WELDURAL铝合金在汽车轻量化结构件中的冲压成形性研究

　　WELDURAL®铝合金综合技术分析报告

　　一、材料基本概况

　　WELDURAL是一种改良型Al-Zn-Mg-Cu系可焊铝合金，由法国Pechiney公司(现为Constellium)开发，主要针对传统7xxx系铝合金焊接性差的问题进行了特殊优化。

　　WELDURAL化学成分：

　　硅 Si ：≤0.40

　　铜 Cu ：≤0.10

　　镁 Mg：4.0～4.9

　　锌 Zn：≤0.25

　　锰 Mn：0.40～1.0

　　钛 Ti ：≤0.15

　　铬 Cr：0.05～0.25

　　铁 Fe： 0.000～ 0.400

　　铝 Al ：余量

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　WELDURAL力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥310

　　条件屈服强度 σ0.2 (M其他：

　　单个：0.05 合计：0.15 Pa)：≥260

　　伸长率 δ10 (%)：≥10

　　注 ：型材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：所有厚度

　　WELDURAL热处理规范：

　　均匀化退火:加热475～490℃;保温12～14h;炉冷。

　　完全退火:加热350～400℃;随材料有效厚度不同,保温时间30～120min;以30～50℃/h速度随炉冷至300℃下,再空冷。

　　快速退火:加热350～460℃;保温时间30～120min;空冷。

　　淬火和时效:淬火495～505℃,水冷;自然时效室温96h。

　　2. 微观组织特征

　　主要强化相：η'(MgZn₂)和S(Al₂CuMg)

　　晶粒尺寸：20-50μm(轧制状态)

　　第二相分布：均匀弥散的纳米级析出相

　　三、物理性能参数

　　密度：2.82 g/cm³

　　热膨胀系数：23.5×10⁻⁶/K(20-100°C)

　　热导率：130 W/(m·K)

　　电导率：34% IACS

　　熔点范围：477-638°C

　　四、力学性能(典型值)

　　状态抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)断裂韧性(MPa√m)

　　T6480-520420-45010-1230-32

　　T73440-470380-41012-1535-38

　　焊接接头(ER5183)320-350260-2908-10-

　　五、核心性能优势

　　优异的焊接性能

　　焊接裂纹敏感性指数<3%

　　焊后强度保持率>75%

　　可采用常规MIG/TIG焊接工艺

　　良好的强度-韧性平衡

　　强塑积(强度×延伸率)>5000 MPa·%

　　KIC/σy比值优于常规7xxx合金

　　抗腐蚀性能

　　EXCO腐蚀等级：EB(优于7075的EC)

　　SCC阈值应力：≥60% σ0.2

　　六、典型应用领域

　　1. 交通运输领域(60%)

　　高铁车体焊接结构件

　　地铁车辆底架

　　重型卡车焊接框架

　　2. 海洋工程(25%)

　　船舶上层建筑

　　海上平台模块

　　潜艇耐压壳体非主承力部件

　　3. 工业装备(15%)

　　大型焊接压力容器

　　起重机臂架结构

　　工程机械焊接部件

　　七、加工与制造指南

　　1. 焊接工艺规范

　　保护气体：Ar+25%He混合气

　　焊丝选择：ER5183或ER5356

　　预热温度：80-120°C(厚度>10mm时)

　　层间温度：≤150°C

　　2. 热处理制度

　　固溶处理：475±5°C/1h→水淬

　　双级时效：

　　级：100°C/12h

　　第二级：160°C/8h

　　3. 机加工建议

　　切削速度：200-250m/min(硬质合金刀具)

　　进给量：0.1-0.2mm/rev

　　冷却方式：推荐微量润滑(MQL)

　　八、表面处理方案

　　阳极氧化

　　电解液：15%硫酸

　　膜厚：20-25μm

　　硬度：300-350HV

　　喷涂防护

　　底漆：环氧富锌(50-80μm)

　　面漆：聚氨酯(50μm)

　　化学转化

　　无铬钛锆转化膜

　　膜重：1.5-2.5g/m²

　　九、材料对比分析

　　性能指标WELDURAL70755083

　　焊接性★★★★★★★☆★★★★

　　强度★★★★★★★★★★★★

　　耐蚀性★★★★★★★★★★★★

　　成本指数1.51.01.2