新型耐磨铝合金焊丝材料研制

论文摘要

本文针对Al-Mg-Si系铝合金在焊接后存在着接头严重软化的问题,开发了一种新型焊丝,通过对比新型焊丝与传统焊丝焊接的接头在焊态及焊后热处理之后的组织性能和力学性能,确定新型焊丝是否有利于提高接头强度。本文开发的新型焊丝是在传统的4043铝合金焊丝中添加微量的Mg元素,将这种新型焊丝命名为4143铝合金焊丝。采用立式半连续铸造—挤压—拉拔—表面处理的方法将4043与4143合金生产成焊丝。采用手工交流氩弧焊焊接6061铝合金,对比不同焊丝焊态与热处理态的组织性能与力学性能。结果表明,向4043铝合金中添加微量的Mg元素,可以显著提高合金铸态的强度,并且可以通过固溶时效的方法使合金强化。调整4143焊丝中的Mg元素的含量,当4143焊丝中Mg含量达到0.25%时,既能保持焊丝的液态流动性,又能提高接头的力学性能。对比4043与4143焊丝焊后的组织性能,结果发现,使用4143焊丝的焊接接头熔合区的柱状晶生长区域变窄,方向性减弱。经XRD检测发现,使用4143焊丝的接头有更多的Mg2Si相析出。检验两种焊丝焊后的力学性能,结果表明,使用两种焊丝的接头硬度分布趋势相同,使用4143焊丝接头焊缝区的硬度略高于使用4043焊丝的接头,抗拉强度提高了10%,屈服强度提高了12%,而延伸率保持不变。分别向4043与4143焊丝中添加0.15%Zr、0.3%Sc、0.15%Zr+0.3%Sc,经组织分析发现,焊丝中单独添加0.15%Zr的焊缝的柱状晶生长区域最窄,接头组织过渡平缓,经力学性能检验发现,单独添加0.15%Zr的接头具有最好的力学性能,单独添加0.3%Sc的接头具有最好抗弯塑性。对焊接接头进行固溶时效处理,结果表明,经530℃/2h+170℃/6h之后,接头的强度和硬度有一定程度的恢复与提高,热影响区的软化区消失,焊缝区的硬度超过母材。使用4143焊丝的接头热处理之后,抗拉强度提高了52%,屈服强度提高了101%；使用4043焊丝的接头热处理之后,抗拉强度提高了59%,屈服强度提高112%,使用4143焊丝的接头热处理之后的强度依然高于使用4043焊丝的接头。使用添加微量Zr和Sc的焊丝的接头,在热处理之后强度提高十分显著,抗拉强度达到300MPa,提高幅度约67%,屈服强度达到250MPa左右,提高约130%。分别检验4043与4143堆焊层的耐磨性,结果表面,4143堆焊层的硬度大于4043堆焊层,摩擦系数小于4043堆焊层,磨损量与磨损率小于4043堆焊层,综合耐磨性优于4043焊丝。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金的应用现状与前景
• 1.2 铝合金焊接技术的发展与现状
• 1.2.1 铝及其合金在焊接中存在的问题
• 1.2.2 铝合金焊接技术的发展简介
• 1.2.3 铝合金的惰性气体保护焊
• 1.3 铝合金焊丝的发展与生产工艺
• 1.3.1 铝合金焊丝的发展
• 1.3.2 铝合金焊丝的生产过程
• 1.3.3 铝合金焊丝的表面处理
• 1.3.4 铝合金焊丝的化学成分
• 1.3.5 铝合金焊丝中微量元素的作用
• 1.4 铝合金焊接接头的热处理
• 1.4.1 铝合金焊接接头的软化
• 1.4.2 铝合金焊接接头软化的改善措施
• 1.5 堆焊技术的发展与现状
• 1.5.1 我国堆焊技术的发展与现状
• 1.5.2 堆焊层耐磨性的影响因素
• 1.6 本论文研究的主要内容和目的
• 第2章 实验方法与设备
• 2.1 实验工艺流程
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 焊丝的生产设备
• 2.2.2 热处理设备
• 2.3 检测与分析方法
• 2.3.1 显微组织分析
• 2.3.2 力学性能检测
• 第3章 焊丝的生产
• 3.1 立式半连续铸造
• 3.1.1 铸态组织分析
• 3.1.2 铸态拉伸实验
• 3.1.3 4143的固溶时效实验
• 3.2 挤压
• 3.2.1 均匀化
• 3.2.2 挤压
• 3.3. 焊丝的拉拔
• 3.3.1 焊丝的拉拔工艺
• 3.3.2 中间退火
• 3.4 焊丝表面处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 焊后性能检验
• 4.1 焊接工艺
• 4.2 4043铝合金焊丝焊后组织及力学性能检验
• 4.2.1 焊后宏观组织性能检验
• 4.2.2 焊后微观组织性能
• 4.2.3 焊后力学性能检验
• 4.3 4143铝合金焊丝中Mg含量的确定
• 4.4 4043与4143铝合金焊丝性能对比
• 4.4.1 组织性能的对比
• 4.4.2 力学性能的对比
• 4.5 4043与4143铝合金焊丝微合金化的性能
• 4.5.1 微合金化后的组织性能
• 4.5.2 微合金化后的力学性能
• 4.6 本章小结
• 第5章 焊后热处理及性能检验
• 5.1 热处理制度的确定
• 5.1.1 时效时间的确定
• 5.1.2 固溶时间的确定
• 5.2 焊后热处理后组织变化
• 5.3 焊后热处理后力学性能的变化
• 5.3.1 焊后热处理后硬度的变化
• 5.3.2 焊后热处理后强度的变化
• 5.4 本章小结
• 第6章 堆焊层耐磨性检验
• 6.1 堆焊层硬度的对比
• 6.2 耐磨性实验
• 6.2.1 堆焊金属的摩擦系数对比
• 6.2.2 磨损量对比
• 6.2.3 磨损率对比
• 6.3 本章小结
• 第7章 全文结论
• 参考文献
• 致谢