本发明属于金属材料领域，具体涉及一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝。技术背景电弧熔丝增材制造(wirearcadditivemanufacture，waam)，作为一种新兴的制造方法，具有成形工艺灵活、材料利用率高、成本低、堆积体力学性能优良等优点，尤其适用于制造复杂度较低的大中型零部件。近年来，waamal-mg合金越来越受到科研院所及国际大型公司的关注，waam工艺制备al-mg合金部件，有两个优势：第一，al-mg合金铸造性能差，焊接接头软化问题是制约al-mg合金发展的关键问题，waamal-mg合金可实现结构形式上的灵活性、组织的一致性。第二，淬火变形是需固溶淬火 时效强化铝合金(al-cu合金，al-si-mg合金等)不可避免的问题，淬火过程中由于表面和芯部收缩不一致，导致内部产生大量残余应力，从而使构件产生变形。这种变形是不可控的，为后续机加工带来困难，严重降低成品率。同时，淬火变形使waam工艺快速制造失去意义。al-mg合金无需热处理便可达到中等强度，避免了淬火变形问题，可实现waam工艺快速制造。因此，al-mg合金更适用于waam工艺制造。已有一些利用传统al-mg合金焊丝进行电弧熔丝增材制造的报道，但强度均不高，无法满足工业使用的要求，例如geng等人发表的《geometriclimitationandtensilepropertiesofwireandarcadditivemanufacturing5a06aluminumalloyparts》(journalofmaterialsengineeringandperformance[j].2017，vol.26，p621-629)中，抗拉强度273mpa，屈服强度124mpa；dutra等人发表的《metallurgicalcharacterizationofthe5083h116aluminumalloyweldedwiththecoldmetaltransferprocessandtwodifferentwire-electrodes(5183and5087)》(weldingintheworld[j].2015，vol.59,p797-807)中，抗拉强度283mpa，屈服强度146mpa。目前，al-mg合金电弧熔丝增材制造，堆积体抗拉强度大于300mpa，屈服强度大于200mpa的焊丝还未见报道。技术实现要素：本发明的目的是提供一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，本发明焊丝制备的堆积体是al-mg合金中强度最高的，抗拉强度大于410mpa，屈服强度大于275mpa，延伸率大于14％，且横纵向力学性能一致，具有较广阔的应用前景。为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，其特征在于，按质量百分比计，成分为：镁mg：5.5-6.5％，锰mn：0.5-1.0％，钛ti：0.08-0.15％，钪sc：0.15-0.3％，铁fe：≤0.2％，硅si:≤0.06％，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，一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，按质量百分比计，成分为：镁mg：6.0-6.5％，锰mn：0.5-1.0％，钛ti：0.08-0.15％，钪sc：0.15-0.3％，铁fe：≤0.2％，硅si:≤0.06％，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，一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，按质量百分比计，成分为：镁mg：6.0-6.5％，锰mn：0.5-1.0％，钛ti：0.08-0.15％，钪sc：0.2-0.3％，铁fe：≤0.2％，硅si:≤0.06％，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。本发明所述的适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，利用waam方法制备的堆积体密度小，可达2.59g/cm3以下，符合军工及航空航天轻量化的要求。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电弧熔丝增材制造中的应用。本发明还提供本发明所述焊丝在镁合金焊接领域的应用。本发明还提供本发明所述焊丝在军工或航空航天领域的应用。本发明所述的铝镁合金焊丝，利用waam方法制备的堆积体，具有优良的效果：本发明所用的mg元素是基本强化元素，发明人发现，当mg含量小于5.5％，堆积体力学性能不高；当mg含量大于6.5％，堆积体成形差，mg元素烧损大，气孔多，易出现结晶热裂纹，力学性能下降，本发明所用的范围具有最佳的强化效果又可有效避免上述问题。本发明所用的sc元素在电弧增材制造过程中，可形成尺寸小于3μm的初生al3sc相，远小于其他制备工艺中初生al3sc相的尺寸，细晶强化作用显著；时效热处理后，可从堆积体中析出尺寸小于20nm的次生al3sc相，呈球形，起析出强化作用。发明人发现，受waam工艺冷却速度限制，sc在铝基体中的过饱和固溶度在0.25％左右，当sc含量小于0.15％时，可全部固溶在铝基体中，无细晶强化作用，堆积体力学性能与无sc合金持平；当sc含量大于0.3％时，虽可进一步细化晶粒，但初生al3sc相发生团聚，晶界粗化，力学性能无继续提高，且sc价格昂贵，焊丝成本大幅增加，本发明所用的sc含量范围具有最佳的效果。本发明所用的ti元素为细晶元素，与sc元素一起起到复合强化作用。传统铝合金都是利用zr sc复合强化，但zr对氧的亲和力很强，1000℃氧气可溶于zr中，waam工艺电弧温度大于3000℃，zr元素烧损严重，成形后合金中几乎检测不到zr元素，因此在waam工艺中，zr sc无法体现复合强化作用。本发明以ti sc复合强化al-mg合金，ti含量高，范围为0.08-0.15％。ti含量低于0.08％，由于电弧温度高，烧损严重，ti的作用无法体现。ti含量高于0.15％，ti为强形核元素，形成初生al3ti的倾向大，发生聚集长大，并会减小合金的过冷度，不利于快凝合金在大过冷度条件下开始凝固。在本发明的ti含量范围内，ti可取代al3sc中的sc，形成al3(scx,ti1-x)相，增强sc的细晶强化和析出强化作用，另外ti可改变层间针状和板条状偏聚析出相(含mn和fe元素的析出相)的形貌，降低层间的应力集中，达到横纵向力学性能一致的效果。本发明的有益效果是：一，本发明所述的al-mg合金焊丝，焊丝晶粒细小，组织均匀，强度高，送丝性能稳定。二，本发明所述的al-mg合金焊丝，利用waam方法制备的堆积体密度小(2.59g/cm3)，符合军工及航空航天轻量化的要求。三，本发明所述的al-mg合金焊丝，利用waam方法制备的堆积体表面平整，组织均匀，晶粒细小，强度高，韧性好，横纵向力学性能一致，直接堆积态具有较高力学性能，抗拉强度＞370mpa，屈服强度＞265mpa，延伸率＞20％。经时效热处理后抗拉强度＞410mpa，屈服强度＞275mpa，延伸率＞14％。四，本发明所述的al-mg合金焊丝，可用于铝镁合金的焊接，焊缝晶粒细小，强度高，焊接系数＞0.85。附图说明图1为堆积体直接堆积态的金相组织。图2为时效热处理后次生al3sc的透射电镜形貌图。具体实施方法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。实施例1：本发明一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，合金成分按质量百分比计，镁mg：6.39％，锰mn：0.724％，钛ti：0.134％，钪sc：0.28％，铁fe：0.0905％，硅si:0.0179％，余量为铝al。对比例1对比例的焊丝将实施例1中的钛ti替换为zr，其他同实施例1。实施例1和对比例1的焊丝按照发明名称为“一种新型实心焊丝的加工制造方法”授权公告好为cn103286481b的中国专利所述的制备方法制备而成。本实施例1制得的al-mg合金焊丝，晶粒细小，组织均匀，减径加工过程顺畅，焊丝成品率93％以上，最终减径到直径1.2mm，抗拉强度为543mpa，延伸率为5％。焊接例1焊接例的焊丝成分与实施例1相同。制备方法与实施例1相同。焊接底板为300mm×150mm×10mm的5e61板材(合金成分按质量百分比计，镁mg：6.2％，锰mn：0.9％，锆zr：0.1％，铒er：0.2％，余量为铝al)。平焊，v形坡口，坡口角度为70°。焊接工艺参数：电流200a，电压22.5v，氩气(99.999％)流量25l/min，层间温度80℃，两层两道。性能测试：1、以实施例1所制备的焊丝作为原材料，在室温下，用cmt advanced工艺进行堆积，层间温度60℃-80℃。堆积体密度为2.59g/cm3，初生al3sc相尺寸小于3μm，可强烈细化晶粒，晶粒细小，尺寸小于30μm，如图1所示。350℃/1h时效热处理后析出次生al3sc相，尺寸小于20nm，呈球形，弥散分布，强烈钉扎位错和亚晶界，起析出强化作用，如图2所示。堆积体强度高、韧性好，且横纵向力学性能一致，与waam方法成形的不加sc的5b06堆积体相比，力学性能大幅提高，如表1所示。表1堆积体力学性能2、实施例1和对比例1性能对比按照1中所述方法对实施例1和对比例1所形成的直接堆积态堆积体力学性能进行对比，结果如表2所示。ti可改变层间针状和板条状偏聚析出相(含mn和fe元素的析出相)的形貌，降低层间的应力集中，达到横纵向力学性能一致的效果，可见，ti sc复合强化al-mg合金更适用于电弧熔丝增材制造。表2实施例1和对比例1性能对比3、焊接例1性能以实施例1所制备的焊丝作为原材料，在室温下，焊接5e61板材，得到的焊缝组织均匀，晶粒细小，焊接系数为0.86。力学性能如表3所示：表3焊缝力学性能表抗拉强度/mpa焊接系数5e61母材430焊缝(焊后)3700.86当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，其特征在于，按质量百分比计，成分为：镁mg：5.5-6.5％，锰mn：0.5-1.0％，钛ti：0.08-0.15％，钪sc：0.15-0.3％，铁fe：≤0.2％，硅si:≤0.06％，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。
2.根据权利要求1所述的铝镁合金焊丝，其特征在于，按质量百分比计，成分为：镁mg：6.0-6.5％，锰mn：0.5-1.0％，钛ti：0.08-0.15％，钪sc：0.15-0.3％，铁fe：≤0.2％，硅si:≤0.06％，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。
3.根据权利要求1所述的铝镁合金焊丝，其特征在于，按质量百分比计，成分为：镁mg：6.0-6.5％，锰mn：0.5-1.0％，钛ti：0.08-0.15％，钪sc：0.2-0.3％，铁fe：≤0.2％，硅si:≤0.06％，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。
4.权利要求1～4所述的铝镁合金焊丝在电弧熔丝增材制造中的应用。
5.权利要求1～4所述的铝镁合金焊丝在铝镁合金焊接领域的应用。
6.权利要求1～4所述的铝镁合金焊丝在军工或航空航天领域的应用。
技术总结本发明公开一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝，按质量百分比计：镁Mg：5.5‑6.5％，锰Mn：0.5‑1.0％，钛Ti：0.08‑0.15％，钪Sc：0.15‑0.3％，铁Fe：≤0.2％，硅Si:≤0.06％，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。本发明所述焊丝，组织均匀，强度高，送丝性能稳定；增材制造成形后，堆积体密度低(2.59g/cm3)，表面平整，组织均匀，晶粒细小，强度高，韧性好，横纵向力学性能一致，经时效热处理后力学性能进一步提高。所述焊丝适用于电弧熔丝增材制造及铝镁合金的焊接，可广泛应用于军工，航空航天领域。
技术研发人员：王伟;任玲玲;翟玉春
受保护的技术使用者：抚顺东工冶金材料技术有限公司
技术研发日：2020.02.20
技术公布日：2020.06.05
