阅读说明：本技术 一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝 (Aluminum alloy welding wire containing rare earth elements scandium and erbium ) 是由 何柔月 唐鑫 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝,其特点在于在铝镁焊丝中添加重量百分比0-0.4％的Sc和0-0.4％的Er,其余化学成分以重量百分比计算为:Mg:4％-5.5％,Zn:0.8％-1.5％,Zr:1.0％-1.5％,Si:0.013％-0.117％,Fe:0.06％-0.07％,Cu:0.005％-0.007％,Cr:0.002％-0.004％,Ni:0.007％-0.009％,Ti:0.096％-0.113％,Sn:0.04％-0.05％,其他杂质元素单个含量≤0.05％,其他杂质元素总含量≤0.15％,余量为Al。本发明中钪和铒的最佳添加量都为0.2wt％。所述的Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Er焊丝的直径为3mm。采用本发明焊丝进行半自动手动填丝TIG焊接7075-T651铝合金板材,经过90天时效后,焊接系数均达到75％以上,焊接系数最高可达76.18％,焊接接头强度最高可达到419MPa,相比传统的铝镁系5183、5356商用焊丝焊接接头强度349MPa和352MPa,焊接接头有明显的提升效果。(The invention discloses an aluminum alloy welding wire containing rare earth elements of scandium and erbium, which is characterized in that 0-0.4 wt% of Sc and 0-0.4 wt% of Er are added into an aluminum magnesium welding wire, and the rest of the chemical components comprise, by weight, 4-5.5% of Mg, 0.8-1.5% of Zn, 1.0-1.5% of Zr, 0.013-0.117% of Si, 0.06-0.07% of Fe, 0.005-0.007% of Cu, 0.002-0.004% of Cr, 0.007-0.009% of Ni, 0.096-0.113% of Ti, 0.04-0.05% of Sn, less than or equal to 0.05% of other impurity elements, less than or equal to 0.15% of other impurity elements and the balance of Al. The optimum addition amounts of scandium and erbium in the present invention are both 0.2 wt%. The diameter of the Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Er welding wire is 3 mm. After the welding wire is adopted to perform semi-automatic manual wire filling TIG welding on 7075-T651 aluminum alloy plates, after 90 days of aging, the welding coefficients are all over 75 percent, the highest welding coefficient can reach 76.18 percent, the highest welding joint strength can reach 419MPa, and compared with the traditional commercial welding wires of aluminum-magnesium systems 5183 and 5356, the welding joint strength is 349MPa and 352MPa, the welding joint has an obvious improvement effect.)

一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝。

背景技术

随着焊接技术的发展，铝合金的焊接技术已广泛的应用于民用及军工领域，对铝合金的焊接技术也提出了更高的要求。通常要求铝合金焊接的焊缝不需要热处理强化而直接使用，且需要较高的强度。在焊接7075-T651铝合金板材上，通过优化焊接工艺，使焊后焊接接头具有良好的综合力学性能，目前广泛使用的焊丝为铝镁系铝合金焊丝。但现有的铝镁合金焊丝焊后的焊接强度仍与基材相差较大，不能充分发挥基材的综合力学性能。即需要开发无需焊后热处理强化就具有较高的焊后力学性能的焊丝。

发明内容

本发明的目的是为了寻找一种不需要焊后热处理而仍然具有较高的焊后力学性能的焊丝而提供一种含钪和铒的Al-Mg-Zn-Zr合金焊丝，该Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Er铝合金焊丝的成分。Mg元素可以提高焊接接头的综合力学性能，Cr的添加可提高焊缝的耐应力腐蚀性能。Zn元素的提高抗拉强度和自然时效效果一般也是随之增加，合金的应力腐蚀倾向与Zn,Mg含量的总和有关，Zn,Mg含量之和不大于7％，合金具有较好的耐应力腐蚀性能。在焊丝中添加Sc和Er，在焊接7075-T651铝合金经过自然时效后晶内析出η’(MgZn₂)亚稳定强化相，且并不影响二次Al₃(Sc,Zr)，Al₃Er等粒子的弥散分布，从而提高焊接接头的强度。解决了采用商用5183和5356铝合金焊丝焊接7075-T651铝合金焊接接头强度偏低的难题。

从上述的目的出发，我们经过大量的试验，终于用在Al-Mg-Zn-Zr合金中添加微量的稀土元素Sc和Er的方法找到了一种焊接7075-T651铝合金不需要焊后热处理而仍然具有较高的焊后力学性能的铝镁系铝合金焊丝，从而达到预期的目的。

本发明的含钪和铒Al-Mg-Zn-Zr铝合金焊丝，其化学成分按重量百分比包含：Mg:4％-5.5％,Zn:0.8％-1.5％,Zr:1.0％-1.5％,Si:0.013％-0.117％,Fe:0.06％-0.07％,Cu:0.005％-0.007％,Cr:0.002％-0.004％,Ni:0.007％-0.009％,Ti:0.096％-0.113％,Sn:0.04％-0.05％,其他杂质元素单个含量≤0.05％，其他杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

本发明添加Sc和Er的铝镁系铝合金焊丝，其成分中Sc元素的加入量以重量百分比为：0-0.4％。

本发明添加Sc和Er的铝镁系铝合金焊丝，其成分中Er元素的加入量以重量百分比为：0-0.4％。

本发明添加Sc和Er的铝镁系铝合金焊丝，其成分中Sc和Er元素的加入量重量百分比和为：0-0.4％。

本发明所述的Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Er铝合金焊丝的直径为3mm。

本发明的创新点在于在传统的铝镁系铝合金中添加稀土元素Sc和Er，在焊缝中形成了铝合金的微合金化，经过自然时效后晶内析出η’(MgZn₂)亚稳定强化相，且并不影响二次Al₃(Sc,Zr)，Al₃Er等粒子的弥散分布，从而提高焊接接头的强度。在传统的铝镁焊丝中添加少量的Zn元素使焊缝在自然时效过程中析出η’(MgZn₂)亚稳定强化相。经过大量的实验，将它同商用的铝镁焊丝如：5183和5356焊丝进行对比，其拉伸性能如表1所示：

表1焊缝拉伸性能表

附图说明

图1为本发明实施案例2所制得的直径为3mm的Al-5Mg-1Zn-0.2Sc-0.2Er-0.15Zr焊丝宏观形貌。

图2为本发明未添加Sc、Zr和Er元素的Al-5Mg-1Zn焊丝焊接7075-T651铝合金焊接接头焊缝区的金相图像。

图3为本发明实施案例2焊丝焊接7075-T651铝合金焊接接头焊缝区的金相图像。

图4为本发明实施案例2焊丝焊接7075-T651铝合金焊接接头应力应变曲线。

具体实施方式

下面以具体实施的方式说明本发明，但是本发明绝不仅限于下列实施例。

实施例1

本发明实施例中，一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝，其化学成分以重量百分比计算为:Mg:5％,Zn:1％,Zr:1.5％,Sc:0.3％,Er:0.1％,Si:0.013％-0.117％,Fe:0.06％-0.07％,Cu:0.005％-0.007％,Cr:0.002％-0.004％,Ni:0.007％-0.009％,Ti:0.096％-0.113％,Sn:0.04％-0.05％,其他杂质元素单个含量≤0.05％，其他杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

实施例2

本发明实施例中，一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝，其化学成分以重量百分比计算为:Mg:5％,Zn:1％,Zr:1.5％,Sc:0.2％,Er:0.2％,Si:0.013％-0.117％,Fe:0.06％-0.07％,Cu:0.005％-0.007％,Cr:0.002％-0.004％,Ni:0.007％-0.009％,Ti:0.096％-0.113％,Sn:0.04％-0.05％,其他杂质元素单个含量≤0.05％，其他杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

实施例3

本发明实施例中，一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝，其化学成分以重量百分比计算为:Mg:5％,Zn:1％,Zr:1.5％,Sc:0.1％,Er:0.3％,Si:0.013％-0.117％,Fe:0.06％-0.07％,Cu:0.005％-0.007％,Cr:0.002％-0.004％,Ni:0.007％-0.009％,Ti:0.096％-0.113％,Sn:0.04％-0.05％,其他杂质元素单个含量≤0.05％，其他杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

实施例4

本发明实施例中，一种含稀土元素钪和铒的铝合金焊丝，其化学成分以重量百分比计算为:Mg:5％,Zn:0.8％,Zr:1.5％,Sc:0.1％,Er:0.3％,Si:0.013％-0.117％,Fe:0.06％-0.07％,Cu:0.005％-0.007％,Cr:0.002％-0.004％,Ni:0.007％-0.009％,Ti:0.096％-0.113％,Sn:0.04％-0.05％,其他杂质元素单个含量≤0.05％，其他杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。