WELDURAL铝合金在新能源汽车大型模具的应用

　　Weldalite（WELDURAL）圆棒铝合金：可焊高强合金全面指南

　　材料基本介绍

　　Weldalite（常称WELDURAL，对应AA铝业协会2195/2196等）是新一代可焊接超高强度铝锂合金，由美国NASA联合铝业公司开发，初用于航天飞机外燃料箱。

　　WELDURAL化学成分：

　　铝 Al ：余量

　　硅 Si ：≤0.40

　　铜 Cu ：≤0.10

　　镁 g：4.0～4.9

　　锌 Zn：≤0.25

　　锰 n：0.40～1.0

　　钛 Ti ：≤0.15

　　铬 Cr：0.05～0.25

　　铁 Fe： 0.000～ 0.400

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　WELDURAL力学性能：

　　电导率20℃(68℉)---30-40(%IACS)

　　抗拉强度(25°C Pa)---472

　　屈服强度(25°C Pa)---325

　　硬度(500kg力10球)---120

　　延伸率(1.6(1/16in)厚度) ---10

　　剪应力(Pa)---285

　　注 ：管材室温力学性能

　　试样尺寸：壁厚/ (所有)

　　状态：铝及铝合金拉(轧)制无缝管 (H32)

　　质量特征

　　密度：2.90g/c3。

　　剪切强度：合金(裸)和包铝合金，O状态：152Pa(22ksi);合金(裸)T6，T7451状态：331Pa(48ksi);包铝合金T6，T7451状态：317Pa(46ksi)。

　　硬度：O状态：60HB;T6,T7451状态：150HB;数据取自直径10球及在500kg载荷下30s的测试结果。

　　泊松比:0.33。

　　弹性模量：拉伸：71.0GPa(10.3×106psi)，剪切：26.9GPa(3.9×106psi)，压缩72.4GPa(10.5×106psi)

　　疲劳强度：T6，T7451，T73状态：光滑无缺口试件在R·R·oore型测试中循环5×108次，为159Pa(23ksi)。

　　核心特性

　　1. 突破性机械性能

　　超高强度：T8状态抗拉强度可达690-720MPa（媲美某些钢材）

　　低密度：2.71g/cm³（比传统航空铝轻6-8%）

　　超高模量：80-82GPa（比常规铝高10-12%）

　　2. 焊接性能革命

　　焊接系数：0.85-0.95（传统高强铝仅0.4-0.6）

　　焊接方式：适用TIG/MIG/FSW等多种焊接

　　焊后强度：焊区强度保持率>90%

　　3. 特殊优势

　　低温性能：-253°C下强度提升15-20%（液氢储存理想材料）

　　耐损伤性：裂纹扩展速率比7075低2-3个数量级

　　各向同性：横向性能损失<5%

　　典型应用

　　1. 航空航天

　　运载火箭：SpaceX Falcon 9箭体、燃料箱

　　航天器：卫星承力结构、空间站模块

　　军用飞机：F-35机身框架、机翼连接件

　　2. 交通运输

　　高铁：新一代动车组车体结构

　　汽车：电动车电池包承重框架

　　船舶：高速艇龙骨和甲板加强材

　　3. 高端装备

　　深潜器：载人潜水器耐压壳体

　　能源设备：LNG储罐内胆支撑结构

　　竞技器材：美洲杯帆船赛船体骨架

　　材料成分（wt%典型值）

　　元素含量作用

　　Li0.8-1.2%降密度、提模量

　　Cu3.5-4.5%主要强化元素

　　Mg0.2-0.8%协同强化

　　Ag0.2-0.6%纳米相调控

　　Zr0.08-0.16%晶粒细化

　　Fe+Si<0.15%严格控制

　　热处理工艺

　　T6处理：

　　固溶：530°C×1h → 水淬

　　时效：155°C×24h

　　T8处理：

　　预变形：淬火后6-8%冷变形

　　时效：135°C×30h

　　焊后处理：

　　局部时效：120°C×36h（焊接区域专用）

　　加工技术要点

　　1. 机加工

　　刀具选择：推荐金刚石涂层刀具

　　切削参数：

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　　粗加工：vc=150-180m/min，fz=0.1-0.15mm

　　精加工：vc=250-300m/min，fz=0.05-0.08mm

　　2. 焊接工艺

　　参数示例（TIG焊接）：

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　　{

　　"电流类型": "直流正接",

　　"电流(A)": "180-220",

　　"保护气体": "Ar+30%He",

　　"焊丝": "2319/Al-CuMn",

　　"预热温度": "80-100°C"

　　}

　　3. 表面处理

　　阳极化：推荐硼硫酸阳极氧化（BSAA）

　　涂层系统：

　　阿洛丁1200S化学转化

　　环氧底漆

　　聚氨酯面漆

　　与传统航空铝对比

　　性能Weldalite707520246061

　　强度(MPa)720570470310

　　密度(g/cm³)2.712.812.782.70

　　焊接系数0.90.50.60.8

　　比刚度30.225.625.925.2

　　成本系数5.81.00.80.6

　　使用限制与对策

　　温度限制：

　　长期使用≤150°C（短期可至200°C）

　　对策：高温部位采用Ti合金补强

　　加工硬化：

　　冷作加工后需及时退火

　　对策：控制单次变形量<15%

　　特殊防护：

　　海洋环境需采用Alclad包覆

　　对策：设计排水通道避免积液

　　Weldalite铝合金代表了现代铝合金技术的高水平，虽然成本高昂，但其独特的性能组合使其在减重关键部位具有的价值。随着SpaceX等商业航天公司的大规模应用，该材料正逐步向高端民用领域扩展。