CN107486649B - 稀土镁合金焊丝材料的制备方法 - Google Patents

稀土镁合金焊丝材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种稀土镁合金焊丝材料，其特征在于该材料的合金元素组成及其重量配比如下：Y为2.2～12.4％，Zn为1.5～5.5％，Zr为0.2～0.95％，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.01％，Ni≤0.007％，杂质总含量≤0.30％。本发明还公开了该稀土镁合金焊丝材料的制备方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：获得的稀土镁合金焊丝材料大大提高了稀土镁合金的焊接强度，并有利于稀土镁合金的应用。

Description

稀土镁合金焊丝材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种焊丝材料，尤其涉及一种镁合金焊丝。
背景技术
由于镁合金低密度的特点，其在航空航天、交通运输及电子等领域得到了广泛的应用，镁合金的需求量也日益增加。但是，相对于镁合金材料种类的快速增加，镁合金焊丝的研究发展却相对滞后。
随着镁合金母材强度的提高，焊接强度却由于焊缝晶粒粗大、高合金化引起的热裂纹等原因而一直得不到提高，而这也逐渐成了制约镁合金应用的主要技术瓶颈。
镁合金焊接时焊丝可以选用与母材成分相同，也可以选择与母材成份不同的焊丝。用普通镁合金焊丝对高稀土高合金化的镁合金进行焊接时，焊接强度较低，一般只有200MPa左右，失去了稀土镁合金高强的特性。而高稀土高合金化镁合金加工性能差，极易容易出现开裂现象，国内还没有此类高品质镁合金盘状焊丝，因此不能进行自动MIG、激光填丝复合焊等先进焊接手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种焊接强度大的稀土镁合金焊丝材料。
本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种焊接强度大的稀土镁合金焊丝材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种稀土镁合金焊丝材料，其特征在于该材料的合金元素组成及其重量配比如下：Y为2.2～12.4％，Zn为1.5～5.5％，Zr为0.2～0.95％，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.01％，Ni≤0.007％，杂质总含量≤0.30％。
作为优选，该材料的合金元素组成及其重量配比如下：Y为4.7～12.4％，Zn为2.4～5.5％，Zr为0.45～0.95％，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.01％，Ni≤0.007％，杂质总含量≤0.30％。
作为优选，所述焊丝材料的直径为Ф0.6mm～3.2mm。
一种稀土镁合金焊丝材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
按照各合金元素重量配比进行配料，配料中的原材料采用高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金及镁锆中金合金；
在保护气体条件下加热熔化上述原材料，加入精炼剂覆盖进行保护，防止熔体燃烧同时除渣，加热温度至760℃～780℃；熔化后对熔体进行机械搅拌，产生上浮和下沉杂质，进行扒渣除杂，再次添加精炼剂进行覆盖保护，降温至695℃～710℃，保温30～5min，得到镁合金熔体；
在保护气体环境下，采用半连续铸造，得到半连续的铸锭，采用浇注温度695℃～710℃，铸锭经均匀化退火后，空冷后定尺和车皮，再次加热进行连续挤压，挤压温度375℃～410℃，挤压模具温度380℃～400℃，挤压形成线材；
将线材进行3～5道次拉拔，变形量控制在10％～18％，表面除油处理，得到焊丝。
作为优选，所述连续挤压的速率为0.6～2m/min，挤压比为9～15，挤压成Ф4.5～9.5mm的线材。
作为优选，所述的拉拔速度为1.5～5m/min。
作为优选，所述的保护气体为氮气和六氟化硫的混合气体。
作为优选，所述的精炼剂为精炼剂RJ-5。
具体地，稀土镁合金焊丝材料的制备方法主要包括以下步骤：
步骤1：准备镁合金原材料：所述原材料为高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金、镁锆中间合金、精炼剂，并严格按本发明中材料的主合金元素质量配比要求，进行原材的质量称重。
步骤2：在保护气体(氮气与六氟化硫混合气)环境下，对上述镁合金原材料进行加热熔化，熔炼过程熔炼炉炉料上表面加入精炼剂RJ-5覆盖进行保护，防止熔体燃烧同时除渣降杂，加热温度到至760℃～780℃进行熔炼。
步骤3：熔化完成后，对熔体进行充分的机械搅拌，产生上浮和下沉难熔杂质，然后进行扒渣除降杂，扒完杂质再次补加精炼剂RJ-5进行覆盖保护，将成分合格镁合金熔体降温至695～710℃，并保温30min～50min，得到所述镁合金熔体。
步骤4：在上述保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量好的半连续铸锭。所采用的浇铸温度为695～710℃，可以防止浇铸过程由于熔体温度过高，出现铸锭未完全凝固而导致的漏液、铸锭组织晶粒生长过大等情况发生，另一方面防止浇铸温度低，熔体流动性降低，铸锭表面产生大的冷隔等铸造缺陷，从而达到的生产表面与内部组织合格的镁合金铸锭。
步骤5：将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后定尺和车皮，再次加热后在挤压机上进行连续挤压，挤压温度为375℃～410℃，挤压模具温度为380℃～400℃，挤压速率为0.6～2m/min，挤压比为9～15，形成Ф4.5～9.5mmmm线材(根据后续拉拔与最终产品尺寸选择具体挤压工艺参数和挤压线材尺寸)。
步骤6：将上述挤压线材进行3～5道次拉拔，变形量控制在10％～18％，拉拔速度1.5m～5m/min，表面除油处理，最终制备出直径在Ф0.6mm～3.2mm焊丝。
作为优选，所述均匀化退火条件如下：处理温度480℃，处理时间24小时
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用综合性能良好的Mg-Y-Zn-Zr系材料，通过优化合金成分和配比，经过大量试验，总结出Mg-Y-Zn-Zr系稀土镁合金焊丝制备的工艺。首次制备出了可以进行自动MIG焊、激光填丝复合焊的稀土镁合金成品盘丝，大大提高了稀土镁合金的焊接强度，并有利于稀土镁合金的应用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y2.2％，Zn1.5％，Zr0.2％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.012％，Cu0.019％，Fe0.008％，Ni0.003％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5(市场上能购得)进行熔炼，加热最高温度到750℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置30min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至703℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于695℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度375℃，挤压模具加热至380℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.6～
1.5m/min，挤压成Ф6.5mm线材。将上述线材进行5道次拉拔，变形量控制在10％～18％，拉拔速率控制在2.5m～5m/min，最终焊丝直径在Ф0.6mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了MIG焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：284MPa。
实施例2，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y3.5％，Zn2.0％，Zr0.32％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.012％，Cu0.023％，Fe0.008％，Ni0.0003％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5进行熔炼，加热最高温度到780℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置35min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至701℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于705℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度386℃，挤压模具加热至390℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.8～
1.2m/min，挤压成Ф6.5mm线材。将上述线材进行5道次拉拔，变形量控制在11％～17％，拉拔速率控制在2.3m～4.8m/min，最终焊丝直径在Ф0.9mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了MIG焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：289MPa。
实施例3，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y4.7％，Zn2.4％，Zr0.45％，，杂质元素的质量百分含量为：Si0.015％，Cu0.017％，Fe0.006％，Ni0.003％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5进行熔炼，加热最高温度到778℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置35min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至701℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于700℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度395℃，挤压模具加热至390℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.9～1.5m/min，挤压成Ф4.5mm线材。将上述线材进行4道次拉拔，变形量控制在15％～18％，拉拔速率控制在2.9m～4.5m/min，最终焊丝直径在Ф1.6mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Gd-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了激光填丝复合焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：291MPa。
实施例4，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y7.5％，Zn3.2％，Zr0.52％，，杂质元素的质量百分含量为：Si0.01％，Cu0.029％，Fe0.008％，Ni0.003％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5进行熔炼，加热最高温度到776℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置32min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至705℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于695℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度385℃，挤压模具加热至400℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.9～1.9m/min，挤压成Ф5.0mm线材。将上述线材进行4道次拉拔，变形量控制在12％～18％，拉拔速率控制在2.5m～4.1m/min，最终焊丝直径在Ф1.0mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Gd-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了激光填丝复合焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：295MPa。
实施例5，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y9.5％，Zn3.8％，Zr0.64％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.016％，Cu0.013％，Fe0.0002％，Ni0.0002％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5进行熔炼，加热最高温度到760℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置50min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至710℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于699℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度379℃，挤压模具加热至390℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.9～1.5m/min，挤压成线材。将上述线材进行4道次拉拔，变形量控制在10％～17％，拉拔速率控制在2.3m～4.2m/min，最终焊丝直径在Ф2.8mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了激光填丝复合焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：312MPa。
实施例6，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y10.8％，Zn4.3％，Zr0.82％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.015％，Cu0.018％，Fe0.007％，Ni0.002％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5进行熔炼，加热最高温度到760℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置45min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至710℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于705℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度400℃，挤压模具加热至395℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.8～1.9m/min，挤压成Ф6.5mm线材。将上述线材进行4道次拉拔，变形量控制在10％～15％，拉拔速率控制在2.2m～3.2m/min，最终焊丝直径在Ф3.0mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了激光填丝复合焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：315MPa。
实施例7，制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金焊丝，其中，各主元素的质量百分含量为：Y12.4％，Zn5.5％，Zr0.95％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.013％，Cu0.01％，Fe0.025％，Ni0.006％。
具体制备方法如下
按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。
将称好的原料材料装置于熔炼炉中加精炼剂RJ-5进行熔炼，加热最高温度到776℃，原材料充分熔化后进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，然后补加精炼剂RJ-5，通过炉前成分检测、合金元素调整，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置50min。
将成分检验合格镁合金熔体降温至710℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，于695℃进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。
将铸锭在均匀化退火后(480℃，24小时)，经空冷后，车皮和定尺Ф308*800mm后，加热至温度410℃，挤压模具加热至400℃，在挤压机上挤压，挤压速率0.9～2m/min，挤压成Ф9.5mm线材。将上述线材进行3道次拉拔，变形量控制在10％～15％，拉拔速率控制在2.5m～3.0m/min，最终焊丝直径在Ф3.2mm，最后经表面除油与盘丝绕盘工序，完成焊丝生产。
对本实施例得到的镁合金焊丝与Mg-Gd-Y-Zn-Zr系镁合金板材进行了MIG焊接试验，并检测焊接接头拉伸性能检测，材料的接头焊接性能达到了Rm：305MPa。
表 实施例1～7制得的焊丝进行焊接后焊接接头强度的力学性能对比表

Claims (6)

1.一种稀土镁合金焊丝材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
按照各合金元素重量配比进行配料，配料中的原材料采用高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金及镁锆中间 合金；
在保护气体条件下加热熔化上述原材料，加入精炼剂覆盖进行保护，防止熔体燃烧同时除渣，加热温度至760℃～780℃；熔化后对熔体进行机械搅拌，产生上浮和下沉杂质，进行扒渣除杂，再次添加精炼剂进行覆盖保护，降温至695℃～710℃，保温30～5min，得到镁合金熔体；
在保护气体环境下，采用半连续铸造，得到半连续的铸锭，采用浇注温度695℃～710℃，铸锭经均匀化退火后，空冷后定尺和车皮，再次加热进行连续挤压，挤压温度375℃～410℃，挤压模具温度380℃～400℃，挤压形成线材；
将线材进行3～5道次拉拔，变形量控制在10％～18％，表面除油处理，得到焊丝；
该材料的合金元素组成及其重量配比如下：Y为2.2～12.4％，Zn为1.5～5.5％，Zr为0.2～0.95％，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.01％，Ni≤0.007％，杂质总含量≤0.30％；
所述连续挤压的速率为0.6～2m/min，挤压比为9～15，挤压成Ф4.5～9.5mm的线材；
所述的拉拔速度为1.5～5m/min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于该材料的合金元素组成及其重量配比如下：Y为4.7～12.4％，Zn为2.4～5.5％，Zr为0.45～0.95％，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.01％，Ni≤0.007％，杂质总含量≤0.30％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述焊丝材料的直径为Ф0.6mm～3.2mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的保护气体为氮气和六氟化硫的混合气体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的精炼剂为精炼剂RJ-5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述均匀化退火条件如下：处理温度480℃，处理时间24小时。
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