專利名稱：：由鋁鎂錳合金制成的具有改善機械強度的用于焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及軋制的或擠壓的產(chǎn)品領(lǐng)域，該產(chǎn)品，比如是由含大于3％(重量)的Mg的AlMgMn型鋁合金制成的板材、型材、線材或管材，它們欲被用于有高的屈服應(yīng)力、良好的抗疲勞性能及良好的韌性的焊接結(jié)構(gòu)，如用于船舶、工業(yè)車輛或焊接的自行車車架。使鋁合金制的焊接構(gòu)件尺寸優(yōu)化導(dǎo)致了采用AluminiumAssociation規(guī)定的5000系列的AlMg合金，這些合金在冷加工狀態(tài)(符合NF-EN-515的狀態(tài)H1)，或部份軟化狀態(tài)(狀態(tài)H2)，或穩(wěn)定化狀態(tài)(狀態(tài)H3)下使用，同時保持高的耐腐蝕性能，而不是在退火狀態(tài)(狀態(tài)O)下使用。然而與狀態(tài)O相關(guān)的機械性能方面的改進通常在焊后保不住，因而保障和監(jiān)測組織通常推薦對于焊接構(gòu)件，只考慮狀態(tài)O下的特性。為了確定尺寸，還應(yīng)考慮抗疲勞能力和裂紋擴展速度。在此領(lǐng)域中，研究主要集中在焊接操作本身的進行。人們一直試圖通過適宜的熱機處理來改善制品的耐腐蝕性能。日本專利申請JP06-212373推薦使用含1.0-2.0％Mn、3.0-6.0％Mg和少于0.15％Fe的合金來將因焊接導(dǎo)致的機械強度降低減至最小。但，采用有如此高的錳含量的合金導(dǎo)致了抗疲勞性能及韌性下降。本發(fā)明的目的在于大幅度改善在預(yù)定的焊接條件下用AlMgMn合金制成的焊接構(gòu)件的機械強度和抗疲勞性能，而不會因內(nèi)應(yīng)力，對其它參數(shù)如韌性，耐腐蝕性能及切削變形產(chǎn)生不利的后果。本發(fā)明涉及用AlMgMn鋁合金制成的用于焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，該產(chǎn)品含(％重量)3.0＜Mg＜5.00.5＜Mn＜1.0Fe＜0.25Si＜0.25Zn＜0.40視需要而定含元素Cr、Cu、Ti、Zr中的一種或幾種，其量為Cr＜0.25Cu＜0.20Ti＜0.20Zr＜0.20其它元素均小于0.05，總量小于0.15，其中Mn+2Zn＞0.75。與先前的，涉及焊接工藝和熱機械處理的研究不同，本發(fā)明人找到了次要合金元素，尤其是鐵、錳和鋅的特定的成份范圍。從而導(dǎo)出綜合了靜態(tài)機械特性、韌性、抗疲勞性能、耐腐蝕性和切削變形的一組令人感興趣的性能，而這組性能是特別適合將這些合金用于造船，多用途車輛及自行車焊接車架的。這組性能是通過低鐵含量小于0.25％，尤其是小于0.20％，甚至是0.15％，和使Mn+2Zn＞0.75％，尤其是大于0.80％的錳和鋅含量的組合而獲得的。為具有適宜的機械特性，Mn含量應(yīng)大于0.5％，尤其是大于0.8％，而若想避免韌性和抗疲勞性能惡化，Mn含量不應(yīng)大于1％?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)和錳一起加鋅對焊接板和焊縫產(chǎn)生有益效果。但因在焊接時會遇到一些問題，它較好是不大于0.4％。最好將Mg保持在＞4.3％，因它對屈服應(yīng)力和抗疲勞性能有好的效果，但超過5％時耐腐蝕性就較差了。加Cu和Cr對屈服應(yīng)力也是有益的，但為保持良好的抗疲勞性能，最好將Cr保持在＜0.15％。這些板材的機械強度取決于固溶態(tài)的鎂含量和鎂的分散體。業(yè)已發(fā)現(xiàn)這些與鐵和錳含量有關(guān)的分散體的體積含量最好保持在1.2％以上。這種體積含量是用掃描電鏡和圖象分析在三個方向(長、寬和厚度)上產(chǎn)生的拋光的切口上測得的表面含量平均值計算出來的。本發(fā)明的產(chǎn)品可以是軋制的或擠壓的產(chǎn)物，如熱或冷軋的板材、線材、型材，或擠壓且視需要而定經(jīng)過拉伸的管材?？梢訫IG和TIG法對焊組成的，并在超過約2/3的厚度上有約45°斜角的本發(fā)明的板材在焊接區(qū)中的屈服應(yīng)力R0.2比含同樣鎂含量的常規(guī)合金至少高25Mpa，即提高了約20％。熱影響區(qū)的寬度比常規(guī)的5083合金減少了約1/3，而焊縫的硬度從約75Hv提高到80Hv以上。而且焊縫處的抗拉強度超過了監(jiān)測未焊的，冷加工的原料板的組織所提供的最小值。以其中R＝0.1的應(yīng)力比對沿縱向橫截取得的試樣所作的平面彎曲崦測得的本發(fā)明的板材的抗疲勞性能高于以＞280Mpa的最大應(yīng)力，105周以＞220Mpa的最大應(yīng)力，106周以＞200Mpa的最大應(yīng)力，107周。在R＝0.1時測得的裂紋擴展速度Δk為當(dāng)da/dN＝5×10-4mm/周時為，以及當(dāng)da/dN＝10-3mm/周時為本發(fā)明的板材的厚度一般大于1.5mm。通過熱軋可直接獲得大于2.5mm的厚度，而無須進行后續(xù)冷軋，進而，這些熱軋板在切削時的變形比冷軋板小。本發(fā)明的產(chǎn)物的耐腐蝕性象具有相同鎂含量的常規(guī)合金，如，廣泛用于造船的常用組成5083一樣地好。實施例將通過半連鑄制成的13塊板狀的試樣板在大于500℃的溫度下加熱20小時，然后冷軋至6mm的最終厚度。標(biāo)號0代表常規(guī)的5083組成，而標(biāo)號1代表其范圍稍超出本發(fā)明的組成。其它的11個試樣(標(biāo)號2-12)的成份符合本發(fā)明。這些成份如下(重量％)這些試樣在軋后都有L方向上的大于220MPa的屈服應(yīng)力R0.2。按下列條件測量這些板材的焊縫的機械強度在4mm的整個厚度上開有與垂直方向傾斜45°的對稱傾角，填有5183合金填料焊絲，進行連續(xù)MIG自動對焊。通過拉斷試樣而獲得機械性能(抗拉強度Rm，屈服應(yīng)力R0.2)，該試樣是按挪威監(jiān)測組織DNV對造船用途規(guī)定而標(biāo)準(zhǔn)化的，其長度為140mm，寬度為35mm，寬15mm的焊縫位于中心，而該試樣的狹窄部位的長度為27mm，即為焊縫寬度和兩倍厚度之和(15+12mm)。還測得了鎂分散體的體積含量。結(jié)果如下(強度單位為MPa，體積含量單位為％)</tables>可以看出，本發(fā)明的焊接樣品的彈性極限相對于參考樣品增大了15～35MPa。還對標(biāo)號0-5的試樣進行了經(jīng)受其中R＝0.1的平面彎曲試驗的未焊板材的抗疲勞性能的測量，同時分別測定了相當(dāng)于106和107周時的最大應(yīng)力(單位MPa)，以及在da/dn＝5×10-4mm/周時測得的裂紋擴展速度Δk(單位)。結(jié)果如下</tables>可以看出，盡管本發(fā)明板材的機械強度得到提高，但是其抗疲勞性能至少與5083類板材一樣好。權(quán)利要求1.用于焊接結(jié)構(gòu)的由AlMgMn鋁合金制成的產(chǎn)品，其中包括(重量％)3.0＜Mg＜5.00.5＜Mn＜1.0Fe＜0.25Si＜0.25Zn＜0.40視需要存在的元素Cr、Cu、Ti、Zr中一種或多種的含量為Cr＜0.25Cu＜0.20Ti＜0.20Zr＜0.20其它元素的含量均少于0.05，而總量少于0.15，其中Mn+2Zn＞0.75，而最好是＞0.8％2.權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其特征為Mg＞4.3％。3.權(quán)利要求1或2的產(chǎn)品，其特征為Mn＞0.8％。4.權(quán)利要求1-3中任一項的產(chǎn)品，其特征為Fe＜0.20％。5.權(quán)利要求4的產(chǎn)品，其特征為Fe＜0.15％。6.權(quán)利要求1～5中任一項的產(chǎn)品，其特征在于分散體的體積含量大于1.2％。7.權(quán)利要求1-6中任一項的板材，其特征在于其厚度＞2.5mm，并僅經(jīng)熱軋。8.權(quán)利要求1～7中任一項的未焊接板材，其特征在于該產(chǎn)品的沿縱向橫截方向上，以其中的R＝0.1的平面彎曲所測得的抗疲勞性能為最大應(yīng)力＞280Mpa時，高于105周，最大應(yīng)力＞220Mpa時，高于106周，最大應(yīng)力＞200Mpa時，高于107周。9.權(quán)利要求1～8中任一項的板材，其特征在于該板在R＝0.1時所測得的裂紋擴展速度ΔK當(dāng)da/dn＝5×10-4mm/周時，大于當(dāng)da/dn＝10-3mm/周時，大于10.權(quán)利要求1-9中任一項的板材在船舶建造方面的應(yīng)用。11.權(quán)利要求1-9中任一項的板材在工業(yè)車輛建造方面的應(yīng)用。12.權(quán)利要求1～6中任一項的擠壓管材在制造焊接自行車架方面的應(yīng)用。13.權(quán)利要求1-9中任一項的板材，其特征在于該板通過熔融而焊接，而且在此焊接區(qū)內(nèi)的硬度為＞80Hv。全文摘要所公開的是一種疊層的或擠壓的,用于獲得AlMgMn鋁合金型的焊接構(gòu)件的產(chǎn)品,所述產(chǎn)品含量如下(重量%);3.0<Mg<5.0、0.75<Mn<1.0、Fe<0.25、Si<0.25、Zn<0.40。任選自Cr、Cu、Ti、Zr的組分含量為:Cr<0.25、Mn<0.20、Ti<0.20、Zr<0.20,其它組分各<0.05,而總量<0.15,其中Mn+2Zn>0.75。焊后的產(chǎn)品有改善了的機械性能和抗疲勞性能,而同時保持其韌性和耐腐蝕性,該產(chǎn)品尤為適用于造船,多用途車輛及焊管制成的自行車車架。文檔編號C22C21/08GK1175983SQ9619210公開日1998年3月11日申請日期1996年2月21日優(yōu)先權(quán)日1995年2月24日發(fā)明者G－M·萊納德,J－L·霍夫曼,L·科廷尼斯,G·皮里特申請人:皮西尼·何納呂