阅读说明：本技术 一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝 (Aluminum-copper alloy welding wire suitable for wire material additive manufacturing ) 是由 王伟 王帅 翟玉春 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种适用于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：4.6-5.3％,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：0.05-0.2％,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,在生产及使用过程中无有毒性烟尘产生,增材成形堆积体组织均匀,具有高强韧的力学性能且横纵向均匀,表面无有毒性的金属氧化物。(The invention discloses an aluminum-copper alloy welding wire suitable for wire material additive manufacturing, which comprises the following components in percentage by mass: manganese Mn: 0.3-0.5%, Cu: 4.6-5.3%, Ti: 0.15-0.35%, boron B: 0.0005-0.006%, vanadium V: 0.05 to 0.3%, Zr: 0.05 to 0.2%, Sn: 0.05-0.2%, Fe: less than or equal to 0.15 percent, Si: less than or equal to 0.06 percent, magnesium Mg: less than or equal to 0.05 percent, zinc Zn: less than or equal to 0.1 percent, and other single impurity elements: less than or equal to 0.05 percent, and other impurity elements in total: less than or equal to 0.15 percent and the balance of aluminum Al. The welding wire of the invention has no toxic smoke dust in the production and use processes, uniform structure of additive forming accumulation body, high-strength and high-toughness mechanical property, uniform transverse and longitudinal directions and no toxic metal oxide on the surface.)

一种适用于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，具体涉及一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝。

背景技术

Al-Cu合金具有较好的比强度和良好的韧性，在军工及航空航天领域获得越广泛应用。目前已发展出多个牌号的高强Al-Cu合金，例如2319,2519,2024,ZL204A,ZL205A等。形变铝铜合金在拼焊过程中难以做到等强匹配，铸造铝铜合金又存在结晶温度范围宽，铸造性能不好，不易实现顺序凝固，壁厚敏感性大，易产生疏松、热裂、氧化夹渣等铸造缺陷。这些问题都限制了Al-Cu合金的应用范围。英国克兰菲尔德大学运用丝材增材制造的工艺制备Al-Cu合金结构件，取得了较大进展。例如顾江龙博士在《CMT工艺增材制造Al-Cu-(Mg)合金的组织与性能的研究》论文中，阐述了丝材增材制造铝铜合金的组织与性能。

以目前传统的铝铜合金焊丝进行丝材增材制造，例如2319,2519等堆积体在横纵向的力学性能上有差异。而像ZL204A和ZL205A等铸造铝合金，由于含有蒸气压较低的合金元素Cd，打印过程中烧损严重，且堆积体表面附着一层Cd的氧化物，该物质具有毒性，故该合金不能用于丝材增材制造工艺。目前适合丝材增材制造的高强韧铝合金焊丝还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝，本发明所述焊丝，在生产及使用过程中无有毒性烟尘产生，增材成形堆积体组织均匀，具有高强韧的力学性能且横纵向均匀，表面无有毒性的金属氧化物。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于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：4.6-5.3％，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：0.05-0.2％，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，一种适用于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：4.6-5.3％，钛Ti：0.15-0.35％，硼B：0.0005-0.006％，钒V：0.05-0.2％，锆Zr：0.05-0.2％，锡Sn：0.05-0.15％，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，一种适用于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：0.35-0.45％，铜Cu：5.0-5.3％，钛Ti：0.15-0.35％，硼B：0.0005-0.006％，钒V：0.05-0.15％，锆Zr：0.05-0.2％，锡Sn：0.05-0.1％，铁Fe：≤0.15％，硅Si:≤0.06％，镁Mg：≤0.02％，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。

本发明所述的焊丝按照专利<<一种新型实心焊丝的加工制造方法>>(专利号:CN103286481B)所述的制备方法制备而成。

本发明所述的单个杂质元素是指除了所列元素之外的其他的元素。

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，Cu元素是基本强化元素，与Al形成θ相起固溶强化和弥散强化作用。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。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。V可以降低铝铜合金的热裂纹敏感性。Sn作用是在时效时促进强化相的析出与弥散分布，提高铝铜合金的力学性能。金属元素Sn、In和Ag在铝铜合金基体中，与空位的结合能力强，且溶解度小，扩散率高，能够促进铝铜合金的析出强化，且和有毒性的Cd和具有轻微放射性的In不同，Sn没有毒性，满足生产安全的要求。

本发明的有益效果是：本发明所述的铝铜合金焊丝，焊丝晶粒细小，组织均匀，适用于丝材增材制造。在熔炼和丝材增材生产过程中没有有毒性烟尘的产生，元素的烧损率低，在丝材增材制造过程中，堆积体表面无有毒的金属氧化物。增材成形堆积体热处理后，组织晶粒细小，强化相分布均匀，性能稳定，T6热处理后力学性能可以达到：抗拉强度：493MPa，屈服强度：434MPa，延伸率：10.5％，且横纵向均匀。目前该合金是适合丝材增材制造的最优高强韧铝合金材料。

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。

具体实施方法

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。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

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：5.12，钛Ti：0.21，硼B：0.0035，钒V：0.12，锆Zr：0.13，锡Sn：0.1，铁Fe：0.11，硅Si:0.042，镁Mg：0.0025，锌Zn：0.016，余量为铝Al。

本发明所述的焊丝按照专利《一种新型实心焊丝的加工制造方法》(专利号:CN103286481B)所述的制备方法制得，在熔炼和生产过程中没有有毒性烟尘的产生，元素的烧损率低。本实施例制得的铝铜合金焊丝的抗拉强度为305Mpa，延伸率为5％。

本实施例制得的铝铜合金焊丝晶粒细小，组织均匀，如图1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所示。T6热处理后堆积体的微观组织如图3所示,具有高强韧的力学性能，如表1所示，优于现有增材成形铝铜合金的性能，而且横纵向力学性能均匀，此外，在整个堆积过程中，因没有毒性物质因此可以完全实现安全生产。

虽然在本实施例通过特定配比描述和阐明本发明，然而其目的并不在于限制所述细节，本发明可以在专利要求范围内有各种修改和变更，并不偏离发明精神。

表1堆积体力学性能