CN109940306A - 交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝 - Google Patents
交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，涉及铝镁合金焊丝加工技术领域，本发明以Al和Mg作为主料，Co、Si作为第一辅料，稀土金属Eu、Yb作为第二辅料，经所述加工步骤制得交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝，利用该焊丝得到的焊缝的屈服强度达到250MPa以上，抗拉强度达到400MPa，延伸率达到16％以上；并通过在第一辅料中添加Pt、C，进一步提高所制焊丝的使用性能。
Description
技术领域：
本发明涉及铝镁合金焊丝加工技术领域，具体涉及一种交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝。
背景技术：
随着交通运输工具轻量化和高速化的发展，铝合金得到广泛应用，同时对铝合金的焊接材料与焊接技术提出更高的要求。镁铝合金具有良好的塑性断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀性，同时还具有良好的成形工艺性和焊接性，因此成为铝合金结构件的主要焊接材料，而焊接材料的性能是影响整体构件的关键。在基材一定的情况下，焊接结构件的性能主要取决于焊接工艺和焊丝的成分和性能，因此提高镁铝焊丝材料的性能对铝合金焊接结构件的广泛应用具有重要意义。
强度和韧性是铝合金材料的重要性能指标，提高铝合金材料的强度和韧性能够节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可靠性和延长使用寿命。因此，理想的铝合金材料应该既有足够的强度，又有较好的韧性，但通常的铝合金材料无法兼具这两种使用性能。
专利CN102886618B通过提高Mn含量制得一种铝镁合金焊丝，所得焊缝的屈服强度达到146.0MPa，抗拉强度达到300.9MPa，延伸率达到15.2％。为了进一步提高铝镁合金焊丝的使用性能，本发明开发出一种新型铝镁合金焊丝，通过原料配方的改变和工艺步骤的匹配制得高性能的交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，利用该焊丝得到的焊缝的屈服强度达到250MPa以上，抗拉强度达到400MPa，延伸率达到18％以上。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，由如下重量百分比的原料加工制成：
Mg 1-10％，Co 0.1-2％，Si 0.05-0.5％，Eu 0.01-0.3％，Yb 0.01-0.3％，余量为Al。
交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝，由如下重量百分比的原料加工制成：
Mg 1-10％，Co 0.1-2％，Si 0.05-0.5％，Pt 0.05-0.5％，Eu 0.01-0.3％，Yb0.01-0.3％，余量为Al。
交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝，由如下重量百分比的原料加工制成：
Mg 1-10％，Co 0.1-2％，Si 0.05-0.5％，C 0.05-0.5％，Pt 0.05-0.5％，Eu0.01-0.3％，Yb 0.01-0.3％，余量为Al。
上述交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝的加工工艺，包括如下工艺步骤：
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至730-760℃恒温熔炼1-2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至950-980℃恒温熔炼1-2h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1140-1170℃恒温熔炼0.5-1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至950-980℃时保温1-2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至730-760℃时保温2-3h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至950-980℃恒温熔炼0.5-1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1150-1170℃恒温熔炼0.5-1h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至520-550℃时保温2-4h，得到铝镁合金铸锭；
(5)轧制：将铝镁合金铸锭于470-500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
上述交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝的加工工艺，包括如下工艺步骤：
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至730-760℃恒温熔炼1-2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至950-980℃恒温熔炼1-2h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1140-1170℃恒温熔炼0.5-1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至950-980℃时保温1-2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至730-760℃时保温2-3h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至950-980℃恒温熔炼0.5-1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1150-1170℃恒温熔炼0.5-1h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至520-550℃时保温2-4h，得到铝镁合金铸锭；
(5)冷冻处理：将铝镁合金铸锭以5℃/min的冷却速度继续降温至300℃以下后转入-10℃环境中急速冷冻处理2-4h，再自然恢复至室温；
(6)轧制：将铝镁合金铸锭于470-500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
增加的冷冻处理能够通过稳定交错的金属晶粒来进一步强化所制铝镁合金材料的使用性能。
所述第一次中间退火温度为420-450℃，保温时间1-2h。
所述第二次中间退火温度为420-450℃，保温时间1-2h。
本发明的有益效果是：本发明以Al和Mg作为主料，Co、Si作为第一辅料，稀土金属Eu、Yb作为第二辅料，经所述加工步骤制得交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝，利用该焊丝得到的焊缝的屈服强度达到250MPa以上，抗拉强度达到400MPa，延伸率达到16％以上；并通过在第一辅料中添加Pt、C，进一步提高所制焊丝的使用性能。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至740℃恒温熔炼2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至980℃恒温熔炼1h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至980℃时保温2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至740℃时保温2h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至980℃恒温熔炼1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼0.5h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至530℃时保温3h，得到铝镁合金铸锭；
(5)轧制：将铝镁合金铸锭于500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，第一次中间退火温度为450℃，保温时间2h，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，第二次中间退火温度为450℃，保温时间1.5h，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
实施例2
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，Pt 0.1％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至740℃恒温熔炼2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至980℃恒温熔炼1h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至980℃时保温2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至740℃时保温2h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至980℃恒温熔炼1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼0.5h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至530℃时保温3h，得到铝镁合金铸锭；
(5)轧制：将铝镁合金铸锭于500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，第一次中间退火温度为450℃，保温时间2h，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，第二次中间退火温度为450℃，保温时间1.5h，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
实施例3
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，C 0.2％，Pt 0.1％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至740℃恒温熔炼2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至980℃恒温熔炼1h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至980℃时保温2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至740℃时保温2h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至980℃恒温熔炼1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼0.5h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至530℃时保温3h，得到铝镁合金铸锭；
(5)轧制：将铝镁合金铸锭于500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，第一次中间退火温度为450℃，保温时间2h，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，第二次中间退火温度为450℃，保温时间1.5h，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
实施例4
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至740℃恒温熔炼2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至980℃恒温熔炼1h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至980℃时保温2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至740℃时保温2h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至980℃恒温熔炼1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼0.5h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至530℃时保温3h，得到铝镁合金铸锭；
(5)冷冻处理：将铝镁合金铸锭以5℃/min的冷却速度继续降温至300℃以下后转入-10℃环境中急速冷冻处理3h，再自然恢复至室温；
(6)轧制：将铝镁合金铸锭于500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，第一次中间退火温度为450℃，保温时间2h，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，第二次中间退火温度为450℃，保温时间1.5h，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
实施例5
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，Pt 0.1％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至740℃恒温熔炼2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至980℃恒温熔炼1h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至980℃时保温2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至740℃时保温2h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至980℃恒温熔炼1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼0.5h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至530℃时保温3h，得到铝镁合金铸锭；
(5)冷冻处理：将铝镁合金铸锭以5℃/min的冷却速度继续降温至300℃以下后转入-10℃环境中急速冷冻处理3h，再自然恢复至室温；
(6)轧制：将铝镁合金铸锭于500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，第一次中间退火温度为450℃，保温时间2h，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，第二次中间退火温度为450℃，保温时间1.5h，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
实施例6
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，C 0.2％，Pt 0.1％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至740℃恒温熔炼2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至980℃恒温熔炼1h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至980℃时保温2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至740℃时保温2h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至980℃恒温熔炼1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1160℃恒温熔炼0.5h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至530℃时保温3h，得到铝镁合金铸锭；
(5)冷冻处理：将铝镁合金铸锭以5℃/min的冷却速度继续降温至300℃以下后转入-10℃环境中急速冷冻处理3h，再自然恢复至室温；
(6)轧制：将铝镁合金铸锭于500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，第一次中间退火温度为450℃，保温时间2h，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，第二次中间退火温度为450℃，保温时间1.5h，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
对照例1
配料：Mg 5.5％，Co 0.4％，Si 0.2％，Eu 0.05％，Yb 0.05％，余量为Al。
以实施例1为对照，设置不添加Yb的对照例1。
对照例2
以实施例1为对照，设置不添加Eu的对照例2。
对照例3
以实施例1为对照，设置不添加Co的对照例3。
分别利用实施例1-6、对照例1-3加工制备铝镁合金焊丝，并将所制焊丝用于同批铝合金结构件的焊接，采用相同的焊接工艺并得到相同规格的焊缝，对焊缝的力学性能进行测试，测试结果如表1所示。
依照GB/T 228.1-2010法测试焊缝的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
表1实施例和对照例所制铝镁合金焊丝所形成焊缝的力学性能
由表1可知，实施例通过原料中元素Co、Pt、C、Eu、Yb的添加以及加工工艺中的冷冻处理都能相应取得改善所制焊丝焊接性能的技术效果，从而显著增强所形成焊缝的焊接质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，其特征在于：由如下重量百分比的原料加工制成：
Mg 1-10％，Co 0.1-2％，Si 0.05-0.5％，Eu 0.01-0.3％，Yb 0.01-0.3％，余量为Al。
2.交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，其特征在于：由如下重量百分比的原料加工制成：
Mg 1-10％，Co 0.1-2％，Si 0.05-0.5％，Pt 0.05-0.5％，Eu 0.01-0.3％，Yb 0.01-0.3％，余量为Al。
3.交通运输工具焊接用铝镁合金焊丝，其特征在于：由如下重量百分比的原料加工制成：
Mg 1-10％，Co 0.1-2％，Si 0.05-0.5％，C 0.05-0.5％，Pt 0.05-0.5％，Eu 0.01-0.3％，Yb 0.01-0.3％，余量为Al。
4.根据权利要求1或2或3所述的交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，其特征在于：其加工工艺包括如下工艺步骤：
(1)一次熔炼：将除Eu和Yb以外的原料放入真空熔炼炉中，抽真空至2×10-2Pa，并升温至730-760℃恒温熔炼1-2h，停止抽真空，向真空熔炼炉中充入惰性气体至102Pa，继续升温至950-980℃恒温熔炼1-2h，然后加入Eu和Yb，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1140-1170℃恒温熔炼0.5-1h；
(2)冷却处理：将熔炼所得合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至950-980℃时保温1-2h，然后继续以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至730-760℃时保温2-3h；
(3)二次熔炼：将上步所制合金液再于真空熔炼炉中抽真空至102Pa，并升温至950-980℃恒温熔炼0.5-1h，继续向真空熔炼炉中充入惰性气体至5×102Pa，继续升温至1150-1170℃恒温熔炼0.5-1h；
(4)铸锭：将上步所制合金液以5℃/min的冷却速度降温，待温度降至520-550℃时保温2-4h，得到铝镁合金铸锭；
(5)轧制：将铝镁合金铸锭于470-500℃下热轧成直径10mm的线坯，并经第一次中间退火，将直径10mm的线坯冷轧成直径5mm的线坯，再经第二次中间退火温度，将直径5mm的线坯冷轧成直径3.8mm的线坯，最后拉拔成直径3.3mm的焊丝。
5.根据权利要求4所述的交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，其特征在于：所述第一次中间退火温度为420-450℃，保温时间1-2h。
6.根据权利要求4所述的交通运输工具铝合金结构件用铝镁合金焊丝，其特征在于：所述第二次中间退火温度为420-450℃，保温时间1-2h。
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Denomination of invention: Aluminum magnesium alloy welding wire for aluminum alloy structural parts of transportation vehicles Effective date of registration: 20210831 Granted publication date: 20210611 Pledgee: The development of small and medium-sized enterprises financing Company Limited by Guarantee Jieshou City Pledgor: ANHUI JINLAN JINYING ALUMINUM Co.,Ltd. Registration number: Y2021980008535 |
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