一种Al-Mg-In系焊丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Al-Mg-In系焊丝及其制备方法。焊丝其组成成分的重量百分数为Mg：4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti：0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％、Na≤0.0015％，余量为Al。制备方法如下：将铝锭、镁锭、铟锭、铈锭、Al-10Mn中间合金按配比在中频感应电阻炉中熔化，用Al-5Ti-B做细化剂，浇铸成铸锭；铸锭均匀退火化后切头铣面，热挤压成杆状坯料；杆状坯料经拉拔机进行拔丝，再经表面处理后盘成卷即得本发明专利技术Al-Mg-In系焊丝。本发明专利技术具有如下优点：工艺稳定易于实现，焊丝铺展性和润湿性良好，热裂敏感性小；焊丝组织细化，成型性能优良；与母材相比，焊接接头有高的强度和韧性匹配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料制备
具体是一种Al-Mg-In系焊丝及其制备方法。
技术介绍
目前，轻轨列车、地铁列车及高速列车车厢均是以铝合金型材作为骨架的焊接构件，焊接可减少40％的车辆制造工作量，车辆的运行性能和运行速度、运载能力和效率取决于焊接材料性能的好坏。但是，国内车辆制造需要的铝合金焊丝主要依赖进口，其中，美国铝业公司(ALCOA)生产的焊丝4043、5082和5356占90％以上。我国城际轻轨和高铁行业的高速发展，使Al-Mg系合金焊丝需求量剧增，国内铝镁合金焊丝的市场潜力巨大。如果能研制成功一种新型焊丝替代进口焊丝，其市场价值和利润均非常可观。美国铝业公司(ALCOA)生产的焊丝4043、5082和5356，其焊丝通用性最好的是ER5356，该合金用途广泛的主要原因在于它具有强度适中、高抗热裂性能与高耐腐蚀性能。但是，ER5356铝镁合金焊丝在焊接过程中Mg和Zn等元素挥发氧化烧损严重而使接头强度明显低于母材强度，已不能满足中高强铝合金焊接接头高强度的要求，尤其是对于厚板焊接和焊接以后不能进行热处理的大型部件。焊缝强度可通过提高合金中的Mg含量而得以提高，同时延展性的损失也不大。然而，提高Al-Mg系合金焊丝中的Mg含量会引起耐蚀性的急剧降低。此外，随着中高强度铝合金性能的不断改善和连接部件可靠性要求的提高，传统的Al-Mg系合金焊丝如ER5356已不能满足中高强度铝合金焊接接<br>头的强度要求，迫切需要抗热裂和抗应力腐蚀性能更佳的高强度铝合金焊丝，以满足更多工程部件的连接强度与可靠性需要。近年来许多学者对In在铝及铝合金的作用进行了研究。In的表面能较小，在铝合金焊料中加入In可以使其表面能降低，有利于焊料的流动，避免应力集中和裂缝，改善合金的焊接性能；In的熔融热较小(28.6J/g)，可以减小焊接过程的热裂敏感性；然而，若加入In过量，将会造成在提高合金微细化强度和蠕变特性的同时，焊料表面易形成坚固的氧化膜，使润湿性大大降低。In还能提高铝合金的耐蚀性。将In加入Al-Cu-Mg中能明显提高合金的抗拉强度和屈服强度。将In加入到Al-Mg-Si合金中，漫流面积与In含量呈正相关关系。Al-Mg系合金中晶界游离的Na引起合金中严重的高温脆性，晶界中的In会与杂质Na反应生成类似In8Na5化合物，降低晶界脆性，提高材料的强度。微量In的添加使Al-Cu-Li合金的屈服强度增加25％，到达时效峰值的时间缩短25％，时效24h后的强度值提高70％。由于In与Al形成溶混间隙，In在Al中的固溶度很小，溶质分配系数K0<1，凝固过程中发生溶质再分配，出现成分过冷，使α(Al)较易形核，而且凝固时In在结晶前沿造成极大的溶质富集，促使枝晶形成缩颈，这样就有利于枝晶熔断、游离，使晶核增殖，从而使α(Al)相细化；另一方面，Mg能固溶到In与Al形成的溶混间隙中，生成富In且富Mg相(HCP结构，熔点为285℃)，可在大大提高Mg的固溶强化作用及减少焊接过程中Mg氧化烧损的同时，保证焊接过程中良好的润湿性和铺展性。但是人们目前还没有开发出将In作为主要添加元素的Al-Mg-In系焊丝。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Al-Mg-In系焊丝及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：1.一种Al-Mg-In系焊丝，其组成成分的重量百分数为Mg：4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti：0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％、Na≤0.0015％，余量为Al。2.一种Al-Mg-In系焊丝的制备方法，操作步骤如下：(1)原材料配制：基体元素Al以纯度为99.7％的形式加入；合金元素的加入方式为：Mg和Ce以纯度为99.9％的形式加入，In以纯度为99.99％的形式加入，Ti以Al-5Ti-B的形式加入，Mn以Al-10Mn中间合金的形式加入；按质量百分数为Mg：4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％、Na≤0.0015％，余量为Al配制。(2)合金熔炼：采用中频感应电阻炉熔炼，将铝锭和Al-10Mn中间合金一次入炉熔炼，熔炼温度为720～760℃，熔体软塌后加覆盖剂保护，所述覆盖剂配方按重量百分数为CaF212％，MgCl271％，MgF217％(或CaCl217％)，保温30min，搅拌熔体，使熔体内部温度和成分均匀；760℃时加入Ce；700℃加入Mg和650℃～700℃加入In；升温到760℃后用CCl6精炼，降温到720℃后熔体静置20min再扒渣，加入铝钛硼中间合金，扒渣后浇铸成铸锭合金。(3)均匀化退火：将步骤(2)得到的铸锭合金，进行均匀化退火，退火温度为450～480℃，保温时间为12～20小时。(4)热挤压：将步骤(3)得到退火后的铝合金铸锭切头铣面后进行热挤压，挤压温度为380～450℃，挤压比为15～80，得到杆材毛料，挤压后坯料尺寸为φ10mm。(5)拉拔：将步骤(4)得到的φ10mm杆材毛料进行多次拉拔到规格尺寸的成品焊丝，拉拔配模为φ10mm坯料→φ8.0mm→φ5.5mm→φ3.0mm→φ1.6mm的成品焊丝；在拉拔过程中可进行多道次退火，退火温度为370～420℃，保温时间1.0～6.0小时。然后经精刮、抛光、清洗、烘干、精绕上盘，得到高性能Al-Mg-In系焊丝。上述步骤(2)中熔体中不能加含Na元素的溶剂，避免铝合金发生Na脆。本专利技术焊丝中加入合适的Mg、In、Ce、Mn和Ti等合金元素，其具体作用为：Mg是Al-Mg系合金中主要的强化元素，镁从1.0wt.％增至6.0wt.％时，强度提高最明显。成分范围内，焊接接头强度与Mg含量呈正相关关系，通常高含量的Mg通过固溶强化使焊接接头的强度提高。Mg含量太低不能使焊缝达到需要的强度，而Mg加入量超过6.5wt.％，制造焊丝时会非常困难，且生成的Al8Mg5相会造成焊接接头的晶间腐蚀和应力腐蚀加剧。为兼顾可制造性和强度，优选Mg含量为4.0wt.％～6.5wt.％。In：In的表面能较小，在铝合金焊料中加入In可以使其表面能降低，有利于焊料的流动，改善合金的焊接性能，减小焊后产生裂纹的倾向。若加入In过量，将会造成在提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al‑Mg‑In系焊丝，其特征在于，其组成成分的重量百分数为Mg：4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti：0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和Na≤0.0015％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Mg-In系焊丝，其特征在于，其组成成分的重量百分数为Mg：
4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti：
0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和Na≤0.0015％，余量为Al。
2.如权利要求1所述一种Al-Mg-In系焊丝的制备方法，其特征在于，操
作步骤如下：
(1)原材料配制：
基体元素Al以纯度为99.7％的形式加入；合金元素的加入方式为：Mg和
Ce以纯度为99.9％的形式加入，In以纯度为99.99％的形式加入，Ti以Al-5Ti-B
的形式加入，Mn以Al-10Mn中间合金的形式加入；按质量百分数为Mg：4.0％～
6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti0.05％～
0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％、Na≤0.0015％，余量为Al配制；
(2)合金熔炼：
采用中频感应电阻炉熔炼，将铝锭和Al-10Mn中间合金一次入炉熔炼，熔
炼温度为720～760℃，熔体软塌后加覆盖剂保护，所述覆盖剂配方按重量百
分数为CaF212％，MgCl271％，MgF217％或CaCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵艳君，马本莉，胡治流，蒋长标，李逸泰，潘利文，曾建民，苏玲，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45