CN103343269B - 高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔及其制造方法 - Google Patents

高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔,由芯材和包覆在芯材上下两面的包覆材组成,每面包覆材厚度占铝合金复合翅片箔总厚度的8~12%,所述芯材组成成分及重量百分比为:Fe:0.25~0.50%、Si:0.40~0.7%、Cu:0.01~0.10%、Mn:1.5~1.7%、Zn:1.4~2.0%、Zr:0.10~0.25%、Ti:0.02~0.04%,其它元素单个含量<0.03%,总量<0.15%,余量为铝;所述包覆材为铝硅合金,所述铝硅合金组成成分及重量百分比为:Fe:≤0.25%,Si:7.0~10.5%,Ti:≤0.05%,Sr:0.02~0.04%,其它元素单个含量<0.03%,总量<0.15%,余量为铝。本发明铝合金翅片箔易加工、性能稳定、焊接性能及耐腐蚀性能优良、具有高抗下垂性能。

Description

高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金箔及其制造方法,更具体地说,涉及一种高抗下垂性热交 换器用铝合金复合翅片箔及其制造方法。
背景技术
[0002] 汽车热交换器是由流体管道和散热翅片通过钎焊法装配而成,随着汽车行业的高 速发展,热交换器的市场需求也日益大幅增长,铝合金散热器相比与传统的铜合金散热器, 具有重量轻、成本低、散热效率高、节能等优点。同时,为了进一步减轻降本,复合翅片箔厚 度也越来越薄,厚度为0. 10-0. 08mm的复合翅片箔将得到广泛应用。由于厚度变薄,其各方 面性能将大幅降低,在此种情况下,如何进一步获得具有钎焊后表面光滑、焊接性能及耐腐 蚀性能优良、强度高、抗下垂性好的铝合金热交换器用翅片材料,仍然是技术难题。
[0003] 铝合金翅片箔在钎焊过程中抵抗重力自然下垂的能力称为抗下垂性能(简称SAG 性)。翅片与管通常是在600~620°C温度下进行高温钎焊,翅片强度降低发生软化变形甚 至塌陷,可能导致导管与散热翅片焊合不牢固,甚至产生虚焊或脱焊现象,影响热交换器的 散热效果。因此,抗下垂性能成为衡量钎焊式复合翅片箔质量的重要指标。
[0004] 专利"一种高抗下垂性热交换器钎焊用铝合金复合箔",专利号:CN 102676884 A, 发明机理为通过成分调整,使其在加工过程中形成多种的复合强化相阻止晶粒在高温钎焊 过程中粗化而获得稳定的细晶组织结构,本发明人团队研宄表明,细晶组织并不利于铝合 金复合箔抗下垂性能的提高,反而是长条状的粗大晶粒组织更有利于提高抗下垂性能,而 且该专利加工过程采用多次退火,加工流程复杂,工业化生产成本高。
发明内容
[0005] 为了克服上述现有技术的不足,本发明的任务在于提供了一种高抗下垂性热交换 器用铝合金复合翅片箔,其易加工、性能稳定、焊接性能及耐腐蚀性能优良、具有高抗下垂 性能。
[0006] 本发明的另一个任务在于提供这种高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的 制造方法。
[0007] 本发明的技术方案是这样的,一种高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔,其 特征在于,由芯材和包覆在芯材上下两面的包覆材组成,每面包覆材厚度占铝合金复合翅 片箔总厚度的8~12%,所述芯材组成成分及重量百分比为:Fe :0. 25~0. 50%、Si :0. 40~ 0. 7%、Cu :0. 01 ~0. 10%、Mn : 1. 5 ~1. 7%、Zn : 1. 4 ~2. 0%、Zr :0. 10 ~0. 25%、Ti :0. 02 ~ 0. 04%,其它元素单个含量< 0. 03%,总量< 0. 15%,余量为铝;所述包覆材为铝硅合金,所 述铝硅合金组成成分及重量百分比为:Fe :彡0. 25%,Si :7. 0~10. 5%,Ti :彡0. 05%,Sr : 0. 02~0. 04%,其它元素单个含量< 0. 03%,总量< 0. 15%,余量为铝。
[0008] 优选的,所述包覆材中Si颗粒的平均当量圆直径< 3 ym。
[0009] 本发明高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,包括以下工艺步 骤:
[0010] (1)芯材铸造,按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内,经熔炼与精炼后铸 造,组成成分Ti以Al-Ti-B丝形式在流槽中加入;
[0011] (2)包覆材铸造,按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内,经熔炼与精炼后铸 造,组成成分Sr以中间合金形式加入;
[0012] (3)焊接,将芯材与包覆材清洗后,按8~12%的配比焊接成三层的复合锭;
[0013] (4)预热,将三层复合锭放入立推式加热炉中加热;
[0014] (5)复合热轧,将铸锭轧至5. 0mm厚的热轧坯料;
[0015] (6)粗、中乳,在冷轧机上将5. 0mm厚度的热轧坯料经6道次轧制至0. 115~ 0• 166mm的错箔;
[0016] (7)中间退火,将0. 115~0. 166mm的铝箔放在退火炉里进行中间退火;
[0017] (8)精乳,将中间退火后的铝箔在冷精轧机上经1道次轧制至0. 08~0. 10mm铝 箔,即制成本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔。
[0018] 优选的,所述步骤(1)与步骤(2)中,熔炼和精炼温度为730~760°C,精炼时间 15分钟。
[0019] 优选的,所述步骤(1)中铸造温度为685~705°C,所述步骤(2)中铸造温度为 685 ~705 °C。
[0020] 优选的,所述步骤(4)中加热温度500~510°C,到温保温时间5~7小时。
[0021] 优选的,所属步骤(5)开轧温度为470~490°C。
[0022] 优选的,所述步骤(7)中间退火的退火温度350~420°C,保温5小时。
[0023] 本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔芯材组成成分Ti通过供料机 以Al-Ti-B丝形式在流槽中连续加入,可以消除TiB2粒子的密度偏析,增强细化晶粒效果, 而且加入更加均匀,可根据调节速度调整细化剂用量,操作方便。
[0024] 本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔包覆材通过添加微量元素Sr 来细化初晶硅,包覆材中Si颗粒的平均E⑶(当量圆直径X 3 ym,Si颗粒的平均E⑶较 小,可以提高钎焊时包覆材流动性,减少钎焊过程中Si的渗透侵蚀,有利于提高抗下垂性 能。
[0025] 高温钎焊时,包覆材在580°C左右时开始熔化,融化的金属液体一部分形成钎焊接 头,另一部分沿着晶界向芯部金属扩散,在包覆材和芯部金属界面处形成一层扩散带。复合 翅片箔厚度较薄,包覆材中的Si向芯材渗透是导致钎焊下垂的主要原因。包覆材中的Si 主要沿着芯材晶界扩散形成a (Al)+Si共晶,从而降低芯材的强度,导致高温时发生软化 变形。本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔芯材不采用均匀化处理,以及采 用较低开轧温度来实现钎焊后获得长条状粗大的晶粒的目的。由于抗下垂性能与芯材钎焊 时再结晶程度有密切相关,而芯材的再结晶受中间退火和冷加工率的共同影响,故本发明 通过合理选择中间退火温度与冷加工率,有助于钎焊后获得长条状粗大的晶粒。
附图说明
[0026] 图1为实施例1钎焊后芯材金相组织;
[0027] 图2为实施例2钎焊后芯材金相组织;
[0028] 图3为实施例3包覆材Si颗粒形貌图;
[0029] 图4为实施例4包覆材Si颗粒形貌图。
具体实施方式
[0030] 下面结合实施例对本发明作进一步说明,实施例1-4结果请参照附图1-4。
[0031] 实施例1 :
[0032] (1)将按下表所述组成成分百分比准备的原材料放入熔炼炉中,芯材熔炼时熔体 温度为755°C,静置炉内精炼温度为740°C,精炼时间15分钟;包覆材熔炼时熔体温度为 760°C,静置炉内精炼温度为745°C,精炼时间15分钟;芯材、包覆材化学成分见下表。
Figure CN103343269BD00051
[0034] (2)在半连续铸造机上进行铸造,为获得更为均匀、细小的铸造组织晶粒,铸造工 艺参数控制如下:芯材铸造温度为700°C,铸造速度42mm/min,冷却水流量为220m 3/h,铸锭 规格为380X1160X5800mm ;包覆材铸造温度为690°C,铸造速度50mm/min,冷却水流量为 220m3/h,铸锭规格为 480 X 980 X 5800mm ;
[0035] (3)在锯切机上锯切,锯除头尾的铸造缺陷,不允许有开裂、夹渣等缺陷,锯切后铸 锭长度为5400mm ;
[0036] (4)在铣面机上铣面,铣净铸锭表面的各种铸造缺陷,不允许粘附铝片、铝肩,边部 无毛刺;
[0037] (5)将芯材与包覆材清洗后,按8~12%的配比焊接成三层的复合锭;
[0038] (6)在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧,开轧温度为470°C,经过21道次轧至 5. 0mm厚的热乳还料;
[0039] (7)在冷轧机上将5. 0mm厚度的热轧卷进行冷轧,冷轧道次为:5. 0mm-2. 8mm- 1. 4mm - 0• 72mm - 0• 38mm - 0• 21mm - 0• 133mm,经 6 道次乳制至 0• 133mm 的错涫;
[0040] (8)将0. 133mm的铝箔放在退火炉里进行中间退火,退火温度420°C,保温5小时;
[0041] (9)将退火后的0. 133mm的铝箔在冷轧机上经1道次轧制至0. 08mm铝箔,冷加工 率为40%,即制成本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔。
[0042] 所生产的铝箔的力学性能:抗拉强度为196MPa,屈服强度为188MPa,延伸率为1% ; 钎焊后力学性能:抗拉强度为161MPa,屈服强度为69MPa,延伸率为10% ;抗下垂值为22mm。
[0043] 实施例2 :
[0044] (1)将按下表所述组成成分百分比准备的原材料放入熔炼炉中,芯材熔炼时熔体 温度为760°C,静置炉内精炼温度为750°C,精炼时间15分钟;包覆材熔炼时熔体温度为 750°C,静置炉内精炼温度为740°C,精炼时间15分钟;芯材、包覆材化学成分见下表。
[0045]
Figure CN103343269BD00061
[0046] (2)在半连续铸造机上进行铸造,为获得更为均匀、细小的铸造组织晶粒,铸造工 艺参数控制如下:芯材铸造温度为705°C,铸造速度45mm/min,冷却水流量为230m3/h,铸锭 规格为380X1160X5800mm ;包覆材铸造温度为695°C,铸造速度55mm/min,冷却水流量为 230m3/h,铸锭规格为 480 X 980 X 5800mm ;
[0047] (3)在锯切机上锯切,锯除头尾的铸造缺陷,不允许有开裂、夹渣等缺陷,锯切后铸 锭长度为5400mm ;
[0048] (4)在铣面机上铣面,铣净铸锭表面的各种铸造缺陷,不允许粘附铝片、铝肩,边部 无毛刺;
[0049] (5)将芯材与包覆材清洗后,按8~12%的配比焊接成三层的复合锭;
[0050] (6)在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧,开轧温度为475°C,经过21道次轧至 5. 0mm厚的热乳还料;
[0051] (7)在冷乳机上将5. 0mm厚度的热乳卷进行冷乳,冷乳道次为:5. 0mm-2. 8mm- 1. 4mm - 0• 72mm - 0• 38mm - 0• 21mm - 0• 123mm,经 6 道次乳制至 0• 123mm 的错涫;
[0052] (8)将0. 123mm的铝箔放在退火炉里进行中间退火,退火温度400°C,保温5小时;
[0053] (9)将退火后的0. 123mm的铝箔在冷轧机上经1道次轧制至0. 08mm铝箔,冷加工 率为35%,即制成本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔。
[0054] 所生产的铝箔的力学性能:抗拉强度为192MPa,屈服强度为188MPa,延伸率为1% ; 钎焊后力学性能:抗拉强度为160MPa,屈服强度为68MPa,延伸率为10% ;抗下垂值为24mm。
[0055] 实施例3 :
[0056] (1)将按下表所述组成成分百分比准备的原材料放入熔炼炉中,芯材熔炼时熔体 温度为750°C,静置炉内精炼温度为735°C,精炼时间15分钟;包覆材熔炼时熔体温度为 750°C,静置炉内精炼温度为735°C,精炼时间15分钟;芯材、包覆材化学成分见下表。
Figure CN103343269BD00062
[0058] (2)在半连续铸造机上进行铸造,为获得更为均匀、细小的铸造组织晶粒,铸造工 艺参数控制如下:芯材铸造温度为690°C,铸造速度40mm/min,冷却水流量为210m 3/h,铸锭 规格为380X1160X5800mm ;包覆材铸造温度为685°C,铸造速度48mm/min,冷却水流量为 210m3/h,铸锭规格为 480 X 980 X 5800mm ;
[0059] (3)在锯切机上锯切,锯除头尾的铸造缺陷,不允许有开裂、夹渣等缺陷,锯切后铸 锭长度为5400mm ;
[0060] (4)在铣面机上铣面,铣净铸锭表面的各种铸造缺陷,不允许粘附铝片、铝肩,边部 无毛刺;
[0061] (5)将芯材与包覆材清洗后,按8~12%的配比焊接成三层的复合锭;
[0062] (6)在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧,开轧温度为480°C,经过21道次轧至 5. 0mm厚的热乳还料;
[0063] (7)在冷轧机上将5. 0mm厚度的热轧卷进行冷轧,冷轧道次为:5. 0mm-2. 8mm- 1. 4mm - 0• 72mm - 0• 38mm - 0• 21mm - 0• 115mm,经 6 道次乳制至 0• 115mm 的错涫;
[0064] (8)将0. 115mm的铝箔放在退火炉里进行中间退火,退火温度350°C,保温5小时;
[0065] (9)将退火后的0. 115mm的铝箔在冷轧机上经1道次轧制至0. 08mm铝箔,冷加工 率为30%,即制成本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔。
[0066] 所生产的铝箔的力学性能:抗拉强度为188MPa,屈服强度为184MPa,延伸率为1% ; 钎焊后力学性能:抗拉强度为160MPa,屈服强度为67MPa,延伸率为10% ;抗下垂值为25mm。
[0067] 实施例4 :
[0068] (1)将按下表所述组成成分百分比准备的原材料放入熔炼炉中,芯材熔炼时熔体 温度为760°C,静置炉内精炼温度为740°C,精炼时间15分钟;包覆材熔炼时熔体温度为 760°C,静置炉内精炼温度为745°C,精炼时间15分钟;芯材、包覆材化学成分见下表。
Figure CN103343269BD00071
[0070] (2)在半连续铸造机上进行铸造,为获得更为均匀、细小的铸造组织晶粒,铸造工 艺参数控制如下:芯材铸造温度为700°C,铸造速度42mm/min,冷却水流量为220m 3/h,铸锭 规格为380X1160X5800mm ;包覆材铸造温度为690°C,铸造速度50mm/min,冷却水流量为 220m3/h,铸锭规格为 480 X 980 X 5800mm ;
[0071] (3)在锯切机上锯切,锯除头尾的铸造缺陷,不允许有开裂、夹渣等缺陷,锯切后铸 锭长度为5400mm ;
[0072] (4)在铣面机上铣面,铣净铸锭表面的各种铸造缺陷,不允许粘附铝片、铝肩,边部 无毛刺;
[0073] (5)将芯材与包覆材清洗后,按8~12%的配比焊接成三层的复合锭;
[0074] (6)在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧,开轧温度为490°C,经过21道次轧至 5. 0mm厚的热乳还料;
[0075] (7)在冷轧机上将5. 0mm厚度的热轧卷进行冷轧,冷轧道次为:5. 0mm-2. 8mm- 1. 4mm - 0• 75mm - 0• 40mm - 0• 25mm - 0• 166mm,经 6 道次乳制至 0• 166mm 的错涫;
[0076] (8)将0. 166mm的铝箔放在退火炉里进行中间退火,退火温度420°C,保温5小时;
[0077] (9)将退火后的0• 166mm的铝箔在冷轧机上经1道次轧制至0• 10mm铝箔,冷加工 率为40%,即制成本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔。
[0078] 所生产的铝箔的力学性能:抗拉强度为195MPa,屈服强度为186MPa,延伸率为1% ; 钎焊后力学性能:抗拉强度为160MPa,屈服强度为69MPa,延伸率为12% ;抗下垂值为16mm。

Claims (6)

1. 一种高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,其特征在于:包括以下 工艺步骤: (1) 芯材铸造,所述芯材组成成分及重量百分比为:Fe :0. 25~0. 50%、Si :0. 40~ 0· 7%、Cu :0· 01 ~0· 10%、Mn :1· 5 ~1. 7%、Zn :1· 4 ~2. 0%、Zr :0· 10 ~0· 25%、Ti : 0. 02~0. 04%,其它元素单个含量< 0. 03 %,总量< 0. 15 %,余量为铝;按各组分重量百分 比将原材料加入熔炼炉内,经熔炼与精炼后铸造,组成成分Ti以Al-Ti-B丝形式在流槽中 加入; (2) 包覆材铸造,所述包覆材为铝硅合金,所述铝硅合金组成成分及重量百分比为: Fe :彡 0· 25%,Si :7. 0 ~KX 5%,Ti :彡 0· 05%,Sr :0· 02 ~0· 04%,其它元素单个含量 < 0. 03%,总量< 0. 15%,余量为铝;按各组分重量百分比将原材料加入熔炼炉内,经熔炼 与精炼后铸造,组成成分Sr以中间合金形式加入; (3) 焊接,将芯材与包覆材清洗后,按8~12%的配比在芯材上下两面焊接包覆材组成 三层的复合锭; (4) 预热,将三层复合锭放入立推式加热炉中加热; (5) 复合热轧,将铸锭轧至5. Omm厚的热轧坯料; (6) 粗、中乳,在冷轧机上将5. Omm厚度的热轧坯料经6道次轧制至0· 115~0· 166mm 的铝箔; (7) 中间退火,将0. 115~0. 166_的铝箔放在退火炉里进行中间退火; (8) 精乳,将中间退火后的铝箔在冷精轧机上经1道次轧制至0. 08~0.1 Omm铝箔,即 制成本发明的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔,所述高抗下垂性热交换器用铝合 金复合翅片箔由芯材和包覆在芯材上下两面的包覆材组成,每面包覆材厚度占铝合金复合 翅片箔总厚度的8~12%。
2. 根据权利要求1所述的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,其特 征在于:所述步骤(1)与步骤(2)中,熔炼和精炼温度为730~760°C,精炼时间15分钟。
3. 根据权利要求1所述的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,其 特征在于:所述步骤(1)中铸造温度为685~705°C,所述步骤(2)中铸造温度为685~ 705。。。
4. 根据权利要求1所述的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,其特 征在于:所述步骤⑷中加热温度500~510°C,到温保温时间5~7小时。
5. 根据权利要求1所述的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,其特 征在于:所属步骤(5)复合热轧的开轧温度为470~490°C。
6. 根据权利要求1所述的高抗下垂性热交换器用铝合金复合翅片箔的制造方法,其特 征在于:所述步骤(7)中间退火的退火温度350~420°C,保温5小时。
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