CN112647030B - 一种铝镁合金焊丝塑性提高方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝镁合金焊丝塑性提高方法，包括以下步骤：(1)对细化剂依次进行固溶处理和时效处理；(2)将固溶处理、时效处理后的细化剂进行液氮深冷处理；(3)利用经过深冷处理后的细化剂对铝镁合金熔体进行细化处理；(4)将细化处理后的铝镁合金进行拉拔，得到铝镁合金焊丝。该方法能够有效减少细化剂中的铸造缺陷，通过深冷处理能得到分布更加均匀的微米或纳米级的细小尺寸第二相粒子，通过深冷处理后的细化剂能够更加细化铝镁合金焊丝，提高其塑性，相对采用未经深冷处理的细化剂细化处理的铝镁合金焊丝，能够将铝镁合金焊丝的伸长率提高45.67％。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝镁合金焊丝处理方法，更具体地，涉及一种铝镁合金焊丝塑性提高方法。
背景技术
5356铝镁合金焊丝，也称S331，具有良好的耐蚀性、抗热裂性、可锻性好，是铝镁合金氩弧焊基本的填充焊材，主要应用在化工压力容器、自行车、铝滑板车、机车车厢、兵工生产、造船、航空等行业，但由于5356铝镁合金焊丝在生产过程中以及材料本身等存在问题，焊丝的塑性低，易造成焊接时送丝不畅，导致焊接偏离焊缝，甚至造成焊接时断弧，电弧稳定性差，导致生产的5356铝镁合金焊丝不能满足高品质产品生产的需要。在铝镁合金熔体中直接添加晶粒细化剂能够细化铝镁合金内的晶粒，提高焊丝的塑性，例如四元新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，能够大大提升铝镁合金细化性能，但由于Al-5Ti-1B-1RE中间合金自身组织形态有遗传性，其组织形态将对铝镁合金结晶组织有遗传影响，即在加入量相同的情况下，对5356铝镁合金细化变质效果产生明显不同的影响，Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化变质效果有组织遗传效应。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够改善细化剂组织特征、均匀细化铝镁合金晶粒、提高铝镁合金焊丝的塑性、改善焊接质量的铝镁合金焊丝塑性提高方法。
技术方案：本发明所述的铝镁合金焊丝塑性提高方法，包括以下步骤：
(1)对细化剂依次进行固溶处理和时效处理；
(2)将固溶处理和时效处理后的细化剂进行液氮深冷处理；
(3)利用经过深冷处理后的细化剂对铝镁合金熔体进行细化处理；
(4)将细化处理后的铝镁合金进行拉拔，得到铝镁合金焊丝。
其中，步骤(1)中固溶处理时温度为520-540℃，保温时间4-6小时，取出后置于水中淬火，淬火温度为60-80℃，时效处理温度为240-260℃，保温时间为3-5小时；细化剂为Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，其中RE:富铈-镧稀土，其化学成分按质量百分比计算：Ti4.50％-5.50％、B 0.80％-1.30％、RE 0.80％-1.30％、Fe≤0.20％、Si≤0.20％、Cu≤0.05％、Ni≤0.05％，余量为Al；步骤(2)中对细化剂深冷处理时，将细化剂直接浸入液氮中处理24-36小时，随后置于空气中恢复至室温；步骤(3)中细化剂处理铝镁合金时细化剂质量为铝镁合金质量的0.15～0.25％；铝镁合金为5356铝镁合金焊丝，其化学成分按质量百分比计算：Mg为4.5％-5.5％、Ti为0.06％-0.20％、Mn为0.05％-0.20％、Cr为0.05％-0.20％、Fe≤0.40％、Si≤0.25％、Cu＜0.10％、Zn＜0.10％，余量为Al；步骤(4)中铝镁合金拉拔至直径为3～5mm。
工作原理：未经深冷处理的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂铸态组织中具有明显的气孔、缩松、第二相粒子偏析聚集等常见的铸造缺陷，而经深冷处理后，低温下Al-5Ti-1B-1RE中间合金体积收缩，产生塑性流变，使材料内部的一些缺陷显著减少，同时体积收缩量较大，增加第二相粒子的析出时的驱动力，深冷处理时合金晶格常数会收缩，增加合金形变能和不稳定条件，导致第二相的析出增加，随着深冷处理时间的延长，应变的增加，不断析出第二相；且第二相粒子与基体的热膨胀系数不同，导致收缩的程度的不同，进而导致微孔出现，在这些内应力集中的微孔部位产生塑性流变。深冷处理时，第二相粒子溶解度下降析出，新的析出相会围绕着微孔析出，即微孔成为新析出相的形核核心，同时保持小尺寸特征。当深冷处理结束时，将Al-5Ti-1B-1RE中间合金取出置于空气中，由于环境温度升高，各相粒子膨胀，导致微孔消失，在微观组织含有分布更加均匀的微米或纳米级的细小尺寸第二相粒子，由此去除了Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂变质效果不利的组织遗传效应，缺陷明显减少，在细化处理铝镁合金时能够使其晶粒显著细化均匀，大大提高了铝镁合金塑性，进而改善其焊接性能。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、能够有效减少细化剂中的铸造缺陷；2、通过深冷处理能得到分布更加均匀的微米或纳米级的细小尺寸第二相粒子；3、通过深冷处理后的细化剂能够更加细化铝镁合金焊丝，提高其塑性，相对采用未经深冷处理的细化剂细化处理的铝镁合金焊丝，能够将铝镁合金焊丝的伸长率提高45.67％。
附图说明
图1是实施例1经过深冷处理的细化剂显微组织示意图；
图2是实施例2经过深冷处理的细化剂显微组织示意图；
图3是实施例3经过深冷处理的细化剂显微组织示意图；
图4是对比例1中的细化剂显微组织示意图；
图5是对比例2中的细化剂显微组织示意图。
具体实施方式
实施例1
取Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，RE：富铈-镧稀土，其化学成分按质量百分比计算：Ti 4.50％、B 1.30％、RE 1.30％、Fe≤0.20％、Si≤0.20％、Cu≤0.05％、Ni≤0.05％，余量为Al，采用线切割的方法取得所需的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂尺寸试样：
(1)依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理时温度为520℃，保温时间4小时，取出后置于水中淬火温度为60℃，时效温度为240℃，保温时间为3小时，然后将细化剂冷却至室温；
(2)将固溶处理和时效处理后的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂直接浸入液氮中处理24小时，随后置于空气中恢复至室温；采用线切割的方法获得Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂截面，进行微观组织观察，其结果如图1所示，细化剂组织中的气孔、缩松、第二相粒子偏析聚集等常见的铸造缺陷明显减少，第二相粒子的尺寸较为细小，数目较多，分布较均匀弥散，但还未达到较理想状态；
(3)将经过深冷处理后的细化剂在铝镁合金熔炼时加入到铝镁合金熔体中进行细化处理，将称量好的铝镁合金置于内部清理干净并预热至200℃的石墨坩埚中，再置于井式电阻炉内升温至760℃熔化，待合金全部熔化后，往熔体中加入熔体质量0.15％经深冷工艺处理后的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，保温5min使各元素均匀化，强力搅拌、除气、精炼、静置，降温至730℃、扒渣、过滤，得到铝镁合金；
(4)将细化处理后的铝镁合金进行拉拔，得到直径为3mm的铝镁合金焊丝。
其中，铝镁合金为5356铝镁合金焊丝，其化学成分按质量百分比计算：Mg为5.5％、Ti为0.06％、Mn为0.20％、Cr为0.05％、Fe≤0.40％、Si≤0.25％、Cu＜0.10％、Zn＜0.10％，余量为Al。
实施例2
取Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，RE：富铈-镧稀土，其化学成分按质量百分比计算：Ti 5.50％、B 1.00％、RE 1.10％、Fe≤0.20％、Si≤0.20％、Cu≤0.05％、Ni≤0.05％，余量为Al，采用线切割的方法取得所需的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂尺寸试样：
(1)依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理时温度为540℃，保温时间6小时，取出后置于水中淬火温度为80℃，时效温度为250℃，保温时间为5小时，然后将细化剂冷却至室温；
(2)将固溶处理和时效处理后的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂直接浸入液氮中处理36小时，随后置于空气中恢复至室温；采用线切割的方法获得Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂截面，进行微观组织观察，其结果如图2所示，细化剂组织中的气孔、缩松、第二相粒子偏析聚集等常见的铸造缺陷明显减少，第二相粒子的尺寸变得较为细小，数目较多，分布较均匀弥散，但也未达到较理想状态；
(3)将经过深冷处理后的细化剂在铝镁合金熔炼时加入到铝镁合金熔体中进行细化处理，将称量好的铝镁合金置于内部清理干净并预热至200℃的石墨坩埚中，再置于井式电阻炉内升温至760℃熔化，待合金全部熔化后，往熔体中加入熔体质量0.20％经深冷工艺处理后的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，保温5min使各元素均匀化，强力搅拌、除气、精炼、静置，降温至730℃、扒渣、过滤，得到铝镁合金；
(4)将细化处理后的铝镁合金进行拉拔，得到直径为3mm的铝镁合金焊丝。
其中，铝镁合金为5356铝镁合金焊丝，其化学成分按质量百分比计算：Mg为4.0％、Ti为0.12％、Mn为0.15％、Cr为0.18％、Fe≤0.40％、Si≤0.25％、Cu＜0.10％、Zn＜0.10％，余量为Al。
实施例3
取Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，RE：富铈-镧稀土，其化学成分按质量百分比计算：Ti 5.00％、B 0.80％、RE 0.80％、Fe≤0.20％、Si≤0.20％、Cu≤0.05％、Ni≤0.05％，余量为Al，采用线切割的方法取得所需的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂尺寸试样：
(1)依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理时温度为530℃，保温时间5小时，取出后置于水中淬火温度为70℃，时效温度为250℃，保温时间为4小时，然后将细化剂冷却至室温；
(2)将固溶处理和时效处理后的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂直接浸入液氮中处理330小时，随后置于空气中恢复至室温；采用线切割的方法获得Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂截面，进行微观组织观察，其结果如图3所示，细化剂组织中的气孔、缩松、第二相粒子偏析聚集等常见的铸造缺陷明显减少，第二相粒子的尺寸细小，数目多，分布均匀弥散，达到较理想的状态；
(3)将经过深冷处理后的细化剂在铝镁合金熔炼时加入到铝镁合金熔体中进行细化处理，将称量好的铝镁合金置于内部清理干净并预热至200℃的石墨坩埚中，再置于井式电阻炉内升温至760℃熔化，待合金全部熔化后，往熔体中加入熔体质量0.25％经深冷工艺处理后的Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，保温5min使各元素均匀化，强力搅拌、除气、精炼、静置，降温至730℃、扒渣、过滤；
(4)将细化处理后的铝镁合金进行拉拔，得到直径为3mm的铝镁合金焊丝。
其中，铝镁合金为5356铝镁合金焊丝，其化学成分按质量百分比计算：Mg为4.5％、Ti为0.20％、Mn为0.05％、Cr为0.20％、Fe≤0.40％、Si≤0.25％、Cu＜0.10％、Zn＜0.10％，余量为Al。
对比例1
本对比例与实施例1的区别是：不对细化剂进行固溶处理和时效处理和深冷处理，其微观组织如图4所示，细化剂组织中的气孔、缩松、第二相粒子偏析聚集等常见的铸造缺陷明显增多，第二相粒子的尺寸较为粗大，分布不均。
对比例2
本对比例与实施例2的区别是：不对细化剂进行深冷处理，其微观组织如图4所示，细化剂组织中的气孔、缩松、第二相粒子偏析聚集等常见的铸造缺陷有一定的减少，第二相粒子的尺寸相对于经深冷工艺处理后的细化剂还是较为粗大的，数目不多，分布也不均匀。
对实施例1～3和对比例1、2中的铝镁合金焊丝进行拉伸试验，取样按国家标准拉伸实验规定进行室温拉伸力学性能测试，在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，拉伸速率为0.05mm/min，相应每组力学性能都取3组平均值，得其测试结果，如表1所示，从表中可以看出通过深冷处理后的细化剂能够更加细化铝镁合金焊丝，提高其塑性，相对采用未经深冷处理的细化剂细化处理的铝镁合金焊丝，能够将铝镁合金焊丝的伸长率提高45.67％。
表1 5356铝镁合金焊丝的力学性能
Claims (5)
1.一种铝镁合金焊丝塑性提高方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对细化剂依次进行固溶处理和时效处理；
(2)将固溶处理和时效处理后的细化剂进行液氮深冷处理；
(3)利用经过深冷处理后的细化剂对铝镁合金熔体处理；
(4)将细化处理后的铝镁合金进行拉拔，得到铝镁合金焊丝；
所述细化剂为Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂，其中RE:富铈-镧稀土，其化学成分按质量百分比计算：Ti4.50％-5.50％、B 0.80％-1.30％、RE 0.80％-1.30％、Fe≤0.20％、Si≤0.20％、Cu≤0.05％、Ni≤0.05％，余量为Al；所述步骤(2)中对细化剂深冷处理时，将细化剂直接浸入液氮中处理24-36小时，随后置于空气中恢复至室温；
所述铝镁合金为5356铝镁合金焊丝，其化学成分按质量百分比计算：Mg为4.5％-5.5％、Ti为0.06％-0.20％、Mn为0.05％-0.20％、Cr为0.05％-0.20％、Fe≤0.40％、Si≤0.25％、Cu＜0.10％、Zn＜0.10％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的铝镁合金焊丝塑性提高方法，其特征在于，所述步骤(1)中固溶处理时温度为520-540℃，保温时间4-6小时，取出后置于水中淬火，淬火温度为60-80℃。
3.根据权利要求1或2所述的铝镁合金焊丝塑性提高方法，其特征在于，所述步骤(1)中时效处理温度为240-260℃，保温时间为3-5小时。
4.根据权利要求1所述的铝镁合金焊丝塑性提高方法，其特征在于，所述步骤(3)中细化剂处理铝镁合金熔体时细化剂的加入质量为铝镁合金熔体质量的0.15～0.25％。
5.根据权利要求1所述的铝镁合金焊丝塑性提高方法，其特征在于，所述步骤(4)中铝镁合金拉拔至直径为3～5mm。
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