[发明专利]一种新型高钪铝合金焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，具体为一种新型高钪铝合金焊丝。

背景技术

Al-Mg-Sc合金是新一代航天航空、核能和舰船用结构材料，具有强度高，耐腐蚀性能好，焊接性能好，焊接热裂纹敏感性低等优点。人们关于含Sc的Al合金已有了一些研究。近几十年来，在国际材料界尤其是前苏联进行了大量的研发工作，已研制开发出 01575、01571、01570、01545、01535、01523、01515等含Sc的Al-Mg-Sc合金。此外，日本、美国和我国等在近年也开展了研究工作，并取得了较大进展。如潘青林等发表的《Sc对Al-Mg合金组织与性能的影响》（材料科学与工艺[J]，1997，Vol.5，No.4，P9-13）中，报道了Sc 对不同状态Al -Mg合金拉伸性能、组织及晶粒的影响，并讨论了Sc 在合金中的存在形式和强化机理。

添加微量的Sc就能显著改善合金的力学性能，焊接性能。现在的报道中Al-Mg合金焊丝中添加的Sc含量一般小于0.5%，最高不超过1.0%。在发明专利《Al-Mg-Sc系焊丝》（授权公告号：CN100445019C）中公开了一种Sc含量为0.1-1.0的含Sc的Al-Mg合金焊丝，采用该合金焊丝焊接时，其焊接接头组织细化，综合力学性能都有一定提高。但是人们还没有开发出将Sc作为主要添加元素的Al-Mg-Sc系焊丝，以充分发挥Sc在Al-Mg焊丝中的作用，将此类焊丝的性能最大程度的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优异的新型高钪铝合金焊丝。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

按质量百分比计，一种新型高钪铝合金焊丝的化学成分为：镁Mg：4.5-6.0，锰Mn：0.10-0.20，钛Ti：0.20-0.30，锌Zn：0.30-0.50，铬Cr：0.10-0.20，锆Zr：0.25-0.35，钪Sc：1.20-1.60，铁Fe：≤0.20，硅Si：≤0.20，铜Cu：≤0.05，铍Be：≤0.0005，其他单个杂质元素：≤0.1，其他杂质元素合计：≤0.15，余量为铝Al。

按质量百分比计，所述高钪铝合金焊丝的优选钪Sc含量为1.4-1.5。

本发明高钪铝合金焊丝中Mg、Mn等元素的适量添加可以降低焊缝裂纹倾向，可提高Sc的溶解度和增加其金属间化合物的形成，进而提高合金强度；Cr、Mn元素的相互作用能增强焊缝的耐腐蚀性，抑制了(CrMn)Al7粗大化合物的形成，使晶粒细化；加入适量的Zn，可以析出MgZn2相和Al2Zn3Mg3相，它们的弥散强化作用可有效提高焊缝的强度，并使其耐腐蚀性能达到最佳；Ti、Sc的添加，使焊缝铸态合金中生成初生Al3 (Sc,Ti) 颗粒，与基体完全共格, 而且错配度非常小，形成良好的非均质晶核，强化细化作用；焊缝在冷却过程中仅有极少量的Sc 固溶在基体中以原子态存在，析出次生Al3Sc、Al3Zr、Al3(Sc,Zr)相以大量弥散、细小的方式析出，起到弥散强化作用；这些相成圆球状，与基体共格，强烈地钉扎位错，阻碍位错运动，使位错滑移所需的切应力大大提高，并阻止亚晶界迁移与合并，对形变组织中的亚结构具有稳定化作用，从而对合金造成了强烈的亚结构强化作用，使得焊缝强度得以大大提高。大量的Al3(Sc,Zr)相还能改善铝合金焊丝的电导性，利于引弧，送丝顺畅。

本发明的有益效果是：本发明高钪铝合金焊丝的晶粒细化，晶粒直径达到20μm，其电导性良好。使用本发明焊丝做焊接实验，其接头的抗拉强度高，较普通Al-Mg合金焊丝提高80MPa左右；抗热裂性好，耐腐蚀性良好。

具体实施方式

下面结合一则具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于本实施例。

实施例一：

本发明新型高钪铝合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：镁Mg：5.05，锰Mn：0.13，钛Ti：0.25，锌Zn：0.37，铬Cr：0.14，锆Zr：0.30，钪Sc：1.41，铁Fe：0.118，硅Si：0.147，铜Cu：0.031，铍Be：0.0003，其他单个杂质元素≤0.1，其他杂质元素合计≤0.15，余量为铝Al。本实施例的高钪铝合金焊丝的抗拉强度为512MPa，延伸率为17%。

将本实施例制得的铝合金焊丝作为填充材料，在室温下，用MIG焊焊接10mm厚的5083 O态板。金相观察可知在焊缝中心及靠近融合区的位置是细小的等轴晶组织，冷却时焊缝中析出一次Al3(Sc, Zr)复合粒子，这种粒子与基体共格，极大地提高了焊缝的强度。焊接接头的抗拉强度达到345MPa，与母材相当。