專利名稱：用于焊接結(jié)構(gòu)的Al－Mg合金產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械抗力高的Al-Mg合金，特別是打算用于焊接構(gòu)件例如機(jī)動車車身、工業(yè)用車輛以及固定或者移動的箱體的合金。相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)為了在提高焊接構(gòu)件機(jī)械抗力的同時(shí)降低其重量，令人感興趣的是，目前使用的5083、5086、5182、5186或5383合金尤其能夠在低冷加工狀態(tài)例如0狀態(tài)和H111狀態(tài)，在不損害任何使用性能，例如可焊接性、耐腐蝕性或者可成型性的情況下，具有更高的機(jī)械特性。這些合金的命名服從鋁業(yè)協(xié)會(Aluminum Association)規(guī)則，冶金回火的命名根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 515定義。
為了設(shè)計(jì)一個結(jié)構(gòu)，決定用戶的選擇的參量主要是靜態(tài)機(jī)械特性極限拉伸強(qiáng)度Rm，拉伸屈服強(qiáng)度Rp0.2，以及斷裂時(shí)的延伸率A。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的具體要求所涉及的其他參量是焊縫的機(jī)械性能，薄板以及焊縫的耐腐蝕性，薄板以及焊縫的疲勞強(qiáng)度，裂紋擴(kuò)展速率，斷裂韌性，可彎曲性，可焊接性，在確定的薄板加工和使用條件下形成殘余應(yīng)力的傾向，以及以可能最低的生產(chǎn)成本生產(chǎn)質(zhì)量合格的薄板的可能性。
現(xiàn)有技術(shù)提供了幾種提高Al-Mg合金機(jī)械特性的方法。
歐洲專利申請EP769 564 A1(Pechiney Rhenalu)公開了一種合金，其具有如下組成(wt.％)Mg4.2-4.8 Mn＜0.5 Zn＜0.4Fe＜0.45Si＜0.30，其中，Mn+Zn＜0.7，F(xiàn)e＞0.45Mn該合金還可以含有其他元素，從而能夠制備出在低冷加工狀態(tài)Rm＞275MPa，A＞17.5％以及Rm×A的積大于6500的薄板，對組成進(jìn)行更好的控制能夠使所述Rm×A值提高至大于7000，并且甚至大于7500。
在參照5186合金情況下，這種合金用于罐車的焊接構(gòu)件中。對于這種場合而言，采用Rm×A之積作為一個參量，來估計(jì)例如當(dāng)發(fā)生意外時(shí)，在深度塑性變形情況下的結(jié)構(gòu)特性。本領(lǐng)域的專業(yè)人員知道，對于已知的Al-Mg合金而言，提高Rm與A這兩個參量中的任何一個，都會損害另一個。所述專利申請指出如果薄板具有非常特殊的顯微組織，則可以在所述兩個參量之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。5186合金薄板的特征不僅在于其具有高的Rm×A之積，而且還在于A值較大，這有利于所述薄板的彎曲，也有助于薄板在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
專利申請JP 62 207850(Sky)提出了另一種方法，該申請公開的合金具有如下組成(wt.％)Mg 2-6 Mn 0.05-1.0 Cr 0.03-0.3Zr 0.03-0.3V 0.03-0.3還可能含有Cu 0.05-2.0和/或Zn 0.1-2.0。
該合金通過連鑄制備而成，并且，其中，金屬間粒子的尺寸小于或等于5μm。由于所述合金能夠借助非常特殊的熱機(jī)械處理方法，制備不存在Luders線的1mm厚薄板，因此，它能夠制造機(jī)動車車身用薄板。
專利EP 0892858 B1(Hoogovens Aluminum Walzprodukte GmbH)提出另一種方法，其公開的合金具有如下組成Mg 5-6Mn 0.6-1.2Zn 0.4-1.5Zr 0.05-0.25該合金還可以含有其他元素，從而能夠制備出非常硬的合金，特別是鋅含量達(dá)0.8％的極硬合金。所述產(chǎn)品斷裂時(shí)的延伸率在處于H321回火態(tài)時(shí)不超過10％，處于0回火態(tài)時(shí)不超過20％。
專利EP82 3489 B1(Pechiney Rhenalu)公開的產(chǎn)品具有如下組成3.0＜Mg＜6.5 0.2＜Mn＜1.0 Fe＜0.80.05＜Si＜0.6 Zn＜1.3該合金還可以有其他元素，并且，其特征在于具有非常特殊的顯微組織結(jié)構(gòu)。所述產(chǎn)品不是設(shè)計(jì)用于油罐構(gòu)件，而是用于與海水接觸或者在海洋環(huán)境中的使用的焊接構(gòu)件。
問題陳述本發(fā)明試圖解決的問題是提高專門用于制造焊接構(gòu)件，例如公路或者鐵路有害物質(zhì)運(yùn)輸罐車的Al-Mg合金產(chǎn)品的機(jī)械特性，而同時(shí)又能夠?qū)⒃摬牧系钠渌阅鼙３衷谂c現(xiàn)有材料至少相當(dāng)?shù)乃健?br> 發(fā)明目的本發(fā)明涉及一種Al-Mg合金加工的產(chǎn)品，其特征在于其含有(wt.％)Mg 4.85-5.35Mn 0.2 0-0.50Zn 0.20-0.45Si＜0.20Fe＜0.30 Cu＜0.25Cr＜0.15Ti＜0.15Zr＜0.15余者是鋁及其不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明也涉及一種至少部分采用具有如下組成(wt.％)的薄板制備的公路或鐵路罐車Mg 4.9 0-5.35 Mn 0.20-0.50Zn 0.25-0.45Si 0.05-0.20Fe 0.10-0.30Cu＜0.25Cr＜0.15Ti ＜0.15 Zr ＜0.10余者是鋁及其不可避免的雜質(zhì)。
所述薄板的Rm(LT)×A(LT)之積至少為8500，優(yōu)選至少9000。
發(fā)明詳述合金的標(biāo)記遵循鋁業(yè)協(xié)會的規(guī)則。除非另有說明，所給定的化學(xué)組成均為wt.％。冶金回火規(guī)范根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN51 5確定。除非另有說明，靜態(tài)機(jī)械特性，即極限拉伸強(qiáng)度Rm，拉伸屈服強(qiáng)度Rp0.2，以及斷裂時(shí)的延伸率A均根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN10002-1通過對成比例的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)決定(而且，特征在于初始長度介于參照值Lo-5.65√So之間，其中，So代表初始橫截面積)，所述試樣沿LT(long transverse)方向取樣。
申請人驚訝地發(fā)現(xiàn)為了解決所涉及到的問題，必須選擇極窄的Al-Mg-Mn-Zn組成范圍，這一點(diǎn)與5186合金明顯不同。特別是，必須提高鎂含量，添加少量的鋅，以及減少微量添加元素，F(xiàn)e，Si和Mn的含量，但同時(shí)應(yīng)保持它們的含量高于最低含量。
的確，眾所周知，鎂提高某些鋁合金的機(jī)械特性(R0.2和Rm)申請人觀察到，鎂含量至少4.85％，優(yōu)選大于4.90％，并且更優(yōu)選大于4.95％或者甚至大于5.00％時(shí)，能夠獲得所要求的機(jī)械特性。但是，鎂含量高于5.35％，則其耐腐蝕性開始下降。因此，優(yōu)選鎂含量的最大值為5.30％。
添加充分量(最低0.20％，優(yōu)選至少0.25％，更優(yōu)選至少0.30％)的鋅證明對薄板的機(jī)械特性以及焊縫的屈服強(qiáng)度具有有益影響。此外，鋅改善耐腐蝕性。在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，優(yōu)選鋅含量不超過0.45％。優(yōu)選其含量為0.25-0.40％。
申請人觀察到，必須保持0.20％的最低錳含量，以控制粒狀組織，但是，必須保持其含量低于0.50％，并且優(yōu)選低于0.40％，以便防止在最終回火中粗大金屬間化合物相的形成并且促進(jìn)再結(jié)晶。優(yōu)選范圍是0.25-0.35％。存在充分量的錳也有助于獲得機(jī)械特性。
在5xxx合金中，已知銅降低一般耐腐蝕性。申請人發(fā)現(xiàn)優(yōu)選保持銅含量低于0.25％。優(yōu)選其含量低于0.20％，低于0.15％，或者甚至低于0.10％。
鐵和硅是鋁中的常見雜質(zhì)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，鐵含量必須不能超過0.30％，硅含量不超過0.20％。但是，申請人驚訝地發(fā)現(xiàn)存在一定量的鐵和硅有助于達(dá)到本發(fā)明的目的例如，至少0.05％的硅含量有利于細(xì)化再結(jié)晶后的粒狀組織。對于鐵，則優(yōu)選其含量至少0.10％。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品可以含有少量的鉻、鈦和鋯。每種這些元素的含量必須不超過0.15％，更優(yōu)選不超過0.10％，因?yàn)檫@些元素含量過高會限制再結(jié)晶并且導(dǎo)致A值的下降。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品始終采用如下方法制備半連續(xù)鑄造，之后是對應(yīng)于所要求產(chǎn)品形狀的處理步驟對擠壓或者拉拔產(chǎn)品(棒材、管材、型材、線材)進(jìn)行擠壓；對軋制產(chǎn)品(薄板、帶材、厚板)進(jìn)行軋制。對于軋制產(chǎn)品，對由半連鑄獲得的軋制鑄錠進(jìn)行熱軋，然后，可能的話，進(jìn)行冷軋。對帶材進(jìn)行平整處理并加工成薄板。在該加工方法中，必須調(diào)整熱軋機(jī)的輸出溫度和卷曲溫度，而且，必須小心調(diào)整冷加工速率。因?yàn)樗鼈儗Ξa(chǎn)品的機(jī)械特性有影響。最終厚度優(yōu)選3-12mm。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，通過熱軋直接獲得具有最終厚度的薄板。在這種情況下，有利地是，選擇熱軋機(jī)輸出溫度為260-330℃，優(yōu)選290-330℃。低于260℃，則獲得的顯微組織不能很好地適合目標(biāo)應(yīng)用場合，而高于330℃，則觀察到晶粒發(fā)生粗化，這會損害所要求的機(jī)械特性。本發(fā)明的這一特定實(shí)施方案，即通過熱軋直接制備具有最終厚度的薄板，也有利于制備非常寬，例如，大于3000mm，優(yōu)選大于3300mm，更優(yōu)選大于3500mm的薄板。
在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品的特征在于斷裂時(shí)的延伸率A至少為24％，優(yōu)選至少27％。該特征有利于產(chǎn)品的使用。例如，它賦予了軋制薄板優(yōu)異的可彎曲性和可成型性。
在另一個優(yōu)選實(shí)施方案中，試圖對三個參量Rp0.2(LT)，Rm(LT)和A(LT)進(jìn)行優(yōu)化?！癓T”指數(shù)意味著這些機(jī)械特性是在沿薄板的縱截面方向(與軋制方向垂直)取樣的拉伸試樣上測得的。通過按適當(dāng)方式在指定范圍內(nèi)調(diào)整化學(xué)組成，能夠獲得拉伸屈服強(qiáng)度Rp0.2(LT)至少145MPa，優(yōu)選至少150MPa，更優(yōu)選至少170MPa，極限拉伸強(qiáng)度Rm(LT)至少290MPa，優(yōu)選至少300MPa，斷裂時(shí)的延伸率A(LT)至少24％，優(yōu)選至少27％的產(chǎn)品。
例如，能夠優(yōu)先選擇Mn為0.20-0.40，Zn＞0.25，優(yōu)選＞0.30，鐵含量至少0.10％，硅含量至少0.10％。
在又一個優(yōu)選實(shí)施方案中，主要是試圖對Rm(LT)×A(LT)之積進(jìn)行優(yōu)化。通過按適當(dāng)方式在指定范圍內(nèi)調(diào)整化學(xué)組成，能夠獲得Rm(LT)×A(LT)之積大于8200，優(yōu)選大于8500，更優(yōu)選大于9000，而同時(shí)又保持足夠的Rp0.2(LT)的產(chǎn)品，其中，Rm(LT)單位是MPa，A(LT)為百分?jǐn)?shù)，它們均是在沿LT方向取樣的試樣上測得的。特別是薄板形式的該產(chǎn)品尤其適合于制造罐，特別是輸送有害物質(zhì)的公路和鐵路運(yùn)輸罐。
雖然鎂含量明顯較高，但是，根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品表現(xiàn)出至少同已知相當(dāng)?shù)腁l-Mg合金一樣好的耐腐蝕性。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該耐腐蝕性優(yōu)選采用經(jīng)過晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)(Official Journal of the EuropeanCommunities，19/11/1984，No.L300-35～43)或者經(jīng)過根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTMG30，G39，G44和G49實(shí)施的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)之后因晶間腐蝕產(chǎn)生的質(zhì)量損失和展現(xiàn)缺陷的最大金屬深度來表征。應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)可以參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G129進(jìn)行，本申請人預(yù)先已經(jīng)在前述標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)ASTM G129之間建立很好的相關(guān)性(參見R.Dif等的文章，1998年6th國際鋁合金會議論文集，第1615-1620頁，Toyohashi，Japan，以及R.Dif等的文章，1997年的Eurocorr Conference論文集，第259-264頁，Trondheil，Norway)。
認(rèn)為所選擇的晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼碓诤Ｑ髿夥罩凶匀槐┞兜沫h(huán)境(R.Dif等的文章，1999年的Eurocorr Conference論文集，Achen，Germany)。
不僅對初始狀態(tài)下的腐蝕特性進(jìn)行評價(jià)，而且還對經(jīng)過條件各不相同的人工時(shí)效處理之后的腐蝕特性進(jìn)行評價(jià)。依照慣例，已在100℃下對5xxx系合金進(jìn)行了7天處理，以便再現(xiàn)環(huán)境溫度下約20年發(fā)生的自然時(shí)效(E.H.Dix等，4thNACE年會論文集，San Francisco，USA，1958)。
在非常特殊的使用環(huán)境中，結(jié)構(gòu)可能會承受較高的溫度(高于60℃)。本領(lǐng)域的專業(yè)人員了解，在這種情況下，某些5xxx系合金當(dāng)超過某一暴露時(shí)間時(shí)，可能會產(chǎn)生某種腐蝕敏感性。為了研究這種所謂的敏化現(xiàn)象，實(shí)施比100℃下7天更強(qiáng)烈的處理是可取的。
一般采用等同時(shí)間的概念來限制待進(jìn)行的處理次數(shù)和時(shí)間長度。更具體地，在溫度T1進(jìn)行時(shí)間為t1的處理與在溫度T2進(jìn)行時(shí)間為t2的處理相當(dāng)，其關(guān)系可由方程(參見R.Dif等的文章，1998年6th國際鋁合金會議論文集，第1489-1494頁，Toyohashi，Japan)給出t1.exp[-Q/RT1]＝t2.exp[-Q/RT2]其中，溫度單位是開爾文(K)。Q代表鎂擴(kuò)散的熱激活能(單位J/mol)。R是氣體常數(shù)。由文獻(xiàn)知Q/R之比為10000-13500K。
在本發(fā)明的一個特定實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品在晶間腐蝕測試中所表現(xiàn)出的耐晶間腐蝕性至少可以表示為100℃下7天時(shí)效之后的質(zhì)量損失低于20mg/cm2，最大腐蝕深度小于130μm，優(yōu)選小于70μm。
優(yōu)選地，在經(jīng)過100℃下20天的時(shí)效之后，所述產(chǎn)品的質(zhì)量損失低于50mg/cm2，優(yōu)選低于30mg/cm2，最大腐蝕深度小于250μm，優(yōu)選小于100μm。在本發(fā)明范圍內(nèi)的最優(yōu)選產(chǎn)品在經(jīng)過120℃下20天的時(shí)效之后，其質(zhì)量損失低于95mg/cm2，優(yōu)選低于80mg/cm2，更優(yōu)選低于60mg/cm2，且最大腐蝕深度小于450μm，優(yōu)選小于400μm。應(yīng)該了解，這一特性屬于上述即經(jīng)過100℃下20天或者120℃下20天的時(shí)效之后的特性中至少之一種。這些產(chǎn)品同時(shí)也具有優(yōu)異的機(jī)械特性(例如Rm×A之積至少8500或者9000)，因此尤其非常適合制造焊接構(gòu)件，例如公路或鐵路的罐車。說明如下。
關(guān)于在應(yīng)力作用下耐腐蝕性的研究，本申請人優(yōu)選采用例如在標(biāo)準(zhǔn)ASTM G129中介紹的低應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)方法。在實(shí)驗(yàn)條件得到很好控制的前提下，與包括確定應(yīng)力腐蝕中非斷裂臨界應(yīng)力的傳統(tǒng)方法相比，前述實(shí)驗(yàn)更快、更靈敏。
低應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)的原理包括比較惰性介質(zhì)(實(shí)驗(yàn)室氣氛)和腐蝕性介質(zhì)中的拉伸性能。在腐蝕性介質(zhì)中靜態(tài)機(jī)械性能的降低對應(yīng)的是對應(yīng)力腐蝕的敏感性。最敏感的拉伸實(shí)驗(yàn)特性是斷裂時(shí)的延伸率A和最大應(yīng)力(頸縮)Rm。本申請人觀察到斷裂時(shí)的延伸率是比最大應(yīng)力靈敏的多的參量。必須確保靜態(tài)機(jī)械性能的降低的確對應(yīng)的是應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕被定義為機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境的協(xié)同、同時(shí)作用。因此，本申請人也在無應(yīng)力作用的情況下將試樣預(yù)暴露在腐蝕性介質(zhì)(暴露時(shí)間與在該介質(zhì)中實(shí)施拉伸實(shí)驗(yàn)的時(shí)間相同)中，然后，又在惰性介質(zhì)(實(shí)驗(yàn)室氣氛)中進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn)。如果獲得的拉伸特性與在惰性介質(zhì)中所獲結(jié)果并無不同，那么，應(yīng)力腐蝕的敏感性則可以使用“SC敏感性”指數(shù)確定，該指數(shù)定義如下I＝(A％惰性介質(zhì)-A％腐蝕介質(zhì))/A％惰性介質(zhì)×100
低應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵方面涉及拉伸試樣的選擇、變形率和腐蝕溶液。本申請人使用的試樣(沿縱截面方向取樣)具有裙?fàn)?scalloped)花邊形狀，其曲率半徑為100mm，這樣能夠?qū)π巫冞M(jìn)行定位和實(shí)驗(yàn)更嚴(yán)酷。
關(guān)于應(yīng)力速度，速度過快不會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，而速度太低則會掩蓋應(yīng)力腐蝕。本申請人采用的變形速率為5×10-5s-1(與4.5×10-2mm/min的橫向運(yùn)動速度相對應(yīng))，該變形速率能夠最大程度地展現(xiàn)應(yīng)力腐蝕效應(yīng)(參見R.Dif等的文章，1998年6th國際鋁合金會議論文集，第1615-1620頁，Toyohashi，Japan)。
關(guān)于待使用的腐蝕環(huán)境，當(dāng)腐蝕介質(zhì)過強(qiáng)時(shí)掩蓋應(yīng)力腐蝕會涉及同樣的問題，但是，環(huán)境不夠惡劣不能夠證實(shí)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，已成功使用了3％NaCl+0.3％H2O2溶液。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品可以優(yōu)先用于焊接構(gòu)件，例如公路或鐵路罐車的構(gòu)件，或者工業(yè)車輛的構(gòu)件。它們尤其可以作為增強(qiáng)部件用于機(jī)動車輛車身的構(gòu)件。該產(chǎn)品表現(xiàn)出良好的可成型性。
在一種優(yōu)選用途中，根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品的使用形式是處于低冷加工冶金回火態(tài)如0回火或H111回火態(tài)的軋制薄板，薄板厚度為3-12mm，優(yōu)選4.5-10mm，用于制造公路或鐵路罐車。所述薄板的特征在于Rm(LT)×A(LT)之積大于8200，優(yōu)選大于8500，更有選大于9000，并且具有良好的耐腐蝕性。對于這一用途，采用一種優(yōu)選方式，經(jīng)過在100℃下20天的時(shí)效之后，在晶間抗力實(shí)驗(yàn)中的質(zhì)量損失低于30mg/cm2，而且，經(jīng)過在100℃下20天的時(shí)效之后，SC低應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)指數(shù)小于50％。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品可以借助能夠用于Al-Mg合金的任何焊接方法，例如MIG或TIG焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊進(jìn)行焊接。更特別地，本申請人觀察到采用MIG法焊接根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品，所獲焊縫具有斷裂極限至少與已知合金如5186一樣高的特征。所述焊接實(shí)驗(yàn)采用平滑氣流半自動MIG焊接方法，在處于H111回火態(tài)、存在V型坡口的對頂焊接薄板上沿橫縱截面的長方向進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中，采用5183合金充填焊絲。對沿縱向(與焊縫垂直)取樣的具有一個對稱的平焊縫和一個非平焊縫的拉伸試樣，或者沿LT方向取樣的拉伸試樣進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)沿縱向取樣的試樣的Rm值至少275MPa，這強(qiáng)調(diào)說明該材料非常適合用于焊接構(gòu)件。
采用實(shí)施例，將會更清楚地了解本發(fā)明，但是，所述實(shí)施例本身不具有限制性。
實(shí)施例實(shí)施例1借助半連續(xù)鑄造制備出各種合金的軋制錠材。它們的組成如表1所示。由在鑄造通道取樣的液態(tài)金屬獲得光譜分析用金屬塊，并且采用火花光譜儀進(jìn)行元素的化學(xué)分析。
加熱軋制錠材，之后進(jìn)行熱軋。例如，對應(yīng)于實(shí)施例H1的錠材采用三個步驟加熱490℃下10小時(shí)，510℃下10小時(shí)，490℃下3小時(shí)45分鐘，然后進(jìn)行熱軋，其中進(jìn)入溫度為490℃，卷曲溫度為310℃。對應(yīng)于實(shí)施例H2、I1、I2、I3和I4的錠材，采用兩個步驟(510℃下21小時(shí)+490℃下2小時(shí))加熱，軋制的進(jìn)入溫度分別為477℃、480℃、479℃、474℃和478℃，而卷曲溫度分別為290℃、300℃、270℃、310℃和300℃。卷曲之后，將所有薄板平整并且出廠。
表1
合金A，B，C，D，E和F是根據(jù)目前現(xiàn)有技術(shù)的合金。合金G，H和I則是根據(jù)本發(fā)明的合金。
表2示出了由上述這些合金制備的薄板的性能。薄板采用與其合金相同的參考字母標(biāo)號。
表2薄板性能
實(shí)施例2采用平滑氣流半自動MIG焊結(jié)方法，將對應(yīng)于實(shí)施例H1的處于H111回火態(tài)、存在V型坡口(45°角)的兩個5.0mm薄板沿橫截面的長方向?qū)敽附右黄?。所使用的?.2mm厚的5183合金(Mg 4.81％，Mn 0.651％，Ti 0.120％，Si 0.035％，F(xiàn)e 0.130％，Zn0.001％，Cu0.001％，Cr0.075％)充填焊絲(Soudure Autogene Francaise提供)。
試樣沿縱向穿過焊縫取樣，以使焊縫正好處于中心部位。對于對稱平焊縫，發(fā)現(xiàn)Rm值為285MPa，而非平焊縫則為311MPa。
對與H2薄板對應(yīng)的兩個薄板進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。對于對稱平焊縫，發(fā)現(xiàn)Rm值為290MPa。對于非平焊縫，發(fā)現(xiàn)Rm值為318MPa。作為對照，對于在厚度相當(dāng)?shù)默F(xiàn)有薄板上的平焊縫，獲得的Rm值為283MPa(參見L.Cottignies等，“AA 5186a new alloy for welded constructions”，Journal of Light Metal Welding and construction，1999)。
對與I2和I4薄板對應(yīng)的兩個薄板進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。對于該實(shí)驗(yàn)，試樣沿LT方向穿過焊縫取樣。獲得如下結(jié)果
實(shí)施例3在如實(shí)施例1所述制備的薄板上，進(jìn)行了LDH(Limit Dome Height)實(shí)驗(yàn)。LDH是一種外周固定的(peripheral blocked)坯料拉拔實(shí)驗(yàn)(R.Thompson，“The LDH test to evaluate sheet metal formabilityFinal report of the LDH committee of the North American DeepDrawing Research Group”，SAE Conference，Detroit，1993，SAE PaperNo.93-0815)。490mm×490mm的坯料受到等軸雙向膨脹應(yīng)力的作用。沖頭(直徑250mm)與薄板之間的潤滑由塑性薄膜和油脂提供。LDH值是斷裂時(shí)沖頭的位移，即極限拉拔深度。
對于H1薄板，獲得的LDH值為101mm，而對于H2薄板，其LDH值為94.1mm。作為對照，對于厚度相當(dāng)?shù)默F(xiàn)有現(xiàn)術(shù)合金，獲得的LDH值為94.3mm(參見L.Cottignies等，“AA 5186a new aluminium alloyfor welded constructions”，Journal of Light Metal Welding andconstruction，1999)。
實(shí)施例4根據(jù)在“發(fā)明詳述”部分介紹的方法和參量，對現(xiàn)有技術(shù)合金薄板和對應(yīng)于實(shí)施例H1的薄板進(jìn)行了慢應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)。表3示出了由此兩種合金獲得的延伸率以及不同的時(shí)效條件。
表3慢應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果
可觀察到盡管根據(jù)本發(fā)明的合金中鎂含量較高，但是，經(jīng)時(shí)效處理，特別是程度適中的時(shí)效之后，該合金具有改善的耐應(yīng)力腐蝕性。
對對應(yīng)于本發(fā)明的H1，H2，I2和I4薄板以及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的5186合金薄板(根據(jù)the Official Journal of the European Communities的建議，具體出處為19/11/84，No.L300，35-43)進(jìn)行了晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中使用的是B溶液(30g/l NaCl+5g/l HCl)，試樣規(guī)格為30mm×30mm×5mm。由上述實(shí)驗(yàn)所獲結(jié)果如表4所示，其中，現(xiàn)有技術(shù)結(jié)果作為參照。
表4
根據(jù)本發(fā)明的合金具有與現(xiàn)有合金相當(dāng)或者更優(yōu)的耐晶間腐蝕性。
實(shí)施例5通過半連續(xù)鑄造制備出組成如下的軋制錠材Mg 5.0％，Zn 0.30％，Mn 0.35％，Si 0.01％，F(xiàn)e 0.15％，Cu 0.03％，Zr 0.02％，Cr 0.03％，Ni＜0.01％，Ti 0.02％。經(jīng)過505℃下19小時(shí)的均勻化處理之后，將鑄錠熱軋至7mm厚。在輕度平整之后，對薄板進(jìn)行退火，工藝如下溫度升至378℃并且保持8小時(shí)，之后，在378℃和390℃之間保持30分鐘。
由此獲得的薄板具有如下平均機(jī)械特性(LT方向)Rm＝297MPa，Rp0.2＝139MPa，A＝28.9％
權(quán)利要求
1.Al-Mg合金的加工產(chǎn)品，其特征在于它含有(wt.％)Mg 4.85-5.35Mn 0.20-0.50 Zn 0.20-0.45Si＜0.20Fe＜0.30 Cu＜0.25 Cr＜0.15Ti＜0.15Zr＜0.15余者是鋁及其不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其特征在于Mg 4.90-5.30％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于Mn0.20-0.40％，并且優(yōu)選0.25-0.35％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于Zn0.25-0.40。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于Cu＜0.20，優(yōu)選＜0.15，更優(yōu)選＜0.10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于其含有至少0.10％的鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于其含有至少0.05％的硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于其含有至少4.95％的鎂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于其含有至少5.0％的鎂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于它在斷裂時(shí)的延伸率A至少為24％，優(yōu)選至少為27％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于它的拉伸屈服強(qiáng)度Rp0.2(LT)至少145MPa，它的極限拉伸強(qiáng)度Rm(LT)至少290MPa，它在斷裂時(shí)的延伸率A(LT)至少24％。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的產(chǎn)品，其特征在于它的拉伸屈服強(qiáng)度Rp0.2(LT)至少150MPa，優(yōu)選至少170MPa。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于它在斷裂時(shí)的延伸率A(LT)至少27％。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于它的極限拉伸強(qiáng)度Rm(LT)至少300MPa。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于Rm(LT)×A(LT)之積大于8200，優(yōu)選大于8500，更優(yōu)選大于9000，其中，Rm(LT)的單位是MPa，A(LT)是百分?jǐn)?shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于經(jīng)過7天100℃下的時(shí)效處理之后，晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)后的質(zhì)量損失低于20mg/cm2。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-15之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于經(jīng)過20天100℃下的時(shí)效處理之后，晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)后的質(zhì)量損失低于50mg/cm2，優(yōu)選低于30mg/cm2。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-15之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于經(jīng)過20天120℃下的時(shí)效處理之后，晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)后的質(zhì)量損失低于95mg/cm2，優(yōu)選低于80mg/cm2，更優(yōu)選低于60mg/cm2。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18之任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其特征在于它包括軋制薄板。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的薄板，其特征在于其厚度為3-12mm。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的薄板，其特征在于其厚度為4.5-10mm。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21之任何一項(xiàng)的薄板，其特征在于其通過對借助半連鑄獲得的鑄錠進(jìn)行熱軋制備而成。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的薄板，其特征在于熱軋機(jī)輸出溫度為260-330℃，優(yōu)選為290-330℃。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23之任何一項(xiàng)的薄板在焊接構(gòu)件中的應(yīng)用。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-23之任何一項(xiàng)的薄板在公路或鐵路罐車中的應(yīng)用。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-23之任何一項(xiàng)的薄板在工業(yè)車輛構(gòu)件中的應(yīng)用。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-23之任何一項(xiàng)的薄板在機(jī)動車車身構(gòu)件中的應(yīng)用。
28.至少部分采用具有如下組成的薄板制備的公路或鐵路罐車，所述組成為(wt.％)Mg 4.95-5.35Mn 0.20-0.50Zn 0.25-0.45Si 0.05-0.20Fe 0.10-0.30Cu＜0.25 Cr＜0.15Ti＜0.15Zr＜0.10余者是鋁及其不可避免的雜質(zhì)，所述薄板的Rm(LT)×A(LT)之積至少8500，優(yōu)選至少9000。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的罐車，其特征在于所述薄板的耐腐蝕性的特征是經(jīng)過20天100℃下的時(shí)效處理之后，晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)期間的質(zhì)量損失低于50mg/cm2，優(yōu)選低于30mg/cm2。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29之任何一項(xiàng)的罐車，其特征在于所述薄板的耐應(yīng)力腐蝕性的特征是經(jīng)過20天100℃下的時(shí)效處理之后，SC指數(shù)小于50％。
31.至少部分采用根據(jù)權(quán)利要求1-23之任何一項(xiàng)的薄板制備的焊接構(gòu)件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的焊接構(gòu)件，其特征在于通過采用MIG焊結(jié)方法，5183合金充填焊絲，將V型坡口(45°角)沿縱截面方向?qū)敽附右黄皤@得的焊縫，其Rm至少275MPa，該值是對沿縱向穿過焊縫取樣的試樣的測量結(jié)果，而且，要求在對焊縫進(jìn)行對稱校正之后，所述焊縫正好位于試樣長度中心處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Al－Zn－Mg－Cu合金焊接產(chǎn)品，其特征在于它含有(wt.％)Mg 4.85－5.35，Mn 0.20－0.50，Zn 0.20－0.45，Si＜0.20，F(xiàn)e＜0.30，Cu＜0.25，Cr＜0.15，Ti＜0.15，Zr＜0.15，余者是鋁及其不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，本發(fā)明的產(chǎn)品斷裂時(shí)的延伸率A(LT)至少為24％，R
文檔編號C22C21/08GK1643172SQ03806587
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者R·迪夫, C·埃農(nóng), J·吉耶默內(nèi), H·里貝斯, G·皮耶 申請人:皮奇尼何納呂公司