一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝制造技术

本发明专利技术公开一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，按质量百分比计：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.45～0.60％，钛Ti：0.05～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.10％，铁Fe：≤0.15％，H含量低于0.18μg/g，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。制作方法包括配料、熔炼、一次精炼、二次精炼、连铸连挤成形、轧制和/或锻造和/或拉丝联合减径、退火、表面机械刮削及清洗、表面涂封等步骤。本发明专利技术所述焊丝具优良的内部质量及外观质量、良好的工艺性能；增材成形堆积体经T6热处理后组织均匀、具良好的室温性能及高温性能稳定性，且各向性能无差异。

An aluminum silicon alloy welding wire suitable for the manufacture of wire additive

【技术实现步骤摘要】
一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝。技术背景铝硅系铸造合金具有优良的铸造性能和良好的加工工艺性能，经过变质和热处理后具有良好的力学、物理、耐蚀性能，是用途最广的铸造铝合金，其用量占铝合金铸件总产量的80％以上，广泛应用于航空、航天、兵器领域。然而，随着航空、航天及兵器等现代化高端装备正向大型化、高参数、极端恶劣条件下高可靠、长寿命服役的方向快速发展，致使其铝合金关键金属构件尺寸越来越大、结构日益复杂、性能要求日益提高，对制造技术的要求越来越高、挑战日益严峻。许多大型复杂壳体采用Al-Si-Mg合金(ZL101A、ZL114A)整体铸件，这些零件结构复杂，尺寸大，壁厚相差悬殊，铸件整体性能要求高，如何保证铸件整体性能的一致性、稳定性难度很大，且铸件产品合格率低。因此，铝合金大型复杂部件制造技术被公认为是航空、航天及兵器等重大高端装备制造业的基础和核心关键技术。丝材增材制造技术是基于离散堆积的成形原理，利用热源(激光、电子束、电弧的一种或它们的组合)将金属丝熔化，机器人等自动化设备携带焊枪按既定路线行走，逐层堆积实现复杂结构件的整体化近净成形技术，能够很好适应对航空、航天关重结构件的“轻量化”和“高强度”的发展需求，成为航空、航天等领域关键重要铝合金部件重要成形方法之一。传统牌号的铝硅合金，如ZL101A、ZL114A、6061、6063等的成分是按照铸造或形变加工成形工艺设计，虽可采用丝材增材制造技术堆积成形，但丝材增材制造过程是金属丝材的快速熔化再冷却的过程，合金凝固过程中具有极大的冷却速率，合金中的异质形核元素(如Ti等)、杂质元素(如Fe)等所产生的有益或有害作用与传统成形方式有很大差异，无法充分发挥合金本身及丝材增材制造工艺特点。同时，丝材增材制造对铝合金焊丝的外观质量、内部杂质、氢含量、熔覆性能提出了更高的要求。另外，在一些特殊的焊接场合，例如300公里以上高铁列车关重部件枕粱是一种内部中空的Al-7Si-Mg合金铸件，铸造时留下多个工艺孔需要通过焊接进行封堵，要求焊缝组织无宏观缺陷、接头强度系数大于95％，对焊丝质量的要求进一步提高。因此，有必要开发一种适用于丝材增材制造和焊接专用的铝硅合金焊丝。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为丝材增材制造技术提供一种专用铝硅合金丝材，其特点在于焊丝具有优良的内部质量，较低的杂质及H含量；增材制造过程具有适宜的流动性、成形好、凝固时热烈倾向小，增材成形堆积体经T6热处理后组织均匀、具有良好的力学性能，且各向性能无差异。本专利技术的铝硅合金焊丝还可作为高铁列车枕粱部件焊接时的填充材料，同时还可用于航空、航天、兵器、交通等领域铝合金铸件修复时的填充材料。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，按质量百分比计，成分为：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.45～0.60％，钛Ti：0.05～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.10％，铁Fe：≤0.15％，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，一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，按质量百分比计，成分为：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.50～0.60％，钛Ti：0.05～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.08％，铁Fe：≤0.15％，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，一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，按质量百分比计，成分为：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.50～0.60％，钛Ti：0.1～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.08％，铁Fe：≤0.12％，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，一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，按质量百分比计，成分为：硅Si：6.90～7.10％，镁Mg：0.55～0.65％，钛Ti：0.10～0.13％，锶Sr+镧La：0.04～0.07％，铁Fe：≤0.12％，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。在一些实施例中，本专利技术所述的适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，H含量低于0.18μg/g。本专利技术所述的丝材增材制造的铝硅合金焊丝中的锶Sr和镧La的含量均不为零；优选的，锶Sr和镧La各自的质量百分含量范围是0.02％～0.04％，优选为0.025％～0.030％；锶Sr和镧La的质量比为(1～1.1)：1，进一步优选的质量比为(1～1.05):1。本专利技术所用的Si元素可以增加铝合金流动性，减少缩孔改善耐压性和焊接性，减小热膨胀系数，但是过量添加虽能提高耐磨性，但切削性会变差，本专利技术所述的范围可很好的兼具耐磨性和切削性。本专利技术所用的Mg元素在时效过程中析出的Mg2Si粒子弥散分布在基体中，提高合金的强度。然而，专利技术人发现过多的Mg会增加铝合金液体中的H含量，并降低了H在凝固铝合金中的溶解度，从而在凝固合金中形成大量气孔，本专利技术所述的Mg含量可以在保证堆积体强度的前提下，最大限度的降低H含量。本专利技术所用的Ti元素在合金凝固时产生大量的非均质形核质点(Al3Ti)，在铝合金凝固时起到细化晶粒作用，但专利技术人发现过高的Ti含量将会造成堆积体内的二次枝晶臂间距增大，不利于后续固溶过程第二相粒子的迁移及共晶硅的熔断、球化过程；另外，由于Ti的引入使得合金的初始过冷度显著减小，Ti含量越高，则在丝材增材制造快熔快冷过程中初生的Al3Ti的析出倾向越大，其表现出的非均质形核作用越强，则合金的过冷度减小，随着Ti含量的增加，在凝固过程中产生具有非均质形核中心作用的初生Al3Ti相，不利于丝材增材制造大过冷度条件下凝固过程。本专利技术所述的Ti元素的含量，在细化晶粒的同时，可以有效避免上述问题的产生。本专利技术所用的Sr和La元素起联合变质作用，可以改善合金共晶硅形貌，Sr和La复合变质具有叠加作用，专利技术人研究发现在丝材增材制造快熔快冷条件下，只需少量联合添加Sr与La，即可获得良好的变质效果。Fe作为杂质元素，在Al-Si-Mg合金溶解度很低，在合金凝固过程中形成有害的富Fe金属间化合物，专利技术人研究发现，丝材增材制造堆积体中将形成π-Fe相，随着Fe含量的增加，π-Fe相的数量增加、尺寸增大，导致堆积体的延伸率下降，本专利技术所述的Fe的含量，可以很好的保证丝材增材制造堆积体的延展性。本专利技术所述焊丝可以采用本领域常规方法加工而成，在本专利技术的一种具体的实施方式中，本专利技术提供了一种所述的丝材增材制造专用铝硅合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：(1)原料配置：按照原料比将铝(Al)、硅(Si)、镁(Mg)以纯金属的形式加入中频感应炉，合金元素钛(Ti)、锶(Sr)、镧(La)均以铝基中间合金的形式加入中频感应炉；(2)合金熔炼及精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，其特征在于：按质量百分比计：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.45～0.60％，钛Ti：0.05～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.10％，铁Fe：≤0.15％，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。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于丝材增材制造的铝硅合金焊丝，其特征在于：按质量百分比计：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.45～0.60％，钛Ti：0.05～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.10％，铁Fe：≤0.15％，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所述的铝硅合金焊丝，其特征在于：按质量百分比计：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.50～0.60％，钛Ti：0.05～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.08％，铁Fe：≤0.15％，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.根据权利要求1所述的铝硅合金焊丝，其特征在于：按质量百分比计：硅Si：6.50～7.50％，镁Mg：0.50～0.60％，钛Ti：0.1～0.15％，锶Sr+镧La：0.03～0.08％，铁Fe：≤0.12％，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。


4.根据权利要求1所述的铝硅合金焊丝，其特征在于：按质量百分比...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，李承德，翟玉春，
申请(专利权)人：抚顺东工冶金材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21