CN111041306A - 一种优良焊接性的2xxx系铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优良焊接性的2xxx系铝合金及其制备方法。该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：3.5‑6.5％Cu，0.3‑0.8％Mn，1.2‑1.5％Mg，Si＜0.1％，Fe＜0.05％，0.14‑6.89％Ti，0.06‑3.11％B，余量为Al。

Description

一种优良焊接性的2xxx系铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，特别涉及到一种优良焊接性的2xxx系铝合金及其制备方法。
背景技术
2xxx系(铝铜系)铝合金，是最早被发现的时效硬化铝合金，具有较高的室温强度及良好的高温和超低温性能，常被应用于航空航天和运载火箭的液氢与液氧贮箱，以及某些结构件。2xxx系铝合金为共晶型铝合金，焊接中会出现枝晶和沿晶界分布的共晶组织，因此会在焊缝处产生结晶裂纹，拉伸过程中，造成应力集中，塑性较差。由于2xxx系铝合金的可焊性和抗蚀性能差，而且由于焊接热的影响，使焊接状态的焊接街接头的强度比基体的强度显著的降低，使得2xxx系铝合金很少作为焊接结构件来应用。
鉴于2xxx系铝合金优异的力学和高温性能，与现代航空航天工业趋于轻量化的发展，2xxx系铝合金越来越注重焊接结构件的应用，这就要求2xxx系铝合金具有较高的焊接性能。目前国内外，对于2xxx系铝合金焊接性能的提高，还主要停留在调控合金元素的含量，添加微量合金和稀土元素，析出一种难溶析出相来细化晶粒，提高强度，但对于焊接金属强度的提高并没有那么有效，焊接接头强度仅为母材合金的50-60％。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明目的提供了一种含有TiB2颗粒的铝铜系铝合金，原位合成的TiB2颗粒提供了大量的形核位点，抑制在焊接中热影响晶粒长大和热裂性行为的优良焊接性的2xxx系铝合金及其制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案来实现的：
一种优良焊接性的2xxx系铝合金，其特征在于，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：3.5-6.5％Cu，0.3-0.8％Mn， 1.2-1.5％Mg，Si＜0.1％，Fe＜0.05％，0.14-6.89％Ti，0.06-3.11％B，余量为Al。
在本发明的一个优选实施例中，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：5.5％Cu，0.5％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％，Fe ＜0.05％，2.8％Ti，1.2％B，余量为Al。
在本发明的一个优选实施例中，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％，Fe ＜0.05％，1.4％Ti，0.6％B，余量为Al。
在本发明的一个优选实施例中，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.5％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％，Fe ＜0.05％，5.6％Ti，2.4％B，余量为Al。
本发明还公开了一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将纯铝加入坩埚中，加热熔融后，加入JZF-03型高温覆盖剂，覆盖均匀后升温至650-800℃熔炼，然后加入混合均匀并烘干的KBF4和K2TiF6盐进行原位反应，并在机械搅拌下使其充分反应；
S2：然后依次加入Cu粒、Al-Mn合金、Mg粒，加入精炼剂进行除气精炼，随后除去反应副产物，静置冷却得到铸锭；
S3：将S2所得铸锭车去表面，进行热挤压或热轧得到型材或板材。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S1的KBF4和K2TiF6质量比为 1:0.5-1:2，机械搅拌反应时间为10-45min。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S2中精炼剂为JZJ型无害铝合金精炼剂，精炼温度为650-750℃，时间为10-20min。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S3中热挤压温度为350-450℃，挤压速度为0.5-2m/min，挤压比8-20。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S3中热轧温度380-450℃，下压量为18-35％。
与现有技术相比，本发明具有以下几点有益效果：
1.本发明提供了一种优良焊接性的2xxx系铝合金，所述铝合金含有原位合成的TiB2颗粒，在焊接中提供了形核位点，细化了晶粒，并且可以缠结位错，提高焊接接头的强度。
2.本发明提供了一种优良焊接性的2xxx系铝合金，所述铝合金既具有优异的力学性能，还具有优良的焊接性，焊接接头热裂性较好，焊接接头强度可高达母材强度的71.5％。
3.本发明提供了一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，所述制备方法工艺简单，可以根据所需制备出不同的型材和板材，易于大规模工业生产。
4.本发明TiB2陶瓷颗粒占焊丝总重量百分比≤6％，有效的提高了焊丝的综合性能，若TiB2陶瓷颗粒超过焊丝总重量百分比的6％，会导致焊丝材料，气孔、酥松、焊缝性能差等缺点。
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，下面进一步阐述本发明。
实施例1
一种优良焊接性的2xxx系铝合金，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：5.5％Cu，0.5％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％， Fe＜0.05％，2.8％Ti，1.2％B，余量为Al。
实施例1的优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1：先将高纯Al加入坩埚中，加热至750℃熔化，加入JZF-03型高温覆盖剂，覆盖均匀后进行熔炼，将KBF4和K2TiF6均匀混合盐按质量比1：2加入熔体中，机械搅拌30min，进行原位合成反应，待反应结束后除去反应副产物；
S2：然后依次加入Cu、Mg、Al-Mn合金，并加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，保持温度750℃精炼20min，静置冷却得到坯锭；
S3：将得到的坯锭车去表面，进行热挤压得到棒材，挤压温度为400℃，挤压比为16:1，挤压速度为2mm/min。将热挤压所得棒材进行T6热处理，并测试其拉伸力学性能，其中T6热处理固溶温度为505℃，固溶时间80min，水淬，并进行120℃，19h的人工时效。拉伸性能测试其工艺下一种优良焊接性的2xxx 系铝合金抗拉强度为492MPa，屈服强度为312MPa，延伸率为16.2％。其未经热处理合金在含有TiB2颗粒的2xxx铝合金焊丝进行TIG焊，焊接接头同样T6热处理工艺下进行热处理，测试焊接接头抗拉强度为351MPa，可高达母材抗拉强度的71.5％，焊接接头表面质量高，无明显热裂纹。
实施例2
一种优良焊接性的2xxx系铝合金，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％， Fe＜0.05％，1.4％Ti，0.6％B，余量为Al。
实施例2的优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1：先将高纯Al加入坩埚中，加热至750℃熔化，加入JZF-03型高温覆盖剂，覆盖均匀后进行熔炼，将KBF4和K2TiF6均匀混合盐按质量比1：2加入熔体中，机械搅拌30min，进行原位合成反应，待反应结束后除去反应副产物；
S2：然后依次加入Cu、Mg、Al-Mn合金，并加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，保持温度750℃精炼20min，静置冷却得到坯锭；
S3：将得到的坯锭车去表面，进行热挤压得到棒材，挤压温度为400℃，挤压比为16:1，挤压速度为2mm/min。将热挤压所得棒材进行T6热处理，并测试其拉伸力学性能，其中T6热处理固溶温度为505℃，固溶时间80min，水淬，并进行120℃，19h的人工时效。拉伸性能测试其工艺下一种优良焊接性的2xxx 系铝合金抗拉强度为505MPa，屈服强度为325MPa，延伸率为14.5％。其未经热处理合金在含有TiB2颗粒的2xxx铝合金焊丝进行TIG焊，焊接接头同样T6热处理工艺下进行热处理，测试焊接接头抗拉强度为354MPa，可高达母材抗拉强度的70.1％，焊接接头表面质量高，无明显热裂纹。
实施例3
一种优良焊接性的2xxx系铝合金，该铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.5％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％， Fe＜0.05％，5.6％Ti，2.4％B，余量为Al。
实施例3的优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1：先将高纯Al加入坩埚中，加热至750℃熔化，加入JZF-03型高温覆盖剂，覆盖均匀后进行熔炼，将KBF4和K2TiF6均匀混合盐按质量比1：2加入熔体中，机械搅拌30min，进行原位合成反应，待反应结束后除去反应副产物；
S2：然后依次加入Cu、Mg、Al-Mn合金，并加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，保持温度750℃精炼20min，静置冷却得到坯锭；
S3：将得到的坯锭车去表面，进行热挤压得到棒材，挤压温度为400℃，挤压比为16:1，挤压速度为2mm/min。将热挤压所得棒材进行T6热处理，并测试其拉伸力学性能，其中T6热处理固溶温度为505℃，固溶时间80min，水淬，并进行120℃，19h的人工时效。拉伸性能测试其工艺下一种优良焊接性的2xxx 系铝合金抗拉强度为529MPa，屈服强度为325MPa，延伸率为12.8％。其未经热处理合金在含有TiB2颗粒的2xxx铝合金焊丝进行TIG焊，焊接接头同样T6热处理工艺下进行热处理，测试焊接接头抗拉强度为368MPa，可高达母材抗拉强度的69.7％，焊接接头表面质量高，无明显热裂纹。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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同物界定。

Claims (9)

1.一种优良焊接性的2xxx系铝合金，其特征在于，所述铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：3.5-6.5％Cu，0.3-0.8％Mn，1.2-1.5％Mg，Si＜0.1％，Fe＜0.05％，0.14-6.89％Ti，0.06-3.11％B，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金，其特征在于：所述铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：5.5％Cu，0.5％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％，Fe＜0.05％，2.8％Ti，1.2％B，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金，其特征在于：所述铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％，Fe＜0.05％，1.4％Ti，0.6％B，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金，其特征在于：所述铝合金为含有TiB2颗粒的2xxx系铝铜合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.5％Mn，1.2％Mg，Si＜0.1％，Fe＜0.05％，5.6％Ti，2.4％B，余量为Al。
5.一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1：将纯铝加入坩埚中，加热熔融后，加入JZF-03型高温覆盖剂，覆盖均匀后升温至650-800℃熔炼，然后加入混合均匀并烘干的KBF4和K2TiF6盐进行原位反应，并在机械搅拌下使其充分反应；
S2：然后依次加入Cu粒、Al-Mn合金、Mg粒，加入精炼剂进行除气精炼，随后除去反应副产物，静置冷却得到铸锭；
S3：将S2所得铸锭车去表面，进行热挤压或热轧得到型材或板材。
6.根据权利要求5所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的KBF4和K2TiF6质量比为1:0.5-1:2，机械搅拌反应时间为10-45min。
7.根据权利要求5所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中精炼剂为JZJ型无害铝合金精炼剂，精炼温度为650-750℃，时间为10-20min。
8.根据权利要求5所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中热挤压温度为350-450℃，挤压速度为0.5-2m/min，挤压比8-20。
9.根据权利要求5所述的一种优良焊接性的2xxx系铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中热轧温度380-450℃，下压量为18-35％。
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Inventor after: Wang Haowei

Inventor after: Chen Zhe

Inventor after: Zhu Haofei

Inventor after: Chen Dong

Inventor after: Li Xianfeng

Inventor after: Wu Yi

Inventor after: Wang Mingliang

Inventor after: Wang Lei

Inventor after: Li Yugang

Inventor before: Chen Zhe

Inventor before: Zhu Haofei

Inventor before: Chen Dong

Inventor before: Li Xianfeng

Inventor before: Wu Yi

Inventor before: Wang Mingliang

Inventor before: Wang Lei

Inventor before: Li Yugang

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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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