CN111203672B - 一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计：锰Mn：0.3‑0.5％，铜Cu：5.3‑5.8％，钛Ti：0.15‑0.35％，硼B：0.0005‑0.006％，钒V：0.05‑0.3％，锆Zr：0.05‑0.2％，锡Sn：0‑0.2％，铁Fe：≤0.15％，硅Si:≤0.06％，镁Mg：≤0.05％，锌Zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝Al。本发明所述焊丝，丝材增材制造堆积体组织均匀，横纵向力学性能一致，具有高强、高韧的特点。

Description

一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝。
技术背景
Al-Cu合金凭借优异的力学性能，在航空、航天领域具有广泛的应用前景。但是由于该合金结晶温度范围宽，铸造产品容易产生热裂、偏析、缩松等缺陷，造成铸件的成品率较低。焊接工艺无法实现母材和焊缝的等强匹配，且难以实现复杂程度较高产品的生产。这些都限制了Al-Cu合金的应用。
近年来，通过丝材增材制造工艺生产Al-Cu合金结构件获得了广泛的研究。目前所选用的Al-Cu合金原材料，丝材增材之后的堆积体存在横纵向的力学性能差异，纵向的力学性能小于横向，例如2319，2024。另外，现有的Al-Cu合金丝材增材制造后堆积体的力学性能偏低，未见抗拉强度>530Mpa，屈服强度>460Mpa，延伸率>10％的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，本发明所述的铝铜合金焊丝，加工过程顺畅，焊丝晶粒细小，组织均匀，适用于丝材增材制造。增材成形堆积体热处理后，组织晶粒细小、均匀，强化相弥散分布，性能稳定。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰Mn：0.3-0.5％，铜Cu：5.3-5.8％，钛Ti：0.15-0.35％，硼B：0.0005-0.006％，钒V：0.05-0.3％，锆Zr：0.05-0.2％，锡Sn：0-0.2％，铁Fe：≤0.15％，硅Si:≤0.06％，镁Mg：≤0.05％，锌Zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝Al。
在一种优选的实施方式中，一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰Mn：0.3-0.5％，铜Cu：5.4-5.7％，钛Ti：0.15-0.35％，硼B：0.0005-0.006％，钒V：0.05-0.3％，锆Zr：0.05-0.2％，锡Sn：0-0.15％，铁Fe：≤0.15％，硅Si:≤0.06％，镁Mg：≤0.05％，锌Zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝Al。
在一种优选的实施方式中，一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰Mn：0.3-0.5％，铜Cu：5.5-5.6％，钛Ti：0.15-0.35％，硼B：0.0005-0.006％，钒V：0.05-0.3％，锆Zr：0.05-0.2％，锡Sn：0-0.05％，铁Fe：≤0.15％，硅Si:≤0.06％，镁Mg：≤0.05％，锌Zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝Al。
在一种优选的实施方式中，一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰Mn：0.4-0.5％，铜Cu：5.5-5.6％，钛Ti：0.2-0.3％，硼B：0.003-0.004％，钒V：0.1-0.2％，锆Zr：0.1-0.2％，锡Sn：0-0.1％，铁Fe：≤0.15％，硅Si:≤0.05％，镁Mg：≤0.05％，锌Zn：≤0.05％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝Al。
本发明所述的焊丝可以按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告号为CN103286481B的中国专利所述的制备方法制备而成。
本发明还提供本发明所述焊丝在军工或航空航天领域中的应用。
本发明还提供本发明所述焊丝在丝材增材制造中的应用。
本发明所述的铝铜合金焊丝中：
本发明所使用的Cu元素是基本强化元素，其主要作用是固溶时效后析出纳米级θ’相提高合金强度。
本发明所使用的Mn与Al、Cu反应形成T相，固溶处理时呈弥散质点析出，可提高室温和高温强度。
本发明合金中添加少量Ti和Zr，与Al生成Al3Ti和Al3Zr相，Al3Ti和Al3Zr的弥散质点可作为α相的结晶核心，使α(Al)的晶粒细化。
本发明所使用的V可以降低铝铜合金的热裂纹敏感性。
本发明所使用的Sn在铝铜合金中，与空位的结合能力强，且溶解度小，扩散率高，其作用是在时效时促进强化相的析出与弥散分布，缩短铝铜合金达到峰值时效的时间，提高铝铜合金的力学性能。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的铝铜合金焊丝，加工过程顺畅，焊丝晶粒细小，组织均匀，适用于丝材增材制造。
(2)增材成形堆积体热处理后，组织晶粒细小、均匀，强化相弥散分布，性能稳定，T6热处理后力学性能可以达到：抗拉强度：538MPa，屈服强度：478MPa，延伸率：10.5％，且横纵向力学性能无差异。目前该合金是丝材增材制造堆积体强度最高的铝合金材料。
附图说明
图1为焊丝的微观组织；
图2为堆积体(直接堆积态)的微观组织；
图3为堆积体(T6)态的微观组织；
图4为峰值时效下的强化相分布。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于本实施例，本发明所述的方法若无特别说明，则为本领域常规方法，所用材料，若无特别说明，则为常规购买。
实施例1：
本发明一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝，合金成分按质量百分比计，为：锰Mn：0.41，铜Cu：5.63，钛Ti：0.21，硼B：0.0035，钒V：0.12，锆Zr：0.13，铁Fe：0.11，硅Si:0.042，镁Mg：0.0025，锌Zn：0.016，余量为铝Al。
本实施例所述的焊丝可以按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告号为CN103286481B的中国专利所述的制备方法制备而成。本实施例制得的铝铜合金焊丝的抗拉强度为310Mpa，延伸率为6％。
本实施例制得的铝铜合金焊丝晶粒细小，组织均匀，如图1(a)所示，该内部组织保证了减径加工过程的顺畅，焊丝成品率达到95％。根据合金组织的遗传效应，保证了增材产品良好的内部组织。
以实施例1所制备的焊丝作为原材料，在室温下，用CMT的焊接工艺进行堆积。堆积体表面光亮，内部组织晶粒尺寸为40μm，大小均匀，强化相在晶界上均匀弥散分布如图2(a)所示。T6热处理后堆积体的微观组织如图3(a)所示,θ相完全固溶到基体当中。峰值时效下的析出相形貌如图4(a)所示。力学性能如表1所示，优于铝铜合金2319电弧增材制造堆积体的性能，且横纵向力学性能均匀。
实施例2：
本发明一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝，合金成分按质量百分比计，为：锰Mn：0.42，铜Cu：5.58，钛Ti：0.22，硼B：0.0033，钒V：0.12，锆Zr：0.12，锡Sn：0.1,铁Fe：0.11，硅Si:0.037，镁Mg：0.0032，锌Zn：0.012，余量为铝Al。
本发明所述的焊丝可以按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告号为CN103286481B的中国专利所述的制备方法制备而成。本实施例制得的铝铜合金焊丝的抗拉强度为315Mpa，延伸率为6％。
本实施例制得的铝铜合金焊丝晶粒细小，组织均匀，如图1(b)所示，该内部组织保证了减径加工过程的顺畅，焊丝成品率达到95％。根据合金组织的遗传效应，保证了增材产品良好的内部组织。
以实施例2所制备的焊丝作为原材料，在室温下，用CMT的焊接工艺进行堆积。堆积体表面光亮，内部组织晶粒尺寸为40μm，大小均匀，强化相在晶界上均匀弥散分布如图2(b)所示。T6热处理后堆积体的微观组织如图3(b)所示,晶粒为均匀的等轴晶，θ相完全固溶到基体中。堆积体峰值时效下的强化相如图4(b)所示，强化相尺寸均匀，分布密度大。该焊丝的堆积体具有高强韧的力学性能，如表1所示，横纵向力学性能均匀，是现有铝合金堆积体中力学性能最高的。
表1堆积体的力学性能
Figure BDA0002387655250000041
Figure BDA0002387655250000051

Claims (5)

1.一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，其特征在于，按质量百分比计，成分为：锰Mn：0.3-0.5%，铜Cu：5.5-5.8%，钛Ti：0.15-0.35%，硼B：0.0005-0.006%，钒V：0.05-0.3%，锆Zr：0.05-0.2%，锡Sn：0.1-0.2%，铁Fe：≤0.15%，硅Si:≤0.06%，镁Mg：≤0.05%，锌Zn：≤0.1%，其他单个杂质元素：≤0.05%，其他杂质元素合计：≤0.15%，余量为铝Al。
2.根据权利要求1所述的铝铜合金焊丝，其特征在于，按质量百分比计，成分为：锰Mn：0.4-0.5%，铜Cu：5.5-5.6%，钛Ti：0.2-0.3%，硼B：0.003-0.004%，钒V：0.1-0.2%，锆Zr：0.1-0.2%，锡Sn：0.1%，铁Fe：≤0.15%，硅Si:≤0.05%，镁Mg：≤0.05%，锌Zn：≤0.05%，其他单个杂质元素：≤0.05%，其他杂质元素合计：≤0.15%，余量为铝Al。
3.权利要求1或2所述的铝铜合金焊丝在军工领域中的应用。
4.权利要求1或2所述的铝铜合金焊丝在航空航天领域中的应用。
5.权利要求1或2所述的铝铜合金焊丝在丝材增材制造中的应用。
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