铝合金焊丝中Cr、Ti、Ce的含量，使Cr、Ti、Ce满足0.38％≤Cr+Ti+0.6×Ce≤0.46％的函数关系，Cr、Ti、Ce在焊缝组织中生成Al7Cr相、Al3Ti相和Al4Ce相，且其呈弥散分布在焊缝组织晶粒内部，有效细化组织晶粒，改善了铝合金焊丝焊后的焊接接头的显微组织，提高再结晶温度，为α-Al基体在结晶过程中的非均质形核提供核心，显著细化铸态焊缝晶粒组织，有效改善强化相与二次相的析出大小与分布，提高焊接接头抗拉强度、屈服强度、韧性和耐磨性；通过调节铝合金焊丝中Ce、Y、Er的含量，使铝合金焊丝具有良好的脱氧脱氢能力，减少出现气孔与裂纹现象，提高铝合金焊丝的焊接性能，焊接时电弧稳定性好，飞溅小，焊缝成型美观，脱渣性能好，与Ti、Sr配合，控制两者的含量，变质效果显著，有效改善熔敷金属中夹杂物的形态和分布，净化焊缝组织，提高再结晶温度，细化焊缝中α-Al枝晶和共晶硅相，进一步提高焊接接头的抗拉强度、屈服强度、抗抗冲击性和耐磨性，同时改善焊接接头的抗疲劳性、抗应力腐蚀与抗开裂性。本发明提出了一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其组分合理，焊接接头的强度、韧性和耐磨性能优异，焊接时电弧稳定性好，焊缝成型美观，与母材结合强度大且性能稳定。
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
本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg：3.4％、Be：0.2％、Si：0.1％、Fe：0.2％、Zn：0.04％、Mn：0.25％、Cr：0.08％、Cu：0.12％、Ti：0.1％、Sr：0.06％、Mo：0.05％、W：0.1％、V：0.1％、Nb：0.12％、Zr：0.1％、Sc：0.22％、Ce：0.2％、Y：0.08％、Er：0.03％，其余为Al及不可避免的杂质。
实施例2
本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg：4.4％、Be：0.12％、Si：0.2％、Fe：0.1％、Zn：0.1％、Mn：0.15％、Cr：0.15％、Cu：0.04％、Ti：0.18％、Sr：0.01％、Mo：0.12％、W：0.05％、V：0.22％、Nb：0.05％、Zr：0.2％、Sc：0.1％、Ce：0.35％、Y：0.03％、Er：0.08％，其余为Al及不可避免的杂质。
实施例3
本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg：4％、Be：0.16％、Si：0.15％、Fe：0.15％、Zn：0.06％、Mn：0.2％、Cr：0.11％、Cu：0.08％、Ti：0.14％、Sr：0.035％、Mo：0.08％、W：0.08％、V：0.16％、Nb：0.08％、Zr：0.15％、Sc：0.18％、Ce：0.28％、Y：0.06％、Er：0.05％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，焊接工艺参数如下：气体流量为18L/min，焊接电压为24V，焊接电流为200A，送丝速度为12m/min，焊接速度为0.75m/min。
实施例4
本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg：3.7％、Be：0.18％、Si：0.13％、Fe：0.17％、Zn：0.05％、Mn：0.22％、Cr：0.1％、Cu：0.1％、Ti：0.12％、Sr：0.05％、Mo：0.06％、W：0.09％、V：0.14％、Nb：0.1％、Zr：0.13％、Sc：0.2％、Ce：0.25％、Y：0.07％、Er：0.04％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，焊接工艺参数如下：气体流量为17L/min，焊接电压为22V，焊接电流为190A，送丝速度为11m/min，焊接速度为0.65m/min。
实施例5
本发明提出的一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其按质量分数包括以下组分：Mg：4.2％、Be：0.14％、Si：0.17％、Fe：0.13％、Zn：0.08％、Mn：0.18％、Cr：0.13％、Cu：0.06％、Ti：0.16％、Sr：0.02％、Mo：0.1％、W：0.06％、V：0.2％、Nb：0.06％、Zr：0.17％、Sc：0.14％、Ce：0.3％、Y：0.04％、Er：0.07％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，焊接工艺参数如下：气体流量为17-18.5L/min，焊接电压为22-25V，焊接电流为190-210A，送丝速度为11-12.5m/min，焊接速度为0.8m/min。
对本发明实施例3-5中所述列车用高强度耐磨铝合金焊丝与进口5356焊丝在常温常压下进行性能测试，试验结果平均值如下：
本发明 进口5356焊丝
抗拉强度/MPa 248.5 237.4
屈服强度/MPa 93.5 89.2
断后伸长率/％ 26.1 25.4
通过上述表格可以看出，本发明所述棒球棒用高强度抗冲击铝合金与现有技术相比，在抗拉强度、屈服强度和断裂延伸率方面都得到了提升，表现出更加优异的性能，提高了列车的安全运行，更适合于生产使用。
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。

Claims (6)

1.一种列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其特征在于，其按质量分数包括以下组分：Mg：3.4-4.4％、Be：0.12-0.2％、Si：0.1-0.2％、Fe：0.1-0.2％、Zn：0.04-0.1％、Mn：0.15-0.25％、Cr：0.08-0.15％、Cu：0.04-0.12％、Ti：0.1-0.18％、Sr：0.01-0.06％、Mo：0.05-0.12％、W：0.05-0.1％、V：0.1-0.22％、Nb：0.05-0.12％、Zr：0.1-0.2％、Sc：0.1-0.22％、Ce：0.2-0.35％、Y：0.03-0.08％、Er：0.03-0.08％，其余为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其特征在于，其按质量分数包括以下组分：Mg：3.7-4.2％、Be：0.14-0.18％、Si：0.13-0.17％、Fe：0.13-0.17％、Zn：0.05-0.08％、Mn：0.18-0.22％、Cr：0.1-0.13％、Cu：0.06-0.1％、Ti：0.12-0.16％、Sr：0.02-0.05％、Mo：0.06-0.1％、W：0.06-0.09％、V：0.14-0.2％、Nb：0.06-0.1％、Zr：0.13-0.17％、Sc：0.14-0.2％、Ce：0.25-0.3％、Y：0.04-0.07％、Er：0.04-0.07％，其余为Al及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其特征在于，Cr、Ti、Ce在铝合金焊丝中的质量百分数满足以下关系式：0.38％≤Cr+Ti+0.6×Ce≤0.46％。
4.根据权利要求1或2所述列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其特征在于，Ce、Y、Er在铝合金焊丝中的质量百分数满足以下关系式：0.35％≤Ce+Y+Er≤0.42％。
5.根据权利要求1或2所述列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其特征在于，焊接工艺参数如下：气体流量为17-18.5L/min，焊接电压为22-25V，焊接电流为190-210A，送丝速度为11-12.5m/min，焊接速度为0.65-0.8m/min。
6.根据权利要求5所述列车用高强度耐磨铝合金焊丝，其特征在于，焊接工艺参数如下：气体流量为17.5-18L/min，焊接电压为23-24V，焊接电流为195-205A，送丝速度为11.5-12m/min，焊接速度为0.7-0.75m/min。
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