【摘 要】
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5356铝合金焊丝具有优良的可焊性与良好加工性能,作为一种量大面广的填充材料,在航天航空、国防军工、轨道车辆、汽车工业等领域得到了广泛的应用。但是,由于其镁含量高,在制备过程中容易吸气和氧化,氢含量和渣含量较高,导致焊接过程中焊接工艺性差,焊缝性能低,而目前常规的净化方法难以保证获得氢含量和渣含量低的铝合金焊丝材料,因此,对5356铝合金焊丝材料进行纯净化处理具有非常重要的意义和应用价值。本文采用
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5356铝合金焊丝具有优良的可焊性与良好加工性能,作为一种量大面广的填充材料,在航天航空、国防军工、轨道车辆、汽车工业等领域得到了广泛的应用。但是,由于其镁含量高,在制备过程中容易吸气和氧化,氢含量和渣含量较高,导致焊接过程中焊接工艺性差,焊缝性能低,而目前常规的净化方法难以保证获得氢含量和渣含量低的铝合金焊丝材料,因此,对5356铝合金焊丝材料进行纯净化处理具有非常重要的意义和应用价值。本文采用熔铸+热挤压法制备5356铝合金材料,研究了熔铸工艺参数、退火工艺参数和挤压工艺参数对5356铝合金材料氢含量和渣含量的影响规律,优化了 5356铝合金熔铸工艺、真空均质化退火工艺和挤压工艺,制备了高纯净度的5356铝合金线坯材料;揭示了真空熔铸工艺条件下,5356铝合金熔体的除氢和除渣机制。本文的主要研究结果如下:（1）研究了熔铸工艺对5356铝合金材料氢含量的影响规律,对比分析了 5356铝合金非真空熔铸和真空熔铸工艺对5356铝合金材料氢含量的影响,优化了真空熔铸工艺参数。研究结果表明:相比非真空熔铸,真空熔铸时熔体的氢含量更低,非真空熔铸时5356铝合金氢含量为3.41～4.97 ml/100gAl,而真空熔铸时氢含量≤0.20 ml/100gAl。真空熔铸过程中真空度、熔体搅拌、静置时间等三个参数对铝合金熔体氢含量影响较大,真空度越高,熔体搅拌时间越长,熔体静置时间越长,氢含量越低。优化后的真空熔铸工艺参数为:真空度10-1Pa,熔体搅拌时间15 min,熔体静置时间20 min,获得的5356铝合金铸锭的氢含量≤0.10 ml/100gAl。（2）研究了 5356铝合金退火工艺、挤压工艺对5356铝合金材料氢含量的影响规律,对比分析了非真空退火和真空退火工艺挤压工艺对5356铝合金材料氢含量的影响,优化了真空退火工艺参数和挤压工艺参数。研究结果表明:非真空退火状态下,真空熔铸的5356铝合金铸锭的氢含量达到了 0.14～0.16 ml/100gAl;在真空状态下退火,真空熔铸的5356铝合金铸锭的氢含量≤0.10 ml/100gAl。在真空退火状态下,退火温度上升,氢含量变化不明显。在热挤压过程中,预热时间增加,坯料中的氢含量增加。优化后的真空退火工艺参数:退火温度480℃,保温时间10h。优化后的挤压温度参数:坯料挤压温度500℃,坯料采用感应加热,加热时间0.3 h。（3）研究了 5356铝合金熔铸工艺、退火工艺以及挤压工艺对5356铝合金材料渣含量的影响规律。研究结果表明:相比非真空熔体净化,真空熔体净化使大块的杂质相含量由6.1 1%降至0.44%,氧化夹杂含量由0.45%降至0.03%。与非真空退火工艺相比,铸锭真空退火后表面光亮,网状的β相（Al8Mg5）发生溶解,组织中无明显夹杂物。挤压线坯组织中也没有发现明显的夹杂物。（4）从动力学和热力学两方面揭示了真空熔铸工艺条件下5356铝合金熔体除氢和除渣机制。从热力学角度而言,真空条件下铝合金熔体上方氢分压很低,趋近于零,铝熔体内外氢的分压差显著增加了铝熔体的脱氢倾向。从动力学角度而言,真空搅拌熔体改变了氢析出的动力学条件,提高了气泡“有效形核率”,加快氢原子的扩散系数和析出速度,促进氢由纯扩散析出向气泡析出扩散,显著降低氢的极限溶解度。
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