铝合金焊丝的拉伸变形及回复再结晶探究.pdf

冶金与材料第 44 卷铝合金焊丝的拉伸变形及回复再结晶探究魏丽艳（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃 嘉峪关735100）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要：文章针对某焊接公司所提供的 ER1100 及 ER4043 铝合金焊丝做了拉伸变形及金相分析，主要研究了铝合金焊丝的冷变形及微量元素 Si 的加入对该焊丝材料的组织和性能的影响。研究结果显示冷变形对 ER1100及 ER4043 焊丝材料的力学性能有强化作用，而且还可对该焊丝材料起到细化晶粒的作用。另外，硅的加入使铝合金焊丝材料的组织性能发生了很大变化，主要表现为焊丝材料的晶粒细小化，以及焊丝材料的抗腐蚀性增强。关键词：铝合金；焊丝；冷变形；细化晶粒作者简介：魏丽艳（1986），女，甘肃会宁人，主要研究方向：金属材料工程。铝金属是日常生活中应用最为广泛的一种轻金属，呈银白色的金属光泽，密度 2.7g/cm3，熔点 660，沸点 2467，在 20时的导电率为（3637）伊10-4S/m，是一种两性化合物，能跟酸碱溶液发生化学反应。在大部分工业领域，铝的应用量非常大，主要原因是铝在空气中的化学性质比较稳定。随着经济的快速发展，人们对物体外观的要求也越来越高，而经过表面处理后的铝刚好满足了人们的这些需求。铝的导电性能非常好，因此作为电气材料在电气行业中也被广泛应用，例如，通信电缆。铝具有良好的延展性，也是食品行业包装材料的首选。铝的化学性质比较活跃，因此在冶金行业中常被用作还原剂和氧化剂。随着航空、造船、机械制造工业等的快速发展，铝金属材料已被广泛应用咱1暂。但是，铝金属已经满足不了国民经济发展对铝金属材料所要求的一些力学性能，如材料所需要的高抗拉强度和屈服强度、大的弹性模量、良好的焊接性和疲劳强度等咱2暂。由此出现了在金属纯铝中加入一些合金元素，例如加入硅、铜、锰、镁、铬、锌、钛等，制成适合现代生产行业所需要的铝合金材料。比如，制造运载火箭时就需要铝合金这种结构材料咱3暂。铝和氧的亲和力比较大，因此在铝合金表面总覆盖着一层难溶解的氧化铝薄膜。氧化铝熔点为 2050，超过铝合金的熔点，在焊接过程中容易造成焊接缺陷，所以在焊接时必须除去表面的氧化膜，这是铝及铝合金焊接的重要特点。随着铝合金使用量的日增，铝及铝合金焊丝的用量也大幅度提升，最常用的铝及铝合金焊丝有 ER1000 和 ER4043 两种。ER1000 是纯铝焊丝，ER4043 是合金焊丝，其中合金元素硅的含量占整个成分的 5%，熔点 573625，流动性好，抗热裂能力强，但延展性不足。由于含硅量较高，用于高镁合金的焊接时容易产生焊接缺陷。因此，铝合金焊丝 ER4043 常用于6000 系列、3000 系列和 2000 系列铝合金及铸铝的焊接，广泛用于食品等行业咱4暂。硅是一种较好的合金剂，适量的硅能提高焊缝的强度、弹性及抗酸性能。同时硅也是一种较好的脱氧剂，比锰的脱氧能力还强，与氧形成二氧化硅。但会提高熔渣的黏度，促使非金属夹杂物形成，且过多的硅会降低塑性和韧性，还会增加焊接熔化金属的飞溅。因此，焊丝中的硅含量不是越多越好。焊接技术在近年来发展很快，铝及铝合金焊接结构已广泛应用于各个领域，如各种化工容器、磁悬浮列车、飞机、火箭等咱5暂。1实验过程将由某焊接公司提供的 ER1100 及 ER4043 铝合金焊丝，各做四个拉伸试样，采用万能拉伸试验机分别拉伸试样，根据拉伸结果分析其力学性能。对 ER1100 及ER4043 铝合金焊丝进行取样、镶嵌试样、磨制、抛光、腐蚀，在金相显微镜下，进行试样拉断前后的金相组织观察及分析咱7暂。2实验结果与讨论2.1合金成分ER1100 及 ER4043 铝合金焊丝其合金成分数据如表 1。由表 1 数据分析可知，ER4043 为铝合金焊丝，ER1100 为纯铝焊丝。表 1合金成分数据合金11004043硅/%0.954.5铁/%0.8铜/%0.05耀0.20.3锰/%0.050.05镁/%0.05铬/%锌/%0.10.1钛/%0.2其他/%0.150.15铝/%9993.8510第 4 期图 2ER4043 铝合金焊丝拉伸图2.2力学性能由表 2、表 3 数据分析可知，ER1100 和 ER4043 铝合金焊丝材料中，ER4043 铝合金焊丝的抗拉强度明显高于 ER1100 铝合金焊丝。表 2ER1100 铝合金焊丝拉伸数据试样1179.00.5622试样2175.50.551试样3168.90.5303试样4167.20.5249抗拉强度/MPa最大拉力/kN表 3ER4043 铝合金焊丝拉伸数据试样1183.70.8301试样2182.60.8253试样3181.60.821试样4173.70.7852抗拉强度/MPa最大拉力/kN由表 4、图 1、图 2 分析可知，ER1100 和 ER4043 铝合金焊丝材料中，ER4043 铝合金焊丝的最大变形量明显要比 ER1100 铝合金焊丝材料的最大变形量大。表明ER4043 铝合金焊丝的塑性比 ER1100 铝合金焊丝的塑性好，即 ER4043 铝合金焊丝有良好的塑性。综上所述，ER4043 铝合金焊丝的力学性能明显要比 ER1100 铝合金焊丝材料的力学性能强。表 4拉伸试验分析结果最大载荷/kN0.56220.8301最大形变/mm1.51872.3012抗拉强度/MPa179183.7名称ER1100ER40433显微组织由图 3、图 4 对比分析，拉伸前后都未进行腐蚀的ER1100 试样，拉断后的晶粒比拉断前的晶粒细小；由图5、图 6 对比分析，拉伸前后都未腐蚀的 ER4043 试样，拉断后的晶粒比拉断前的晶粒细小；所以冷变形加工对 ER1100 及 ER4043 焊丝材料起到细化晶粒的作用。由图 3、图 5 对比分析，拉伸前都未进行腐蚀的 ER1100和 ER4043 试样，ER4043 的晶粒比 ER1100 的晶粒细小；由图 4、图 6 对比分析，拉伸后都未进行腐蚀的ER1100 和 ER4043 试样，ER4043 的晶粒比 ER1100 的晶粒细小；所以硅元素的加入使得 ER4043 铝合金焊丝材料的组织性能发生了很大的变化，主要表现为焊丝材料的晶粒细小化。由图 7、图 8 对比分析，拉伸前后都进行了腐蚀的 ER1100 试样，拉伸后的晶粒细小；由图9、图 10 对比分析，拉伸前后都进行了腐蚀的 ER4043试样，拉伸后的晶粒细小，所以腐蚀后的晶粒细小化。由图 7、图 9 对比分析，拉伸前都未进行腐蚀的 ER1100和 ER4043 试样，ER4043 的晶粒比 ER1100 的晶粒细小；由图 8、图 10 对比分析，拉伸后都进行腐蚀的ER1100和 ER4043 试样，ER4043 的晶粒比 ER1100 的晶粒细小；所以硅元素的加入使得 ER4043 铝合金焊丝材料的晶粒细小化，焊丝材料的抗腐蚀性增强。4结论通过本试验可知，ER4043 焊丝的强度和塑性变形图 1ER1100 铝合金焊丝拉伸图图 3ER1100 拉伸前未腐蚀伊500图 4ER1100 拉伸后未腐蚀伊500魏丽艳：铝合金焊丝的拉伸变形及回复再结晶探究负荷变形曲线负荷变形曲线0.6180.5570.4950.4330.3710.3090.2470.1860.1240.0620.00.00.259 0.5180.7771.0361.2951.5531.8122.0712.332.5890.9130.8220.730.6390.5480.4570.3650.2740.1830.0910.00.00.469 0.9391.408 1.8782.3472.8173.2863.7554.2254.69411冶金与材料第 44 卷量都大于 ER1100 焊丝的强度和塑性变形量，得出冷变形加工工艺对该焊丝材料的力学性能具有强化作用；同一焊丝拉伸前后都未进行腐蚀，拉伸后的晶粒比拉伸前细小，说明冷变形加工对铝合金焊丝材料能起到细化晶粒的作用；拉伸前都未腐蚀的不同焊丝，ER4043的晶粒比 ER1100 的晶粒细小，说明微量元素硅的加入使焊丝材料的晶粒细小化；硅元素能使铝合金焊丝材料的抗腐蚀性增强。参考文献1冷欣伟，汤浩，廖春发，等.熔盐电解制备Al-Cu-Y合金电解质体系黏度的研究 J.有色金属科学与工程，2019，10（5）：8-11.2 左玉婷，孙泽明，王峰，等.T6处理后Al-Zn-Mg-Cu合金电子束焊接接头组织与织构的演变 J.分析测试学报，2012，31（9）：1132-1136.3 宋成.薄板铝合金VPPA平焊工艺 D.呼和浩特：内蒙古工业大学，2009.4 王博.合金元素、冶炼工艺对铝硅焊丝氢含量及焊缝性能的影响 D.南京：南京航空航天大学，2019.5 黄敏，刘铭，张坤，等.铝及铝合金焊丝的研究与发展现状J.有色金属加工，2008（2）：9-12.6 李龙飞.自行车车架铝合金材料及其加工工艺研究 D.北京：北京交通大学，2015.7 魏丽艳.调质处理对Cr8MoWV3Si钢组织及性能的影响 J.黑龙江科学，2023，14（16）：36-38.图 5ER4043 拉伸前未腐蚀伊500图 6ER4043 拉伸后未腐蚀伊500图 7ER1100 拉伸前腐蚀伊500图 8ER1100 拉伸后腐蚀伊500图 9ER4043 拉伸前腐蚀伊500图 10ER4043 拉伸后腐蚀伊50012