CA1158074A

CA1158074A - Brazable aluminium alloy fabricating process

Info

Publication number: CA1158074A
Application number: CA000385625A
Authority: CA
Inventors: Jean Coupry Deceased
Original assignee: Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA
Current assignee: Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1983-12-06
Also published as: BE890261A; DE3163515D1; WO1982001014A1; IT8123796A0; EP0059742B1; ES8206652A1; JPS6050867B2; FR2489845A1; FR2489845B1; JPS57501385A; ES505369A0; IT1139424B; EP0059742A1

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un alliage d'aluminium brasable, en particulier destiné à la fabrication de gros appareillages tels que de gros échangeurs de chaleur. L'alliage suivant l'invention contient en poids %: <IMG> autres chacun ? 0,05 total ? 0,15 reste aluminium. Selon l'invention, cet alliage est fabriqué par homogénéisation effectuée en deux étapes, dans le domaine de température 590.degree.C610.degree.C pendant 2 à 36 heures puis dans le domaine de température 450.degree.C-550.degree.C pendant 30 minutes à 24 heures.The subject of the invention is a method of manufacturing a brazable aluminum alloy, in particular intended for the manufacture of large devices such as large heat exchangers. The alloy according to the invention contains by weight%: <IMG> others each? 0.05 total? 0.15 aluminum remains. According to the invention, this alloy is produced by homogenization carried out in two stages, in the temperature range 590.degree.C610.degree.C for 2 to 36 hours then in the temperature range 450.degree.C-550.degree .C for 30 minutes to 24 hours.

Description

~1~8074 I.'invention se rapporte aux all:Lages a base d'aluminium, brasabLes, du type utilisés en particulier pour la fabrication de gros appareillages.
On sait ~ue l'alliage le plus apte a la fabrication de gros appareils brases, tels que ~es echangeurs de chaleur, est l'alliage 3003, selon la norme AFNOR NF A 50-541.
Cependant, à la suite d'un cycle de brasaye de longue duree, ce dernier alliage accuse un niveau de carac-teristlques mecaniques très modeste.
I,a duree du c~cle est imposée, d'une part, par la masse propre de tels appareils, d'autre part, par la nécessité
de limiter les vitesses de chauffage et de refroidissement à une faible valeur (de l'ordre de quelques dizaines de C/heure) pour eviter les contraintes internes d'origine thermique et les distorsions correspondàntes.
De plus, la duree de brasage elle-meme (brasure partiellement ou totalement liquide) etant en general comprise entre quelques dizaines de minutes à plusieurs heures, l'alliage doit resister suffisamment au fluage.
Le but de la presente invention est donc de fournir un alliage a base d'Al brasable et refractaire, c'est-à-dire conservant une fraction importante de ses caracteristiques mecaniques pendant et apres un brasage de longue duree, sans alteration notable de ses autres proprietes d'usage, telles que sa resistance ~ la corrosion.
L'alliage suivant l'invention, qui repond à ces exigences, a la composition suivante (en poids %):
Fe 0,10 à 0,7 Mn 1,00 a 1,5 Si 0,20 à 0,5 Cu 0,20 à 0,5 Mg ~ 0,5 Ni o,qo ~ l,O 11$807aJ
Cr ~ 0,5 Zr ~ 0,4 Ti 0,01 à 0,1 V ~ 0,4 Autres:
chacun ~ 0,05 total ~ 0,15 reste aluminium Cependant, afin d'obtenir les proprietés optimales, 11 est préférable que Cu -~ Mg soit supérieur ou égal à 0,40%.
Une composition préférentielle est la suivante:
Fe 0,20 à 0,5 Cu ~ Mg 0,40 à 0,8 Mn 1,0 à 1,5 Ni 0,40 à 1,0 Si 0,20 à 0,4 Cr ~ 0,5 Cu 0,25 a 0,5 Zr S 0,4 Mg ~ 0,5 Ti 0,01 à 0,1 V ~ 0,4 reste aluminium et impuretés habituelles.
Les alliages suivant l'invention présentent les caractéristiques suivantes:
19) uneexcellente aptitude au placage par des alliages de brasure du type Al Si ou Al-Si-Mg utilisés pour les brasages sous flux, sous gaz inerte ou sous vide; ~ 1 ~ 8074 I. The invention relates to all: Lages a base of aluminum, arms, of the type used in particular for the manufacture of large equipment.
We know ~ ue the most suitable alloy for manufacturing large brazed devices, such as ~ heat exchangers, is alloy 3003, according to standard AFNOR NF A 50-541.
However, following a cycle of brasaye de long duration, this last alloy shows a level of character-very modest mechanical teristlques.
I, the duration of the key is imposed, on the one hand, by the own mass of such devices, on the other hand, by the necessity limit heating and cooling rates at a low value (of the order of a few tens of C / hour) to avoid the original internal constraints corresponding thermal distortions.
In addition, the soldering time itself (soldering partially or completely liquid) being generally understood between a few tens of minutes to several hours, the alloy must withstand creep sufficiently.
The object of the present invention is therefore to provide an alloy based on brazable and refractory Al, that is to say retaining a significant fraction of its characteristics mechanics during and after long-term soldering, without notable alteration of its other usage properties, such as its corrosion resistance.
The alloy according to the invention, which meets these requirements, has the following composition (by weight%):
Fe 0.10 to 0.7 Mn 1.00 to 1.5 If 0.20 to 0.5 Cu 0.20 to 0.5 Mg ~ 0.5 Ni o, qo ~ l, O 11 $ 807aJ
Cr ~ 0.5 Zr ~ 0.4 Ti 0.01 to 0.1 V ~ 0.4 Other:
each ~ 0.05 total ~ 0.15 aluminum rest However, in order to obtain the optimal properties, 11 is preferable that Cu - ~ Mg is greater than or equal to 0.40%.
A preferred composition is as follows:
Fe 0.20 to 0.5 Cu ~ Mg 0.40 to 0.8 Mn 1.0 to 1.5 Ni 0.40 to 1.0 If 0.20 to 0.4 Cr ~ 0.5 Cu 0.25 to 0.5 Zr S 0.4 Mg ~ 0.5 Ti 0.01 to 0.1 V ~ 0.4 remains aluminum and usual impurities.
The alloys according to the invention have the following features:
19) excellent plating ability by brazing alloys of the Al Si or Al-Si-Mg type used for brazing under flux, under inert gas or under vacuum;

2) une amélioration de l'ordre de 40 ~ des caractéristiques mécaniques de traction (charge de rupture et limite élastique) par rapport à l'alliage 3003 utilisé
dans les m~mes conditions, 2) an improvement of around 40 ~
mechanical tensile properties (breaking load and elastic limit) compared to the alloy 3003 used under the same conditions,

3) une aptitude au brasage et une résistance ` 30 à la dissolution par la brasuré au moins égales à celle de :~ 3003, 3) brazing ability and resistance `30 on dissolution by the brazed iron at least equal to that of : ~ 3003,

4~) un comportement à la corrosion au moins égal als~o7~
à celui du 3003 dans les m8mes environneoents chimlques.
De plus, cet-te auymentation des caractérlstiques mecaniques apr~s brasage pexmet, dans de nombreux cas, de diminuer les épaisseurs de parois des echangeurs; il en resulte tout à la fois un gain de mattère et une plus grande ef~lcacité d'échange calorifique.
L'alliage suivant l'invention présente ses carac-téristiques d'utilisation optimales, en particuller la meilleure résistance à la dissolution par la brasure, 5i entre la coulée et la deformatlon à chaud subséquente, il subit un cycle d'homogénéisation en deux étapes:
a) la première, par maintien dans le domaine 590-610C
pendant 2 à 36 heures, b) la deuxieme, par maintien entre 450 et 550C entre 30 minutes et 24 heures.
ces deux étapes étant separees ou non par un retour à la temperature ambiante (re~roidissement continu ou discontinu).
La methode la plus simple et la plus economique consiste naturellement en un refroidissement lent et controlé
entre les deux etapes a) et b).
Bien sûr, l'alliage peut 8tre utilisé sous forme de produit homogène auquel, soit on applique la brasure lors du brasage proprement dit, ou qui est mis en contact avec un autre produit revetu d'un alliage de brasage! ou, soit ~ous forme de produit composite, revetu d'un alliage de brasage, obtenu, par exemple, par colaminage à chaud et/ou à froid ~tôles ou bandes pla~uées une ou deux faces).
Bien que l'application principale de l'alliage soit le brasage, il peut également trouver des applications dans tous les cas o~ le matériau est porté momentanément à
haute temperature, telles que ustensiles de cuisine, col-lecteurs solaires, enveloppes de pots d'echappement, etc...

~3-!:
, ` ' " ' ': , . , t l~O74 Les exemples suivants permettront d'illustrer les propriétés des alliages suivant l'invention.
EXEMPLE l On realise trois produits plaques en trois couches, composees chacune d'un alliage d'ame et d'un alliage de brasure place de part et d'autre de l'alliage d'ame avec l'epaisseur par face egale a 5% de l'epaisseur totale.
Les compositions suivantes sont obtenues (% en poids~:
_ . .
PRODUIT 1 PRODllIT 2 PRODUIT 3 __ ______ ____~__ _______ ________ _______ _________ ame placa~e ~me placage âme placage _________ ________ ________ ________ _______ ___~_____ Fep,55 0,40,35 0,4 0,35 0,4 Si0,36 7,50,35 7,5 0,35 7,5 Cu0/13<0,050,35 0,45 _ : Mn1,200,051,10 0,05 1,10 0,05 Mg<o,05<0~05 0,25 <0,05 <0,05 <0,05 Ni<0,05 _0,70 0,70 Le produit 1 est un alliage 3003 plaque dlalliage de brasure 4343.
Les produits 2 et 3 ont une âme dont la composition est conforme à l'invention; ils sont egalement plaqués d'alliage 4343.
Les alliages de brasure sont coulés par un procedé

; connu (coulée semi-continue) et laminés à chaud apres réchauf-fage a 500C jusqu'a l'epaisseur compatible avec l'epaisseur des produits plaques.
Les alliages d'ame sont egalement coules en plaques -- (coulee semi-continue).

En ce qui concerne les alliages d'ame des produits 2 et 3, on effectue ensuite un traitement thermique d'homo-généisation avec maintien de 20 h à 600C, suivi d'un refroi-dissement jusqu'~ 500C ~20C/h).

:~ .

Apras rechaufEage 3 500C d'un empilement Pormé
par la plaque de l'un des alliages d'ame l a 3, entouré sur ses deux grandes Eaces d'une tole en alliage de brasure de composition indiquée ci-dessus, on lamine à chaud de ~açon à obtenir une ébauche plaquée.
La bande plaquée ainsi obtenue est ensuite laminée a froid et les t~les composites ainsi obtenues sont ensuite recuites ~ l'épaisseur ~inale.
Le ~rasaye est efectue en bain de flux apres un préchauEfage des produits de plusieurs heures à une tempéra-ture légerement inférieure a 570C.
L'immersion dans le bain de sel porté à 600C a une durée de deux heures.
I,e refroidissement après brasage est de 30C par heure.
Après cycle de brasage, les proprietés mécaniques suivantes sont obtenues sur le metal constituant l'ame du produit:

R 0,2 Rm A
MPa MPa %
________ _____. _____ Produit 1 33 104 48 Produit 2 47 150 32 Produit 3 45 152 33 La profondeur de dissolution dans les trois cas examinés ne --dépasse pas 20 microns.

On utilise les memes alliages d'âme. La brasure utilisée a la même composition que celle de l'exemple l, mais avec une addition de 0,3 % de cuivre. Les produits plaques sont obtenus par la meme technique de transformation que celle decrite dans l'exemple l, avec pour seule dif~erence, 4 ~) at least equal corrosion behavior als ~ o7 ~
to that of 3003 in the same chemical environments.
In addition, this increases the characteristics mechanics after soldering in many cases allow reduce the wall thicknesses of the exchangers; it results in both a gain in weight and greater ef ~ lcacité heat exchange.
The alloy according to the invention has its characteristics optimal usage characteristics, in particular the better resistance to dissolution by soldering, 5i between the casting and the subsequent hot deformatlon, it undergoes a two-stage homogenization cycle:
a) the first, by keeping in the field 590-610C
for 2 to 36 hours, b) the second, by maintaining between 450 and 550C between 30 minutes and 24 hours.
these two stages being separated or not by a return to the ambient temperature (continuous or discontinuous cooling).
The simplest and most economical method naturally consists of slow and controlled cooling between the two stages a) and b).
Of course, the alloy can be used in the form homogeneous product to which either the solder is applied during soldering proper, or which is brought into contact with a another product coated with a brazing alloy! or either ~ ou form of composite product, coated with a brazing alloy, obtained, for example, by hot and / or cold rolling ~ sheets or strips pla ~ uées one or two sides).
Although the main application of the alloy either soldering, it can also find applications in all cases where the material is brought temporarily to high temperature, such as cooking utensils, solar readers, mufflers, etc.

~ 3-!:
, `` "'':,., tl ~ O74 The following examples will illustrate the properties of the alloys according to the invention.
EXAMPLE l We make three plate products in three layers, each composed of a core alloy and an alloy of brazing on either side of the core alloy with the thickness per side equal to 5% of the total thickness.
The following compositions are obtained (% by weight ~:
_. .
PRODUCT 1 PRODllIT 2 PRODUCT 3 __ ______ ____ ~ __ _______ ________ _______ _________ soul plating ~ e ~ plating soul plating _________ ________ ________ ________ _______ ___ ~ _____ Fep, 55 0.40.35 0.4 0.35 0.4 Si0.36 7.50.35 7.5 0.35 7.5 Cu0 / 13 <0.050.35 0.45 _ : Mn1,200,051.10 0.05 1.10 0.05 Mg <0, 05 <0 ~ 05 0.25 <0.05 <0.05 <0.05 Ni <0.05 _0.70 0.70 Product 1 is an alloy 3003 alloy plate of solder 4343.
Products 2 and 3 have a soul whose composition is in accordance with the invention; they are also plated alloy 4343.
The brazing alloys are cast by a process ; known (semi-continuous casting) and hot rolled after reheating fage at 500C up to the thickness compatible with the thickness plate products.
The core alloys are also cast in plates - (semi-continuous casting).

Regarding the core alloys of the products 2 and 3, a homo- thermal treatment is then carried out generation with maintenance of 20 h at 600C, followed by cooling up to ~ 500C ~ 20C / h).

: ~.

After reheating 3500C of a Pormé stack by the plate of one of the soul alloys la 3, surrounded on its two large Eaces of a brazed alloy sheet composition indicated above, hot rolled ~ açon to obtain a plated blank.
The plated strip thus obtained is then laminated cold and the t ~ the composites thus obtained are then annealed ~ thickness ~ inale.
The ~ rasaye is carried out in a flow bath after a Preheating of products for several hours at a temperature slightly lower than 570C.
Immersion in the salt bath brought to 600C has a duration of two hours.
I, e cooling after soldering is 30C by hour.
After the brazing cycle, the mechanical properties following are obtained on the metal constituting the core of product:

R 0.2 Rm A
MPa MPa%
________ _____. _____ Product 1 33 104 48 Product 2 47 150 32 Product 3 45 152 33 The depth of dissolution in the three cases examined does not -not exceed 20 microns.

We use the same core alloys. The solder used has the same composition as that of example l, but with the addition of 0.3% copper. Plate products are obtained by the same transformation technique as that described in example l, with the only difference,

-5-~,' . .

1 15~7~
une épaisseur de placacJe par face de 15 ~ cle l'épaisseur totale ob-tenue.
Après ~rasage, dans les memes conditions que dans l'exemple 1, les propriétés obtenues sont pratiquement les memes, en ce qui concerne les alliages d'ame, que dans l'exemple 1.
_ EMPLE 3 On réalise un composite plaqué ~épaisseur de placage par face étant de 10 % de l'épaisseur totale) de composition suivante (% en poids):
_ , ~me placage Fe 0,35 0,30 Si 0,35 9,5 Cu 0,30 . Mn 1,10 _ Mg 0,35 1,00 Ni 0,70 Bi _ 0,30 La transformation des produits plaqués est effectuée de la meme fason que dans l'exemple 1, sauf en ce qui concerne l'homogénéisation complétée par un maintien de 20 h à 500C.
Le cycle de brasage comporte un échauEfement sous vide de 1,33 à 13,3 mPa à une température de 560~C, de façon a homogénéiser la température de l'assem~lage ~ brasar, puis un maintien de deux heures dans l'intervalle de température de brasage (580-590C), de façon a assurer au coeur de . l'assemblage le passage a l'état liquide de la brasure, toujours sous vide. Le refroidissement est ensuite effectué dans le four de brasage, puis a l'aix, avec une vitesse de refroi-dissement suffisamment lente pour assurer l'équilibre thermique , 1 ~807~1 au seln de l'appare.ll.
Les caractérlstiques mécaniques du métal d'ame obtenues sont les suivantes:
- R 0,2 : 48 MPa - Rm : 149 MPa - A : 31 %
La profondeur de dissolution, lors du maintien ~ la tempé-rature de brasage, res~e inferieure à 30 microns. -5-~, '. .

1 15 ~ 7 ~
a thickness of placacJe per face of 15 ~ the thickness total ob-held.
After shaving, under the same conditions as in example 1, the properties obtained are practically the same, with respect to core alloys, as in Example 1.
_ EMPLE 3 We realize a plated composite ~ thickness of veneer per side being 10% of the total thickness) of following composition (% by weight):
_, ~ plating me Fe 0.35 0.30 If 0.35 9.5 Cu 0.30 . Mn 1.10 _ Mg 0.35 1.00 Ni 0.70 Bi _ 0.30 The processing of plated products is carried out from the same as in Example 1, except for what concerns homogenization completed by maintaining 20 h at 500C.
The soldering cycle includes heating under vacuum of 1.33 to 13.3 mPa at a temperature of 560 ~ C, so to homogenize the temperature of the assem ~ lage ~ brasar, then two hours maintenance in the temperature interval soldering (580-590C), so as to ensure the heart of . the assembly the transition to the liquid state of the solder, always under vacuum. The cooling is then carried out in the brazing furnace, then in Aix, with a cooling speed sufficiently slow to ensure thermal equilibrium , 1 ~ 807 ~ 1 to the appliance seln.
Mechanical characteristics of core metal obtained are as follows:
- R 0.2: 48 MPa - Rm: 149 MPa - A: 31%
The depth of dissolution, when maintaining the temperature brazing scratch, res ~ e less than 30 microns.

Claims

The embodiments of the invention, about which a exclusive right of property or privilege is claimed, are defined as follows:

1. Method for obtaining an alloy based on Al containing (in weight %):
Fe 0.10 to 0.7 Ni 0.40 to 1.0 Mn 1.00 to 1.5 Cr? 0.5 If 0.20 to 0.5 Zr? 0.4 Cu 0.20 to 0.5 Ti 0.01 to 0.1 Mg? 0.5 V? 0.4 (each? 0.05 (( others (total? 0.15 (( Aluminum rest including preparation, casting and homogenization before transformation characterized in that homogenization is carried out in two stages, namely:
a) in the temperature range 590 ° -610 ° C during 2 to 36 hours, and b) in the temperature range 450 to 550 ° C for 30 minutes to 24 hours.

2. Method according to claim 1, characterized in what the Al-based alloy contains (by weight%) Cu + Mg? 0.40.

3. Method according to claim 1, characterized in that that the two stages are separated by cooling to the ambient temperature.

4. Method according to claim 3, characterized in that that the cooling between the two stages is continuous.