BR0201086B1 - método para produção de tiras ou chapas de alumìnio para produzir componentes por brasagem, bem como tiras ou chapas de alumìnio assim obtidas. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA PRODUÇÃO DE TIRAS OU CHAPAS DE ALUMÍNIO PARA PRO-DUZIR COMPONENTES POR BRASAGEM, BEM COMO TIRAS OU CHA-PAS DE ALUMÍNIO ASSIM OBTIDAS".

A presente invenção refere-se a um método para produzir-se ti-ras ou chapas de AIMn para produção de componentes por brasagem.

Por exemplo, trocadores de calor para veículos motorizados sãoproduzidos tipicamente de chapas de alumínio, pelo fato de que os compo-nentes dos trocadores de calor pré-manufaturados individualmente, tais co-mo chapas, tubos, e distribuidores, são conectados uns aos outros por bra-sagem. As tensões que, no uso prático, agem em componentes produzidosdesta forma instalados em automóveis, devido aos choques, vibrações dedurações mais longas, ao efeito da corrosão, e coisas similares, são sig-nificativas. Isto se aplica particularmente a chapas, através das quais ocorrea dissipação do calor.

Defeitos nesses componentes trocadores de calor que ocorremcomo conseqüência das propriedades inadequadas do material alumínio po-dem levar a danos significativos. Neste contexto, aquelas regiões do relativocomponente nas quais as mudanças de microestrutura ocorrem devido aocalor que aparece durante a brasagem mostraram ser particularmente pro-blemáticas no passado.

Pelas razões descritas acima, em adição à boa adequação àbrasagem, uma alta resistência, particularmente um alto limite de elasticida-de Rpo,2, e dureza mesmo após a brasagem são necessárias para as chapase de alumínio em discussão. As chapas de alumínio relativas devem ter si-multaneamente boa deformabilidade e uma alta resistência à corrosão.

Um material para produzir chapas para trocadores de calor é co-nhecido da WO 97/18946 que contém (em peso percentual) 0,2 - 0,5% deFe, 0,7 - 1,2% de Si, 1,2 - 1,6% de Mn, < 0,3% de Mg, < 0,05% de Cu, <0,2% de Zn, < 0,1% de Ti, e os inevitáveis elementos de companhia cujasquantidades individuais são no máximo 0,05% e cuja soma é no máximo0,15%, bem como o alumínio como restante. São lingotes fundidos destematerial como um material precursor, os quais são subseqüentemente pré-aquecidos até uma temperatura inicial de laminação de pelo menos 520°C elaminadas a quente. A laminação a frio até a espessura final que se segue aisto é executada em pelo menos duas etapas, com um recozimento interme-diário tendo que ser executado por duas horas a uma temperatura de reco-zimento variando entre 360°C e 400°C entre as etapas de laminação a frio.

Foi mostrado nos testes práticos do material produzido conformeo método conhecido que as propriedades do material as chapas de alumínioproduzidas conforme a técnica referida são insuficientes para aplicaçõesespecíficas. Isto se aplica particularmente à resistência e à resistência à cor-rosão ainda existente após a brasagem na região das juntas de brasagem.

Adicionalmente, foi mostrado, por exemplo, na produção de trocadores decalor que as possibilidades para a combinação de componentes produzidosdo material conhecido da WO 97/18946 com componentes de trocadores decalor produzidos de um outro material de metal leve são restritas devido àdiferença dos potenciais de corrosão, que é muito baixa.

O objetivo da presente invenção é, baseado na técnica relativadescrita acima, indicar um método usando chapas de alumínio que possamser produzidas em uma forma de custo eficaz, as quais, mesmo após a bra-sagem, têm seguramente uma alta resistência, particularmente um alto limitede elasticidade, bem como uma destacada resistência à corrosão.

Este objetivo é alcançado por um método para produção dechapas de AIMn para produzir componentes por brasagem,no qual um material precursor é produzido de um fundido quecontém (em peso percentual) 0,3 - 1,2% de Si, < 0,5% de Fe, < 0,1% de Cu,1,0 - 1,8% de Mn, < 0,3% de Mg1 0,05 - 0,4% de Cr + Zr, < 0,1% de Zn, <0,1% de Ti, < 0,15% de Sn, e os inevitáveis elementos de companhia, cujasquantidades individuais são no máximo 0,05% e cuja soma é no máximo0,15%, bem como alumínio como restante.

- no qual o material precursor é pré-aquecido e uma temperaturade pré-aquecimento de menos de 520°C por um tempo de contato sob pres-são de pelo menos 12 horas,no qual o material precursor pré-aquecido é laminado a quenteem uma tira a quente,

no qual a tira laminada a quente é laminada a frio em uma tiralaminada a trio sem recozimento intermediário, e- no qual a tira a frio é finalmente submetida a um tratamento derecozimento.

A presente invenção é baseada em uma composição do fundidousado para produzir o material precursor cujos teores da liga são ligados unsaos outros de forma que particularmente o perigo da corrosão intercristalinaé reduzido a um mínimo e o ataque corrosivo devido à corrosão localizada édistribuído uniformemente sobre a superfície. Como conseqüência, é asse-gurada uma alta resistência à corrosão.

A liga usada conforme a presente invenção e os parâmetros dométodo para seu processamento são otimizados simultaneamente de talforma que uma chapa de alumínio, que tenha uma boa deformabilidade ealta resistência, particularmente altos valores de limite de elasticidade Rpo,2,e bom alongamento de fratura mesmo após a brasagem, possa ser produzi-do a partir dela de uma forma simples a uma temperatura de laminação aquente que varia na faixa da temperatura média sem a necessidade de umrecozimento intermediário durante a laminação a frio.

Foi determinado que, nas chapas produzidas conforme a pre-sente invenção, o limite de elasticidade Rp0,2 é de pelo menos 60 MPa apósa brasagem. Em muitos casos, um limite de elasticidade Rp0,2 de pelo menos65 MPa poderia ser estabelecido. O potencial de corrosão foi regularmentemenos que -750 mV, e muitos casos mesmo menos que -800 mV (medidocontra GKE de acordo com a ASTM-G69).

O teor de silício também tem uma influência positiva na resistên-cia da chapa após a brasagem nas chapas de AlMn produzidas de acordocom a presente invenção. Entretanto, foi mostrado que o silício influenciasimultaneamente a ocorrência de corrosão intercristalina na interação com oestanho. Na liga usada conforme a presente invenção, a faixa pré determi-nada para o teor de silício é portanto selecionada em relação ao teor de es-tanho de tal forma que pode ser alcançada uma composição otimizada emrelação ao impedimento da corrosão intercristalina. Isto assegura uma boaresistência à corrosão da chapa de AIMn produzida conforme a presenteinvenção e alta resistência ao mesmo tempo.

Esta última particularmente aplica-se se a razão do teor de esta-nho [%Sn] para o teor de silício [%Si] do fundido for < 0,03, com a interaçãodo teor de silício e estanho capaz de ser otimizado mesmo que a razão[%Sn]/[%Si] possa ser ajustada para < 0,1.

A adição de estanho por ligação na razão indicada é necessáriopara, no mais tardar, quando o teor de Si do fundido for pelo menos 0,75%em peso. Entretanto, a adição de estanho nas razões indicadas é recomen-dável mesmo a teores de Si de 0,5% em peso e maiores.

Se o limite superior da faixa pré determinada para o teor de Sifor restrito a no máximo 1,0% em peso, as chapas de alumínio nas quais,por um lado, uma alta resistência otimizada e, pelo outro lado, um perigominimizado de corrosão intercristalina estão presentes podem ser produzi-das particularmente em segurança na forma conforme a presente invenção.

O ferro estimula a formação de fases primárias que aglutinam osilício. Portanto, de acordo com a presente invenção, o teor de ferro é Iimita-do a no máximo 0,5% em peso. Através desta limitação do teor de ferro, éassegurado que, sob as condições de produção conforme a presente inven-ção, o silício é mantido em solução. Isto pode ser assegurado particularmen-te com segurança se o teor de ferro for limitado a no máximo 0,3% em peso.

O teor de cobre é limitado a no máximo 0,1% em peso, preferi-velmente 0,05% em peso, na liga usada conforme a presente invenção. Ocobre eleva a resistência, mas também leva a um potencial de corrosão po-sitiva. Um potencial de corrosão positiva, entretanto, restringe as possibilida-des de combinação com outros materiais. Adicionalmente, o comportamentode corrosão, particularmente em relação à corrosão intercristalina, piora como teor crescente de Cu.

O teor de Mn do fundido fornecido conforme a presente invençãode pelo menos 1,0 até no máximo 1,8% em peso apoia a resistência da cha-pa conforme a presente invenção. Valores otimizados de resistência podemser seguramente alcançados se o teor de Mn do fundido for pelo menos1,3% em peso e no máximo 1,5% em peso.

O magnésio é adicionado a uma liga usada conforme a presenteinvenção como um elemento para aumentar a resistência. Entretanto, umavez que, a teores mais altos, o magnésio tem uma influência negativa nasoldabilidade na brasagem com gás inerte (brasagem CAB), o teor de mag-nésio está restrito a no máximo 0,3% em peso conforme a presente inven-ção. Se processos de brasagem particularmente críticos devem ser executa-dos, uma restrição do teor de magnésio até no máximo 0,1% em peso temum efeito favorável no resultado do trabalho.

A resistência e a resistência à corrosão são também melhoradospela adição de Cr e/ou Zr à liga usada conforme a presente invenção. Se asoma dos teores de Cr e de Zr for mantida na faixa de 0,05 - 0,4% em peso,isto leva à formação de uma microestrutura de longa vida (grãos alongados,brutos) na qual a formação da corrosão intercristalina é impedida devido àssuperfícies reduzidas das bordas dos grãos. Entretanto, em combinaçãocom Mn, Fe e Ti, Cr e Zr pode levar a precipitações brutas, que por sua veztem uma influência negativa na deformabilidade e resistência das chapasproduzidas conforme a presente invenção. Portanto, na liga usada conformea presente invenção, o teor de cromo e/ou zircônio é elevado para baixosteores de Mn, enquanto é reduzido para altos teores de Mn.

Os efeitos positivos do Cr e/ou Zr pode ser usado particularmen-te em segurança se o teor de Cr no fundido estiver na faixa de pelo menos0,1% em peso até no máximo 0,2% em peso e o teor de Zr é no máximo0,05% em peso.

Para evitar a influência negativa do zinco na corrosão das cha-pas de alumínio do tipo em discussão, o teor de Zn é restrito a 0,1% em pe-so, preferiveImente a 0,05% em peso.

O titânio pode ser adicionado à liga usada conforme a presenteinvenção para refinamento do grão da microestrutura do Iingotamento emteores de até 0,1% em peso, preferivelmente até 0,05% em peso.De acordo com a prática corrente, lingotes fundidos continua-mente são processados do fundido como material precursor. Entretanto, omaterial precursor produzido de uma outra forma pode também, naturalmen-te, ser usado como produto de partida para a produção de chapas de AIMnconforme a presente invenção.

O método conforme a presente invenção permite que a Iamina-ção a quente seja executada a uma temperatura de pré-aquecimento com-parativamente baixa do metal de menos de 520°C, que leva a uma microes-trutura da tira laminada a quente produzida a qual é otimizada em relação àdeformabilidade e à resistência à corrosão. Em consideração à boa Iaminabi-Iidade do material precursor, a temperatura de pré-aquecimento é pelo me-nos 400°C neste caso.

É particularmente favorável se o material precursor for aquecidoaté no máximo de 470°C e o tempo de residência durante o pré-aquecimentofor limitado a no máximo 5 horas de forma a manter a maior proporção pos-sível de Mn em solução. O manganês mantido em solução é precipitado fi-namente dispersado durante o recozimento subseqüente (recozimento bran-do/re-recozimento) e no processo de brasagem e assim leva à alta resistên-cia desejada, particularmente para os altos valores do limite de elasticidadeRpQ 2. A temperatura de partida do material precursor durante a laminação aquente é preferivelmente pelo menos 400°C pelas razões já descritas. Nestecaso, a temperatura final de laminação durante a laminação a quente estáacima de 250°C, preferivelmente acima de 300°C, de forma a assegurar, porum lado, deformabilidade suficiente do material precursor e, por outro lado,uma formação de microestrutura otimizada durante a laminação a quente. Asespessuras das tiras laminadas a quente estão na faixa de 2 a 10 mm.

Um tratamento de recozimento executado no fim do método con-forme a presente invenção é usado para ajustar a condição de entrega. Otratamento de recozimento pode, neste caso, incluir o recozimento brandoou o re-recozimento da tira a frio na bobina ou no forno de recozimento con-tínuo. Se o recozimento brando for executado, a temperatura da chapa deAIMn durante o recozimento brando deve ser pelo menos 300°C, preferível-mente pelo menos 350°C. A tira tratada por recozimento desta forma é en-tregue ao produtor no estado "0" (com recozimento brando).

Em contraste, se o material deve ser entregue no estado reveni-do, por exemplo, no estado H22 (cepa encruadas, re-recozidas, dureza de1/4), H24 (cepa encruadas, re-recozidas, dureza 2/4), ou no estado H26 (ce-pa encruadas, re-recozidas, dureza de 3/4), o tratamento de recozimento éexecutado como re-recozimento na bobina ou nos fornos de recozimentocontínuo usando-se uma temperatura a ser ajustada de acordo.

As espessuras típicas das tiras laminadas a frio acabadas estãoentre 50 e 500 μηι.

Para processamento posterior da tira produzida conforme a pre-sente invenção, pode também ser favorável se a tira for revestida em um ouem ambos os lados usando-se uma ou duas ligas de Al, usando-se espessu-ras de camadas de revestimento de 3% a 20% da espessura total da tira emcada lado. As ligas relativa podem, por exemplo, ser ligas típicas de brasa-gem, tais como EN AW-4045, EN AW-4343, EN AW-4004, EN AW-4104, esuas modificações, bem como revestimentos protetores típicos, tais comoEN AW -1050, EN AW-1050A, EN AW-7072, e suas modificações. O reves-timento é preferivelmente aplicado neste caso por laminação de revestimento.

A seguir, a invenção é descrita em mais detalhes com relação àsmodalidades exemplares:

Na Tabela 1, os teores dos elementos da liga estão listados paraas chapas de AIMn 1 a 8.

<table>table see original document page 8</column></row><table>

Os teores indicados estão em peso percentual.

Cs lingotes foram continuamente fundidos de um metal fundidotendo cada uma das correspondentes composições. Este lingote de materialprecursor foi subseqüentemente pré-aquecido até uma temperatura de pré-aquecimento que estava entre 400°C e 520°C, preferivelmente de 400°C a470°C.

O material precursor pré-aquecido desta forma foi laminado aquente, usando-se uma temperatura final de laminação a quente de pelomenos 250°C, preferivelmente 300°C, até uma espessura de tiras a quentede 3,5 mm. Subseqüentemente, a tira laminada a quente foi laminada a frioem uma ou mais etapas até sua espessura final de 100 μιτι. O recozimentointermediário não foi executado durante a laminação a frio.

Finalmente, para ajustar a condição de entrega, um tratamentode recozimento foi executado, com recozimento brando ou re-recozimentosendo executado conforme as instruções do produtor.

As tiras laminadas a quente foram finalmente embaladas emchapas.

As chapas AIMn produzidas desta forma tiveram, no estado deentrega de recozimento brando, um limite de elasticidade Rp0,2 de no máxi-mo 80 MPa, uma resistência à tração Rm de pelo menos 100 MPa, e um a-Iongamento de fratura A10o de pelo menos 3%.

Chapas foram produzidas das chapas de AIMn 1 a 8 (NÚMERODOS EXEMPLOS) obtidas, que foram pretendidas para produzir trocadoresde calor para motores de automóveis. As chapas foram capazes de ser con-formadas a frio usando-se um raio de dobramento de menos de 1mm paraum dobramento de 180°.

Após a produção dos trocadores de calor por brasagem, cadauma destas chapas tem um limite de elasticidade Rp0,2 de pelo menos 60MPa, em muitos exemplos mais de 65 MPa1 e uma resistência à corrosãovariável. Os testes de tensão para determinar os valores das característicasmecânicas foram executadas neste caso com relação às seções da tira queforam submetidas a um ciclo de brasagem simulada. O ciclo de brasagem foiexecutado, começando à temperatura ambiente, usando uma velocidade deaquecimento de aproximadamente 25 K/min, um tempo de residência de 3min, a uma temperatura de 600°C, e um subseqüente resfriamento até atemperatura ambiente usado-se uma velocidade de resfriamento de aproxfmadamente 40 K/min. Na Tabela 2, o limite de elasticidade Rp0,2 e uma ava-liação da resistência à corrosão para as chapas 1 a 8 no estado soldado es-tão indicados.

Tabela 2:

<table>table see original document page 10</column></row><table>

1) 15 = excelente; 1 = muito pobre

2) 5,0 = excelente; 1,0 = muito pobre

É digno de nota que a chapa 5, que não contém qualquer esta-nho a um teor de Si [% Si] de 0,84% em peso, tem um comportamento decorrosão significativamente pior que a chapa 6 composta similarmente, cujoteor de Sn [% Sn] era de 0,034% em peso a um teor de Si [% Si] de 0,81%em peso, de forma que a razão [% Sn]/[% Si] foi de 0,042 na chapa 6. Achapa 8 teve ainda melhores propriedades de corrosão no estado soldado,no qual a razão [% Sn]/[% Si] foi de 0,120. Como resultado da chapa 7, ten-do um teor de Si [% Si] de 0,43% em peso e sem a adição de estanho, mos-tra, comportamento de corrosão muito bom podem também ser alcançadosatravés de baixos teores de Si. Entretanto, isto não leva a altos valores parao limite de elasticidade Rp0,2, tal como aqueles alcançados, por exemplo, nasfolhas 6 e 8 tendo altos teores de Si. Além disso, a influência negativa do Cu(chapa 4) e particularmente Zn (chapa 1) no comportamento de corrosão édigno de nota.

Claims (29)

1. Método para produzir tiras ou chapas de AIMn para produzircomponentes por brasagem, caracterizado pelo fato de que:um material precursor é produzido de um fundido que contém(em peso percentual)Si : 0,3-1,2%Fe : < 0,5%Cu : <0,1%Mn 1,0-1,8%Mg : <0,3%Cr + Zr : 0,05 - 0,4%Zn : <0,1%Ti : <0,1%Sn : < 0,15% eos inevitáveis elementos de companhia, cuja quantidade indivi-dual são no máximo 0,05% e cuja soma seja no máximo 0,15%, bem comoalumínio como restante,o material precursor é pré-aquecido a uma temperatura de pré-aquecimento entre 400°C e 520°C sob um tempo de residência de no máxi-mo 12 horas,o material precursor pré-aquecido é laminado a quente em umatira a quente usando-se uma temperatura final de laminação de pelo menos 250°Ca tira laminada a quente é laminada a frio em uma tira laminadaa frio sem recozimento intermediário.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a razão do teor de Sn para o teor de Si do fundido é [% Sn]/[%Si] > 0,03

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo 'fato de que a razão [% Sn]/[% Si] é > 0,1.

4. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizadopelo fato de que o teor de Si do fundido é pelo menos 0,5% em peso.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que o teor de Si do fundido é pelo menos 0,75% em peso.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, caracterizado pelo fato de que o teor de Si do fundido é no máximo 1,0%em peso.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-6, caracterizado pelo fato de que o teor de Fe do fundido é no máximo 0,3%em peso.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-7, caracterizado pelo fato de que o teor de Cu do fundido é no máximo-0,05% em peso.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-8, caracterizado pelo fato de que o teor de Mn do fundido é pelo menos 1,3%em peso e no máximo 1,5% em peso.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-9, caracterizado pelo fato de que o teor de Mg do fundido é no máximo 0,1%em peso.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-10, caracterizado pelo fato de que o teor de Cr do fundido é pelo menos-0,1% em peso e no máximo 0,2% em peso.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-11, caracterizado pelo fato de que o teor de Zr do fundido é no máximo-0,05% em peso.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-12, caracterizado pelo fato de que o teor de Zn do fundido é no máximo-0,05% em peso.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-13, caracterizado pelo fato de que o teor de Ti do fundido é no máximo-0,05% em peso.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-14, caracterizado pelo fato de que o limite de elasticidade Rp0,2 da chapa deAIMn após a brasagem de pelo menos 60 MPa, particularmente pelo menos- 65 MPa.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que os lingotes fundidos continuamente dofundido são processados como material precursor.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a temperatura de pré-aquecimento do me-tal é no máximo 470°C.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência durante o pré-aquecimento é no máximo de 5 horas.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que a espessura da tira a quente é de 2 a 10mm.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a temperatura final de laminação durantea laminação a quente é de pelo menos 250°C, particularmente pelo menos 300°C.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que a tira laminada a frio é submetida ao tra-tamento de recozimento.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pe-lo fato de que a tira laminada a frio é recozida na bobina.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pe-lo fato de que a tira laminada a frio é recozida em um forno contínuo.

24. Método de acordo com uma das reivindicações 23 ou 24,caracterizado pelo fato de que a temperatura da chapa de AIMn é pelo me-nos 300°C durante o recozimento.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pe-lo fato de que a temperatura da chapa de AIMn durante o recozimento é depelo menos 350°C.

26. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizado pelo fato de que a espessura da chapa laminada a frio estáentre 50 μιη e 500 μηπ.

27. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-26, caracterizado pelo fato de que a tira é revestida em um ou em ambos oslados usando-se uma ou duas ligas de alumínio, usando-se espessuras decamadas de revestimento de 3% a 20% da espessura total da tira em cadalado.

28. Método de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pe-lo fato de que os revestimentos são aplicados usando-se revestimento delaminação a quente.

29. Tira ou chapa de AIMn para produzir componentes por bra-sagem, caracterizada pelo fato de que é produzida de acordo com um méto-do como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 28.