一种铝硅合金焊丝及其制备方法、应用与流程

1.本发明涉及铝合金材料的技术领域，尤其是涉及一种铝硅合金焊丝及其制备方法、应用。


背景技术：

2.高强度al-si-cu铝合金焊丝由于硅含量高，熔体流动性好、凝固区间小，焊缝不容易出现热裂纹等缺陷，焊接质量好焊缝剪切强度高，因而广泛应用于航空航天结构件、燃料贮箱等的焊接。但是由于高强度al-si-cu合金中存在大量共晶组织和游离硅，导致合金的强度高、塑性差，在加工时容易断裂，采用常规的方法难以成形，因此亟需研发一种新的铝硅合金焊丝的制备方法。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种铝硅合金焊丝的制备方法，以改善现有技术中高强度的铝硅合金塑变性能差的问题。
4.本技术的另一目的在于提供一种铝硅合金焊丝。
5.本技术的再一目的在于提供铝硅合金焊丝的应用。
6.第一方面，本技术提供的一种铝硅合金焊丝的制备方法，包括：
7.提供铝硅合金铸杆；
8.对所述铝硅合金铸杆进行第一拉拔处理，得到焊丝线坯；
9.对所述焊丝线坯在350～400℃进行退火处理1～3h；
10.对所述退火处理后的所述焊丝线坯进行第二拉拔处理，得到铝硅合金焊丝。
11.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述第一拉拔处理的道次加工率为7～12％；所述焊丝线坯的直径为4～5mm；和/或
12.所述第二拉拔处理的道次加工率为12～15％；所述铝硅合金焊丝的直径为1.6～2.0mm。
13.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述铝硅合金铸杆中晶粒的尺寸不大于50μm。
14.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述铝硅合金铸杆包括以下以质量分数计的组分：si 8-9％，cu 2.5-3.5％，mn 0.1-0.2％，cr 0.1-0.2％，zr 0.1-0.3％，ti 0.05-0.2％，fe≤0.15％，sr 0.1-0.3％，ce 0.01-0.05％，la 0.01-0.05％，其余为al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个≤0.05％，总计≤0.15％。
15.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述铝硅合金铸杆的制备包括以下步骤：
16.提供铝熔体；所述铝熔体经过精炼工艺得到；
17.对所述铝熔体在18～22khz进行超声细化处理。
18.进一步地，在本技术的一些实施例中，在所述超声细化处理之后、在所述第一拉拔处理之前，还包括：利用水平引铸工艺进行铝硅合金铸杆铸造；
19.所述铝硅合金铸杆铸造包括：
20.利用所述超声后的铝熔体在720～730℃温度、拉杆速度为700～1000mm/min铸造，冷却，得到铝硅合金铸杆。
21.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述铝硅合金铸杆的直径为7～9mm。
22.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述精炼工艺包括：
23.提供铝液；
24.向所述铝液中加入晶粒细化剂，在线精炼，得到铝熔体；
25.其中，所述晶粒细化剂为al-5ti-0.25c-8sr；所述晶粒细化剂的添加量为1.0～4.0％。
26.进一步地，在本技术的一些实施例中，所述铝液的制备包括以下步骤：
27.根据所述铝硅合金焊丝的元素组分提供原料，熔融、扒渣，得到熔体；
28.在740～750℃下精炼所述熔体3～5min，扒渣，静置30～40min，得到所述铝液。
29.第二方面，本技术还提供一种铝硅合金焊丝，包括以下以质量分数计的组分：si 8-9％，cu 2.5-3.5％，mn 0.1-0.2％，cr 0.1-0.2％，zr 0.1-0.3％，ti 0.05-0.2％，fe≤0.15％，sr 0.1-0.3％，ce 0.01-0.05％，la 0.01-0.05％，其余为al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个≤0.05％，总计≤0.15％；
30.所述铝硅合金焊丝通过铝硅合金铸杆制备而成；所述铝硅合金铸杆中晶粒的尺寸不大于50μm。
31.第三方面，本技术还提供第一方面所述的铝硅合金焊丝的制备方法制备得到的铝硅合金焊丝或第二方面所述的铝硅合金焊丝在军工或航空航天领域中的应用。
32.本发明的有益效果为：
33.(1)提供了一种高强度铝硅合金焊丝产品，焊接时具有熔体流动性好、凝固区间小，焊缝不容易出现热裂纹、剪切强度高等优点。
34.(2)提供了一种短流程焊丝生产工艺，能耗低成材率高，克服了连铸连轧及半连续铸造—挤压工艺存在的变形量过大及工序复杂成材率低的缺陷，可以获得具有良好冶金质量和表面质量的杆坯；
35.(3)通过多种手段联合调控合金晶粒组织和冶金质量，改善杆坯的塑韧性，为焊丝拉拔加工提供良好条件。
具体实施方式
36.下面将结合实施例对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本技术的描述中，需要理解的是，“多种”的含义是两种或两种以上，除非另有明
确具体的限定。
39.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
40.本技术提供的一种铝硅合金焊丝的制备方法，包括：
41.提供铝硅合金铸杆；
42.对铝硅合金铸杆进行第一拉拔处理，得到焊丝线坯；
43.对焊丝线坯在350～400℃进行退火处理1～3h；
44.对退火处理后的焊丝线坯进行第二拉拔处理，得到铝硅合金焊丝。
45.在本技术中，铝硅合金焊丝采用铝硅合金铸杆两段拉拔处理工艺得到，并在两段拉拔处理工艺中对经过第一拉拔处理工艺得到的焊丝线坯进行退火处理，消除加工硬化效应，改善焊丝线坯在加工过程中的塑性，降低焊丝线坯在拉拔过程中断裂，提高成品率；同时还可以改善得到的铝硅合金焊丝的塑性。
46.在一些实施例中，铝硅合金铸杆包括以下以质量分数计的组分：si 8-9％，cu 2.5-3.5％，mn 0.1-0.2％，cr 0.1-0.2％，zr 0.1-0.3％，ti 0.05-0.2％，fe≤0.15％，sr 0.1-0.3％，ce 0.01-0.05％，la 0.01-0.05％，其余为al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个≤0.05％，总计≤0.15％。
47.需要说明的是，不可避免的杂质元素为制备铝硅合金铸杆时所采用的原料中不可避免存在的杂质元素和/或在铝合金杆制备过程中不可避免进入铝合金杆中的元素，如氢、氧、氮、锰、锌。
48.此外，本技术所采用的铝硅合金铸杆的成分中还添加有sr、zr基稀土元素la、ce，用于细化铝硅合金铸杆的晶粒，使铝硅合金铸杆中析出的游离硅以细小弥散的块状相均匀分布在基体中，大幅改善杆坯的塑韧性，为后续焊丝拉拔加工提供良好条件，提高铝硅合金焊丝的成品率和塑性。
49.在一些实施例中，第一拉拔处理的道次加工率为7～12％；焊丝线坯的直径为4～5mm；和/或
50.第二拉拔处理的道次加工率为12～15％；铝硅合金焊丝的直径为1.6～2.0mm。
51.在一些实施例中，第二拉拔处理中焊丝线坯经过8次连续拉拔处理得到铝硅合金焊丝。
52.在一些实施例中，铝硅合金铸杆中晶粒的尺寸不大于50μm，使铝硅合金铸杆中晶粒为细小颗粒相，游离硅也以细小弥散的颗粒相分散，提高铝硅合金铸杆的抗拉强度，以便于铝硅合金铸杆的后续拉拔工艺，提高铝硅合金焊丝的成品率；同时，铝硅合金铸杆中的晶粒尺寸不大于50μm还可以提高铝硅合金铸杆的强度性能，进而提高铝硅合金焊丝的强度，优化铝硅合金焊丝的强度性能。
53.在一些实施例中，铝硅合金铸杆的制备包括以下步骤：
54.提供铝熔体；铝熔体经过精炼工艺得到；
55.对铝熔体在18～22khz进行超声细化处理。铝熔体通过超声波的声空化作用形成局部过冷，析出细小al3zr和al4ce颗粒，作为凝固核心细化晶粒，优化铝硅合金铸杆中析出的晶粒的质量，控制铝硅合金铸杆析出的晶粒的尺寸不大于50μm。
56.在一些实施例中，超声细化处理中超声波的功率为1～2kw。
57.在一些实施例中，在超声细化处理之后、在第一拉拔处理之前，还包括：利用水平引铸工艺进行铝硅合金铸杆铸造；
58.铝硅合金铸杆铸造包括：
59.利用超声后的铝熔体在720～730℃温度、拉杆速度为700～1000mm/min铸造，冷却，得到铝硅合金铸杆。
60.水平引铸工艺制备，能耗低成材率高，可以克服现有的连铸连轧及半连续铸造-挤压工艺存在的变形量过大及工序复杂成材率低的缺陷，使获得铝硅合金铸杆具有良好冶金质量和表面质量。
61.在一些实施例中，冷却包括：
62.利用15～30℃冷却水直接喷洒铸杆，使其铸杆表面冷却。
63.在一些实施例中，铝硅合金铸杆的直径为7～9mm。
64.在一些实施例中，精炼工艺包括：
65.提供铝液；
66.向铝液中加入晶粒细化剂，在线精炼，得到铝熔体；
67.其中，晶粒细化剂为al-5ti-0.25c-8sr；晶粒细化剂的添加量为1.0～4.0％。
68.该细化剂即可通过在tic颗粒上形成al3ti薄膜作为结晶核心细化晶粒，还可以形成高熔点相的sral2si2，在凝固时对共晶硅产生变质作用，使其由粗大板条状转变为细小的块状或点状分布。
69.在一些实施例中，铝液的制备包括以下步骤：
70.根据铝硅合金焊丝的元素组分提供原料，熔融、扒渣，得到熔体；
71.在740～750℃下精炼熔体3～5min，扒渣，静置30～40min，得到铝液。
72.在一些实施例中，铝硅合金焊丝在经过第二拉拔处理之后还包括剥皮工艺、清洗、干燥。
73.第二方面，本技术还提供一种铝硅合金焊丝，包括以下以质量分数计的组分：si 8-9％，cu 2.5-3.5％，mn 0.1-0.2％，cr 0.1-0.2％，zr 0.1-0.3％，ti 0.05-0.2％，fe≤0.15％，sr 0.1-0.3％，ce 0.01-0.05％，la 0.01-0.05％，其余为al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个≤0.05％，总计≤0.15％；
74.铝硅合金焊丝通过铝硅合金铸杆制备而成；铝硅合金铸杆中晶粒的尺寸不大于50μm。
75.在一些实施例中，ti、sr以晶粒细化剂的形式添加，ce、la以铝稀土中间合金的形式加入。
76.在一些实施例中，在线精炼包括：浇铸开始后在流槽中对熔体进行在线除气，得到铝液。
77.第三方面，本技术还提供第一方面所述的铝硅合金焊丝的制备方法制备得到的铝硅合金焊丝或第二方面所述的铝硅合金焊丝在军工或航空航天领域中的应用。
78.为使本技术上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员所理解，以及本技术实施例所提供的一种铝硅合金焊丝及其制备方法、应用的进步性能显著体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
79.实施例1
80.本实施例提供一种铝硅合金焊丝的制备方法，该铝硅合金焊丝的组分以质量分数计包括：si 8.8％，cu 3.1％，mn 0.12％，cr 0.15％，zr 0.14％，ti 0.11％，fe0.14％，sr0.15％，ce 0.03％，la 0.03％，其余为al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个≤0.05％，总计≤0.15％。
81.其具体制备方法包括：
82.步骤一：向熔炼炉中加入定量铝锭、速溶硅、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝锆合金、铝稀土合金加热熔化，将熔化后的铝液搅拌并扒渣。
83.步骤二：将铝液温度调整至740℃。利用氩气进行炉内精炼，精炼时间为5分钟，随后将铝熔体表面浮渣彻底扒净，静置40分钟。
84.步骤三：浇铸开始后在流槽中在线添加al-5ti-0.25c-8sr晶粒细化剂，细化剂的添加量为2.0％。
85.步骤四：对流经流槽的铝熔体进行在线除气过滤，进一步去除熔体中的氢和氧化物夹杂，提高熔体纯净度。
86.步骤五：对精炼后的铝熔体进行超声细化处理，超声波功率为1.5kw、频率20khz，经超声细化处理后的铝熔体随即进入铸杆装置。
87.步骤六：采用多模并联的水平引铸装置制备直径9mm焊丝杆坯，铸造温度720℃、拉杆速度700mm/min，用20℃冷却水直接喷在拉出的杆坯表面进行冷却。
88.步骤七：采用6模拉丝机对连铸杆进行连续拉拔，道次加工率分别为9mm—8.1mm—7.2mm—6.4mm—5.8mm—5.2mm—4.8mm，将杆坯拉制到直径4.8mm。
89.步骤八：对焊丝线坯进行退火处理，退火温度为390℃，保温时间为2h。
90.步骤九：对退火焊丝进行连续拉拔，道次加工率分别为4.8mm—4.2mm—3.7mm—3.2mm—2.8mm—2.5mm—2.3mm—2.0mm，拉制成直径2.0mm铝合金焊丝。
91.步骤十：对拉制的铝合金焊丝进行剥皮，在线清洗后用热风吹干收线。
92.实施例2
93.本实施例提供一种铝硅合金焊丝的制备方法，该铝硅合金焊丝的组分以质量分数计包括：si 8.3％，cu 2.8％，mn 0.15％，cr 0.13％，zr 0.17％，ti 0.15％，fe0.15％，sr0.24％，ce 0.02％，la 0.02％，其余为al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个≤0.05％，总计≤0.15％。
94.其具体制备方法包括：
95.步骤一：向熔炼炉中加入定量铝锭、速溶硅、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝锆合金、铝稀土合金加热熔化，将熔化后的铝液搅拌并扒渣。
96.步骤二：将铝液温度调整至740℃。利用氩气进行炉内精炼，精炼时间为5分钟，随后将铝熔体表面浮渣彻底扒净，静置40分钟。
97.步骤三：浇铸开始后在流槽中在线添加al-5ti-0.25c-8sr晶粒细化剂，细化剂的添加量为3.0％。
98.步骤四：对流经流槽的铝熔体进行在线除气过滤，进一步去除熔体中的氢和氧化物夹杂，提高熔体纯净度。
99.步骤五：对精炼后的铝熔体进行超声细化处理，超声波功率为1.5kw、频率20khz，经超声细化处理后的铝熔体随即进入铸杆装置。
100.步骤六：采用多模并联的水平引铸装置制备直径7mm焊丝杆坯，铸造温度720℃、拉杆速度700mm/min，用20℃冷却水直接喷在拉出的杆坯表面进行冷却。
101.步骤七：采用6模拉丝机对连铸杆进行连续拉拔，道次加工率分别为7mm—7.3mm—6.5mm—5.9mm—5.4mm—4.9mm—4.5mm，将杆坯拉制到直径4.2mm。
102.步骤八：对焊丝线坯进行退火处理，退火温度为400℃，保温时间为1.5h。
103.步骤九：对退火焊丝进行连续拉拔，道次加工率分别为4.5mm—4.0mm—3.5mm—3.1mm—2.7mm—2.4mm—2.1mm—1.8mm—1.6mm，拉制成直径1.6mm铝合金焊丝。
104.步骤十：对拉制的铝合金焊丝进行剥皮，在线清洗后用热风吹干收线。
105.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。