【摘 要】
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Al-12.7Si-0.7Mg挤压型材是东北大学自主研发出的一种新型可热处理含镁高硅变形铝合金。针对这种新型合金的焊接问题,东北大学又成功制备出一种与该新型合金成分相同的Al-12.7Si-0.7Mg合金焊丝。本研究基于原有配用合金焊丝的化学成分设计了添加不同含量混合稀土元素（Ce+La）的 Al-12.7Si-0.7Mg-xRE（x=0,0.4,0.6,0.8）合金焊丝,旨在进一步提高这种新型变
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Al-12.7Si-0.7Mg挤压型材是东北大学自主研发出的一种新型可热处理含镁高硅变形铝合金。针对这种新型合金的焊接问题,东北大学又成功制备出一种与该新型合金成分相同的Al-12.7Si-0.7Mg合金焊丝。本研究基于原有配用合金焊丝的化学成分设计了添加不同含量混合稀土元素（Ce+La）的 Al-12.7Si-0.7Mg-xRE（x=0,0.4,0.6,0.8）合金焊丝,旨在进一步提高这种新型变形铝硅合金焊接接头的力学性能。首先,采用立式半连续铸造-均匀化退火-热挤压-多道次拉拔的工艺,制备了不同混合稀土（Ce+La）含量的φ1.6 mm Al-12.7Si-0.7Mg-xRE合金焊丝,研究混合稀土元素对Al-12.7Si-0.7Mg-xRE合金焊丝制备过程中铸态、挤压态、成品焊丝的显微组织和力学性能的影响;其次,利用Al-12.7Si-0.7Mg-xRE合金焊丝对Al-12.7Si-0.7Mg合金热挤压型材进行MIG焊接,分析了混合稀土元素对Al-12.7Si-0.7Mg-xRE合金接头T6热处理前后组织与性能的影响,为含镁高硅变形铝合金配用焊丝以及电弧增材制造用铝硅合金丝材的成分设计提供实验依据。Al-12.7Si-0.7Mg-xRE铝合金焊丝的制备工艺研究结果表明,采用立式半连续铸造—均匀化退火（520℃/12 h）—热挤压（热挤压温度470℃,挤压比为17.36）—多道次拉拔（拉拔道次11道次,每道次间进行400℃/2 h中间退火）的工艺成功制备出Al-12.7Si-0.7Mg-xRE 合金焊丝。混合稀土元素的加入使Al-12.7Si-0.7Mg合金铸态、挤压态以及焊丝的组织均得到一定程度改善。块状初生硅相数量减少,尺寸减小;共晶硅相由针状或长条状逐渐转变为短棒状或粒状,分布更加均匀;粗大的α-Al二次枝晶间距减小。添加0.6%混合稀土的合金变质效果最好,对应的铸态、挤压态以及成品焊丝抗拉强度最高,分别为263 MPa、252 MPa、181 MPa。采用不同混合稀土元素添加量的Al-12.7Si-0.7Mg-xRE铝合金焊丝的MIG焊试板均成形良好,无宏观焊接缺陷。混合稀土元素的加入使接头焊缝区α-Al枝晶逐渐变为等轴枝晶,共晶硅相细化,接头力学性能提高。当铝合金焊丝的混合稀土添加量为0.6%时,焊缝金属的共晶硅相尺寸最小,为0.88μm,组织分布最为均匀,焊缝区显微硬度和抗拉强度最高,分别为89 HV和245 MPa。焊接接头经T6热处理后,焊缝区微米级共晶硅相发生球化,弥散分布于α-Al基体中,当铝合金焊丝的混合稀土添加量为0.6%时,焊缝金属的共晶硅相尺寸最小,为1.24μm;使用不添加混合稀土元素的Al-12.7Si-0.7Mg合金焊丝的MIG接头焊缝区的显微硬度低于母材区的显微硬度,焊接过程中Mg元素的烧损是导致这种实验现象的主要原因;使用添加混合稀土元素的Al-12.7Si-0.7Mg-xRE合金焊丝的MIG接头焊缝区的显微硬度高于母材区,混合稀土元素促进强化相形成元素固溶和析出,纳米级针状Mg2Si析出强化相粒子脱溶析出是焊缝区显微硬度提高的主要原因。T6热处理后接头强度较未进行热处理的力学性能提高明显,使用添加0.6%混合稀土的Al-12.7Si-0.7Mg-0.6RE铝合金焊丝焊接的接头拉伸试样均断裂于熔合区与热影响区,其抗拉强度最高,为337 MPa,延伸率为8.3%。
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