一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝的制作方法

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝。

技术背景

al-cu合金凭借优异的力学性能，在航空、航天领域具有广泛的应用前景。但是由于该合金结晶温度范围宽，铸造产品容易产生热裂、偏析、缩松等缺陷，造成铸件的成品率较低。焊接工艺无法实现母材和焊缝的等强匹配，且难以实现复杂程度较高产品的生产。这些都限制了al-cu合金的应用。

近年来，通过丝材增材制造工艺生产al-cu合金结构件获得了广泛的研究。目前所选用的al-cu合金原材料，丝材增材之后的堆积体存在横纵向的力学性能差异，纵向的力学性能小于横向，例如2319，2024。另外，现有的al-cu合金丝材增材制造后堆积体的力学性能偏低，未见抗拉强度>530mpa，屈服强度>460mpa，延伸率>10％的报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，本发明所述的铝铜合金焊丝，加工过程顺畅，焊丝晶粒细小，组织均匀，适用于丝材增材制造。增材成形堆积体热处理后，组织晶粒细小、均匀，强化相弥散分布，性能稳定。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰mn：0.3-0.5％，铜cu：5.3-5.8％，钛ti：0.15-0.35％，硼b：0.0005-0.006％，钒v：0.05-0.3％，锆zr：0.05-0.2％，锡sn：0-0.2％，铁fe：≤0.15％，硅si:≤0.06％，镁mg：≤0.05％，锌zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝al。

在一种优选的实施方式中，一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰mn：0.3-0.5％，铜cu：5.4-5.7％，钛ti：0.15-0.35％，硼b：0.0005-0.006％，钒v：0.05-0.3％，锆zr：0.05-0.2％，锡sn：0-0.15％，铁fe：≤0.15％，硅si:≤0.06％，镁mg：≤0.05％，锌zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝al。

在一种优选的实施方式中，一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰mn：0.3-0.5％，铜cu：5.5-5.6％，钛ti：0.15-0.35％，硼b：0.0005-0.006％，钒v：0.05-0.3％，锆zr：0.05-0.2％，锡sn：0-0.05％，铁fe：≤0.15％，硅si:≤0.06％，镁mg：≤0.05％，锌zn：≤0.1％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝al。

在一种优选的实施方式中，一种丝材增材制造的铝铜合金焊丝，按质量百分比计，成分为：锰mn：0.4-0.5％，铜cu：5.5-5.6％，钛ti：0.2-0.3％，硼b：0.003-0.004％，钒v：0.1-0.2％，锆zr：0.1-0.2％，锡sn：0-0.1％，铁fe：≤0.15％，硅si:≤0.05％，镁mg：≤0.05％，锌zn：≤0.05％，其他单个杂质元素：≤0.05％，其他杂质元素合计：≤0.15％，余量为铝al。

本发明所述的焊丝可以按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告号为cn103286481b的中国专利所述的制备方法制备而成。

本发明还提供本发明所述焊丝在军工或航空航天领域中的应用。

本发明还提供本发明所述焊丝在丝材增材制造中的应用。

本发明所述的铝铜合金焊丝中：

本发明所使用的cu元素是基本强化元素，其主要作用是固溶时效后析出纳米级θ’相提高合金强度。

本发明所使用的mn与al、cu反应形成t相，固溶处理时呈弥散质点析出，可提高室温和高温强度。

本发明合金中添加少量ti和zr，与al生成al3ti和al3zr相，al3ti和al3zr的弥散质点可作为α相的结晶核心，使α(al)的晶粒细化。

本发明所使用的v可以降低铝铜合金的热裂纹敏感性。

本发明所使用的sn在铝铜合金中，与空位的结合能力强，且溶解度小，扩散率高，其作用是在时效时促进强化相的析出与弥散分布，缩短铝铜合金达到峰值时效的时间，提高铝铜合金的力学性能。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的铝铜合金焊丝，加工过程顺畅，焊丝晶粒细小，组织均匀，适用于丝材增材制造。

(2)增材成形堆积体热处理后，组织晶粒细小、均匀，强化相弥散分布，性能稳定，t6热处理后力学性能可以达到：抗拉强度：538mpa，屈服强度：478mpa，延伸率：10.5％，且横纵向力学性能无差异。目前该合金是丝材增材制造堆积体强度最高的铝合金材料。

附图说明

图1为焊丝的微观组织；

图2为堆积体(直接堆积态)的微观组织；

图3为堆积体(t6)态的微观组织；

图4为峰值时效下的强化相分布。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于本实施例，本发明所述的方法若无特别说明，则为本领域常规方法，所用材料，若无特别说明，则为常规购买。

实施例1：

本发明一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝，合金成分按质量百分比计，为：锰mn：0.41，铜cu：5.63，钛ti：0.21，硼b：0.0035，钒v：0.12，锆zr：0.13，铁fe：0.11，硅si:0.042，镁mg：0.0025，锌zn：0.016，余量为铝al。

本实施例所述的焊丝可以按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告号为cn103286481b的中国专利所述的制备方法制备而成。本实施例制得的铝铜合金焊丝的抗拉强度为310mpa，延伸率为6％。

本实施例制得的铝铜合金焊丝晶粒细小，组织均匀，如图1(a)所示，该内部组织保证了减径加工过程的顺畅，焊丝成品率达到95％。根据合金组织的遗传效应，保证了增材产品良好的内部组织。

以实施例1所制备的焊丝作为原材料，在室温下，用cmt的焊接工艺进行堆积。堆积体表面光亮，内部组织晶粒尺寸为40μm，大小均匀，强化相在晶界上均匀弥散分布如图2(a)所示。t6热处理后堆积体的微观组织如图3(a)所示,θ相完全固溶到基体当中。峰值时效下的析出相形貌如图4(a)所示。力学性能如表1所示，优于铝铜合金2319电弧增材制造堆积体的性能，且横纵向力学性能均匀。

实施例2：

本发明一种适用于丝材增材制造的铝铜合金焊丝，合金成分按质量百分比计，为：锰mn：0.42，铜cu：5.58，钛ti：0.22，硼b：0.0033，钒v：0.12，锆zr：0.12，锡sn：0.1,铁fe：0.11，硅si:0.037，镁mg：0.0032，锌zn：0.012，余量为铝al。

本发明所述的焊丝可以按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告号为cn103286481b的中国专利所述的制备方法制备而成。本实施例制得的铝铜合金焊丝的抗拉强度为315mpa，延伸率为6％。

本实施例制得的铝铜合金焊丝晶粒细小，组织均匀，如图1(b)所示，该内部组织保证了减径加工过程的顺畅，焊丝成品率达到95％。根据合金组织的遗传效应，保证了增材产品良好的内部组织。

以实施例2所制备的焊丝作为原材料，在室温下，用cmt的焊接工艺进行堆积。堆积体表面光亮，内部组织晶粒尺寸为40μm，大小均匀，强化相在晶界上均匀弥散分布如图2(b)所示。t6热处理后堆积体的微观组织如图3(b)所示,晶粒为均匀的等轴晶，θ相完全固溶到基体中。堆积体峰值时效下的强化相如图4(b)所示，强化相尺寸均匀，分布密度大。该焊丝的堆积体具有高强韧的力学性能，如表1所示，横纵向力学性能均匀，是现有铝合金堆积体中力学性能最高的。

表1堆积体的力学性能