WELDURAL铝合金的断裂韧性测试与失效分析

　　WELDURAL铝合金 全面技术分析报告

　　1. 材料概述

　　WELDURAL是一种可焊接的高强度铝合金，属于Al-Zn-Mg-Cu系合金。该合金通过优化Zn/Mg比例并添加Mn、Cr等元素，在保持接近7xxx系合金强度的同时，显著改善了焊接性能，特别适用于需要焊接组装的高强度结构件。

　　WELDURAL化学成分：

　　铝(Al) 余量

　　铬(Cr)≤0.04

　　锆(Zr)0.08～0.15

　　锌(Zn)5.7～6.7

　　硅(Si)≤0.12

　　铁(Fe)0.000～0.150

　　锰(Mn)≤0.10

　　镁(Mg)1.9～2.6

　　钛(Ti)≤0.06

　　铜(Cu)2.0～2.6

　　机械性能

　　密度：20℃(68℉)时为 2.83g/cm3(0.102lb/in3)。

　　退火温度 415℃(775℉)

　　固溶温度 475℃(890℉)

　　时效温度 120-175℃(250-350℉)

　　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·Moore型测试中循环5×108次，为159MPa(23ksi)。

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥180

　　屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥110

　　伸长率 δ5 (%)：≥14

　　注 ：棒材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：直径≤150

　　布氏硬度 HB ：95-100

　　质量特征

　　密度：2.90g/cm3。

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

　　激光焊

　　焊后热处理：

　　焊后自然时效(T4)：强度恢复85-90%

　　焊后人工时效(T6)：强度恢复90-95%

　　3.3 特殊性能

　　抗应力腐蚀性能：优于7075-T6约50%

　　疲劳强度(10⁷次)：280-320 MPa

　　各向异性比：≤1.15(优于传统7xxx系)

　　4. 主要应用领域

　　4.1 交通运输

　　轨道车辆车体结构

　　重型卡车底盘

　　船舶上层建筑

　　4.2 建筑工程

　　大跨度空间结构

　　桥梁构件

　　高层建筑幕墙支撑系统

　　4.3 工业装备

　　压力容器

　　起重机臂架

　　大型焊接结构件

　　5. 热处理工艺

　　标准热处理路线：

　　固溶处理：

　　温度：470-480℃

　　时间：1h/25mm厚度

　　淬火：水淬(转移时间<15s)

　　时效处理：

　　T6：120℃×24h

　　T73：110℃×8h + 160℃×16h(提高耐蚀性)

　　6. 焊接工艺参数

　　参数MIG焊FSW焊激光焊

　　热输入0.8-1.2 kJ/mm1.0-1.5 kN3-5 kW

　　速度0.4-0.6 m/min0.8-1.2 m/min2-4 m/min

　　保护气Ar+25%He-Ar

　　焊丝ER5356-AlSi12

　　7. 材料对比

　　特性WELDURAL70756082

　　强度★★★★☆★★★★★★★★☆☆

　　焊接性★★★★☆★★☆☆☆★★★★★

　　耐蚀性★★★★☆★★☆☆☆★★★★☆

　　成本★★★☆☆★★★★☆★★☆☆☆

　　8. 表面处理方案

　　阳极化处理：

　　膜厚：15-25μm

　　耐蚀性：1000h盐雾试验

　　喷涂防腐：

　　底漆：环氧富锌

　　面漆：聚氨酯

　　总厚度：80-120μm

　　化学转化膜：

　　铬酸盐处理

　　膜重：0.5-1.0 g/m²

　　9. 加工建议

　　机加工参数：

　　切削速度：200-300 m/min

　　进给量：0.1-0.2 mm/rev

　　刀具：PCD或超细晶粒硬质合金

　　成形加工：

　　冷成形极限：3-5%

　　热成形温度：200-250℃