一种铝硅锶钛锆合金及用其制备的铝硅锶钛锆合金焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种铝硅锶钛锆合金及用其制备的铝硅锶钛锆合金焊丝，属于铝合金焊丝技术领域。所述的合金组分及重量百分比如下：Si：4.50～5.50％；Mg：0.01～0.05％；Sr：0.02～0.50％；Ti：0.01～0.15％；Zr：0.01～0.20％；La：0.01～0.10％；Ce：0.01～0.15％；C：<0.0010％；余量为Al及不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素含量小于1.0wt％。本发明专利技术还公开了用铝硅锶钛锆合金制得的铝硅锶钛锆合金焊丝。本发明专利技术通过控制合金成分及各成分含量，形成的焊丝整体在合金力学性能、铸造性能、晶粒细化、焊接质量等方面具有优异性能。焊接质量等方面具有优异性能。焊接质量等方面具有优异性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铝硅锶钛锆合金及用其制备的铝硅锶钛锆合金焊丝


[0001]本专利技术属于铝合金焊丝
，涉及一种铝硅锶钛锆合金及用其制备的铝硅锶钛锆合金焊丝。

技术介绍

[0002]随着我国产业结构优化升级，导致了高铁、汽车、轨道交通、压力容器、船舶工程、石油化工、航空航天、军工等行业轻量化的迫切需求，铝制造产品的需求量得到了快速的增长，因此对于高性能铝及铝基合金焊丝产品(以下简称铝及铝合金焊丝)的需求也得到迅速增长。
[0003]目前铝合金焊接主要以惰性气体保护电弧焊为主，但是该方式不符合日益发展的趋势要求，因此对铝合金及铝合金焊丝的性能提出了新挑战。目前国产焊丝，如典型牌号为ER4043，在使用过程中存在焊接强度偏低、焊缝组织粗大等问题；已经有研究者通过添加Cu元素提高焊缝的强度、添加Mn、Sr细化焊丝的晶粒，但是仍不能满足高端产品需求。
[0004]市面上常用的熔炼、连铸(连铸连轧)、拉丝(含多道退火)等工艺制得的铝及铝合金焊丝或无法进行有效的熔体处理，线材内部夹杂较多，含氢量高，从而导致焊接时焊缝出现气孔及夹杂等缺陷，影响焊接的质量；或不适合批量的焊丝生产。
[0005]随着高端铝合金焊接材料的应用场景不断扩大，尤其是激光
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MIG复合焊接技术的日益成熟，客户对材料性能稳定性和一致性要求不断提升，越来越多的生产厂家意识到了焊丝产品质量稳定性的重要性，并从各个方面进行优化。因此需要提供一种新的铝合金焊接材料及短流程化的制备方法并应用于高性能焊接需求。

技术实现思路
/>[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种铝硅锶钛锆合金并用其制备具有塑韧性优良、焊缝强度高、焊缝组织均匀细小等特点的铝硅锶钛锆合金焊丝。
[0007]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0008]一种用于制造焊丝的铝硅锶钛锆合金，该合金的组分及重量百分比如下：
[0009]Si：4.50～5.50％；Mg：0.01～0.05％；Sr：0.02～0.50％；Ti：0.01～0.15％；Zr：0.01～0.20％；La：0.01～0.10％；Ce：0.01～0.15％；C：<0.0010％；余量为Al及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素含量小于1.0wt％。
[0010]本专利技术通过加入Zr元素来实现如下的作用：Zr在Al基体中的固溶度较低，其最明显的作用是控制晶粒尺寸和形态、抑制再结晶和提升合金强度，其在铝合金中主要有2种存在方式：1)固溶在铝基体中，起到固溶强化的作用；2)在凝固或者均匀化过程中，由过饱和固溶体析出细小的共格或非共格Al3Zr弥散粒子，钉扎晶界抑制再结晶，同时起到弥散强化作用。因此Zr的添加提高焊丝的力学性能。
[0011]本专利技术添加的微量单质稀土元素La能够促使溶质中的杂质Fe生成β
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AlFeSi细化变小，减少Fe对合金铸造过程中的裂纹敏感性，在轧制过程中减小轧制应力，拓宽合金的热
加工温度区间，使轧制更为稳定，也可提高合金材料的力学性能，在最终焊接时提升焊缝强度。
[0012]本专利技术还添加了微量Ce元素，通常合金化元素种类越多，熔炼过程中氧化层的致密度越差，这会导致各种元素在铸造成型前持续烧损，最终造成材料中元素含量不符合设计值。而本专利技术加入的较为活泼的Ce元素，能够优先与铝液发生反应，形成较为致密的氧化层，保护其它元素对氧化层结构的影响，进而降低材料烧损；但因为加入过多的Ce容易造成熔体吸气以及铸造组织疏松，因此需要同La复合加入，以降低Ce加入对材料的不利影响。
[0013]本专利技术通过添加少量的Mg元素，同Si共同生产Mg2Si，起弥散强化的作用，提高强度，并变质硅颗粒，起到一定的细化晶粒的作用，提升焊丝材料的性能稳定性，减少成品拉伸过程中的断线现象；但加入Mg过量，会导致Mg2Si团聚，割裂α
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Al基体，降低材料的塑性，根据本专利技术的回归分析，Mg的添加量为0.01～0.05wt％。
[0014]本专利技术通过加入Sr、C细化晶粒：Sr可以球化针状的共晶硅，阻碍AlSi合金中Si颗粒的长大，从而起到细化晶粒的作用；C可以与Ti形成TiC颗粒，在铝熔体凝固过程中作为晶核促进液体金属内部形核，形成细小的晶粒。
[0015]本专利技术通过添加一定量的Ti元素，可以起到提高强度及细化晶粒的作用；一方面Ti和C反应生成TiC相起到细化晶粒的作用，另一方面剩余的Ti形成Al3Ti相，可以提高合金的强度。
[0016]本专利技术的焊丝在焊接应用时重新熔化再凝固形成焊缝组织，其中采用的Ti、C、Mg、Zr元素在再凝固过程中会优先形成第二相，并弥散分布在焊缝熔体中，作为晶核促进焊缝中的液态金属内部形核，从而具有细化焊缝组织晶粒的作用。根据本专利技术对合金化学组分的设计，在合金化熔炼时添加的Ti、C、Mg、Zr元素，经最终焊丝产品的研究及焊接应用验证，四种元素所生成的金属化合物可适当增加熔体的粘度，改善铝合金焊接时的飞溅现象，提升焊缝质量。
[0017]本专利技术添加的各元素之间并不是孤立的起作用，而是相互影响，通过控制焊丝合金组分以及各组分含量，形成的合金整体在合金力学性能、铸造性能、晶粒细化、焊接质量等方面具有优异性能。
[0018]作为优选，Ce、La的重量比为(1.5～2.5):1。
[0019]作为优选，所述杂质元素包括：Zn≤0.01wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Cr≤0.05wt％、Fe≤0.50wt％、Ni≤0.05wt％、Ba≤0.01wt％、Sn≤0.05wt％、Ga≤0.05wt％、P≤0.02wt％、V≤0.03wt％、Li≤0.001wt％、Na≤0.05wt％、Ca≤0.005wt％。
[0020]进一步优选，Li+Na+Ca≤0.01wt％。
[0021]一种铝硅锶钛锆合金焊丝的制备方法，所述制备方法包括：将合金组分依次进行配料、熔炼、连铸连轧制坯杆、退火、塑性加工、在线一体加工、分装、静置。
[0022]作为优选，连铸连轧制坯杆过程中，在线过滤后铸造前加入Al
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Ti
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C丝，Al
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Ti
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C丝直径为Φ7.5～Φ12.5mm，加入速度为5～100cm/min。
[0023]进一步优选，Al
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Ti
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C丝中C元素的含量为0.05～0.5％，Ti元素的含量为2～6％；Al
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Ti
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C丝的加入量为合金配料总质量的0.05～0.50％。
[0024]作为优选，连铸连轧过程中铸造温度为650～710℃。
[0025]进一步优选，连铸连轧后坯杆的规格为Φ5.8～Φ7.0mm。
[0026]作为优选，退火过程采用3级处理：在0.5～5h内升温至485～520℃，并保温1.5～18h，然后于2～10h内降温至60～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝硅锶钛锆合金，其特征在于，该合金的组分及重量百分比如下：Si：4.50～5.50％；Mg：0.01～0.05％；Sr：0.02～0.50％；Ti：0.01～0.15％；Zr：0.01～0.20％；La：0.01～0.10％；Ce：0.01～0.15％；C：<0.0010％；余量为Al及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素含量小于1.0wt％。2.根据权利要求1所述的用于制造焊丝的铝硅锶钛锆合金，其特征在于，Ce、La的重量比为(1.5～2.5):1。3.根据权利要求1所述的铝硅锶钛锆合金，其特征在于，所述杂质元素包括：Zn≤0.01wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Cr≤0.05wt％、Fe≤0.50wt％、Ni≤0.05wt％、Ba≤0.01wt％、Sn≤0.05wt％、Ga≤0.05wt％、P≤0.02wt％、V≤0.03wt％、Li≤0.001wt％、Na≤0.05wt％、Ca≤0.005wt％。4.根据权利要求3所述的铝硅锶钛锆合金，其特征在于，Li+Na+Ca≤0.01wt％。5.一种铝硅锶钛锆合金焊丝的短流程制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将权利要求1所述的合金组分依次进行配料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪旗，王楠，汪沁，万林辉，陈小军，夏文超，王大锋，余惺，王文博，谢青青，马修斯，
申请(专利权)人：贝肯霍夫中国有限公司，
类型：发明
国别省市：