CN103695725B - 长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材，由芯材和包覆在芯材上下两面的包覆材组成，每面包覆材厚度占总厚度的8～12%，所述芯材组成成分及重量百分比为：Fe+Mn≤1.8%、Si：0.05～0.15%、Cu：0.40～0.60%、Mg：0.15～0.30%、Zn：≤0.05%、Cr：≤0.05%、Ti：0.07～0.10%，其它元素单个含量＜0.03%，总量＜0.15%，余量为铝，其中Mg/Si≥1.7；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%，P：≤0.05%，其它元素单个含量＜0.03%，总量＜0.15%，余量为铝。本发明铝合金复合带材具有良好的加工性能、焊接性能、钎焊后力学性能以及优越的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金复合带材及其制造方法，更具体地说，涉及一种长寿命的，汽车热交换器用铝合金复合带材及其制造方法。
背景技术
随着世界性能源危机的不断加剧，汽车工业普遍注重于开发轻量化材料来解决这一问题。铝合金由于质量轻，资源丰富，价格较低，成为汽车轻量化的首选材料。汽车热交换器作为汽车中的一个重要部件，开始逐步铝制化，以达到减轻汽车自重和降低成本的双重目的。汽车热交换器中用于焊接的管子采用带焊接层的铝合金复合带材，其加工工艺和工作环境要求复合带材在钎焊后必须具有高强度、高抗下垂性、高耐腐蚀性能，但是目前国产的汽车散热器用复合带材性能普遍较差且不稳定，影响热交换器使用寿命。因此，开发高强度、高抗下垂性能的铝合金复合带材，对于汽车热交换来说具有重要的意义。
专利“一种蒸发器管板用铝合金复合带材及其制造方法”，专利号：CN101545062A，对芯材AA3003铝合金化学成分进行改进，虽能起到一定的提高强度的目的，但并未从微观组织对材料性能影响方面进行针对性的工艺改进，故其综合性能的改善有一定局限性。
发明内容
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长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材,提高钎焊后的强度、抗下垂性能以及耐腐蚀性能，从根本上改善材料的使用性能，同时，包覆材的改善有助于提高焊接时Si的流动性。
本发明的另一个任务在于提供这种长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法。
本发明的技术方案是这样的，一种长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材，其特征在于，由芯材和包覆在芯材上下两面的包覆材组成，每面包覆材厚度占总厚度的8～12%，所述芯材组成成分及重量百分比为：Fe+Mn≤1.8%、Si：0.05～0.15%、Cu：0.40～0.60%、Mg：0.15～0.30%、Zn：≤0.05%、Cr：≤0.05%、Ti：0.07～0.10%，其它元素单个含量＜0.03%，总量＜0.15%，余量为铝，其中Mg/Si≥1.7；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%，P：≤0.05%，其它元素单个含量＜0.03%，总量＜0.15%，余量为铝。
优选的，所述芯材组成成分及重量百分比为：Fe+Mn：1.65%、Si：0.05%、Cu：0.4%、Mg：0.15%、Zn：≤0.05%、Cr：≤0.05%、Ti：0.1%，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：0.12%，Si：7%，Ti：0.02%，P：≤0.05%，其它元素单个含量＜0.03%，总量＜0.15%，余量为铝。
优选的，所述芯材组成成分及重量百分比为：Fe+Mn：1.5%、Si：0.1%、Cu：0.5%、Mg：0.17%、Zn：≤0.05%、Cr：≤0.05%、Ti：0.08%，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：0.17%，Si：8.5%，Ti：0.03%，P：≤0.05%，其它元素单个含量＜0.03%，总量＜0.15%，余量为铝。
本发明长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，包括以下工艺步骤：
（1）芯材、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、精炼后铸造，组成成分Ti以Al-Ti-B丝形式在流槽中加入，所述熔炼时，包覆材采用P含量为4.5%的Al-P中间合金变质剂，变质温度760℃～780℃；
（2）锯切、铣面，将芯材、包覆材铸锭头、尾缩孔锯掉，之后在铣面机上将表面氧化皮、偏析瘤铣净；
（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；
（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，将铸锭经23道次轧至5.0mm厚的热轧坯料；
（6）粗、中轧，在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧坯料经5道次轧制至0.20～0.40mm的带材；
（7）成品退火，将0.3～0.45mm的铝带材放在退火炉里进行退火；
（8）拉矫，将成品退火后的铝带在拉矫机上进行拉矫；
（9）精密分切，将拉矫后的铝带材在精密分切机上分剪成所需宽度。
优选的，所述步骤(1)中，熔炼和精炼温度为730～780℃，精炼时间20分钟，精炼时氮气压力为0.2MPa。
优选的，所述步骤(1)中铸造温度为680～700℃。
优选的，所述步骤(4)中加热温度500～510℃，到温保温时间4～7小时。
优选的，所属步骤(5)开轧温度为480～490℃，终轧温度为300～330℃。
优选的，所述步骤(7)成品退火的退火温度280～320℃，保温7小时。
本发明长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材芯材合金成分进行特殊控制，Fe+Mn：≤1.8%,否则会形成粗大的（FeMn）Al6粗大片状偏析聚集物，将显著降低合金的力学性能和工艺性能，Mg/Si≥1.7，少量的Mg和Si会形成Mg2Si相，多余的Mg可以提高屈服强度，适量的Cu和Mg的同时存在，钎焊过程中，会从固溶体中析出，形成S(Al2CuMg)相质点，可以提高材料的强度。同时，由于加入了一定含量的Cu元素，电化学电位为-690～-715mv，有利于与翅片之间形成较大的电位差，可以有效保护管子，延长使用寿命。
本发明长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材包覆材熔炼时通过Al-P中间合金变质处理，具有变质效果长效、环保、加入量少、使用成本低的优点。粗大初晶Si的存在不利于焊接时的流动，且局部易发生溶蚀，影响热交换器使用寿命。如图1所示，变质后，消除了粗大的初晶Si，成品皮材未发现大颗粒Si，且Si颗粒细小均匀，同时共晶Si也得到细化。
本发明长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材包覆材熔炼时控制Al-P中间合金的变质温度，为760℃～780℃。若变质温度过低，结晶核心Al-P会在铝液中凝聚成团而降低变质效果，随着温度的继续降低，甚至完全失去变质效果，若变质温度过高，不仅增加合金的氧化、吸气，而且会使Al-P质点熔化过甚，也会影响变质效果。
本发明长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材钎焊后具备长条状粗大的晶粒组织，这一组织可以有效阻碍钎焊时包覆材中的Si向芯材渗透，减少渗透深度，提高抗下垂性能。钎焊后芯材晶粒长度大于100μm，晶粒长宽比大于3.4。
本发明长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材，通过钎焊后皮材与芯材界面处形成一定厚度色带，如图4所示，该色带可进一步阻碍Si扩散，且能增强钎焊后强度，增加耐腐蚀性，延长材料使用寿命，我们称之为棕色带（BrownBand），棕色带平均厚度大于40μm。
附图说明
图1为变质后包覆材金相图；
图2为实施例1钎焊后芯材组织金相图；
图3为实施例3钎焊后芯材组织金相图；
图4为棕色带金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
（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℃，静置炉内精炼温度为745℃，精炼时间20分钟；包覆材熔炼时添加P含量为4.5%的Al-P中间合金变质剂，每吨铝液添加8kg左右，变质温度为760℃，搅拌后静置10分钟倒炉，静置炉内精炼温度为740℃，精炼时间20分钟；芯材、包覆材化学成分见下表。
（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695℃，铸造速度45mm/min，冷却水流量为240m3/h，铸锭长度为5800mm；包覆材铸造温度为680℃，铸造速度50mm/min，冷却水流量为220m3/h，铸锭长度为5800mm；
（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；
（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、铝屑，边部无毛刺；
（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；
（6）在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧，开轧温度为480℃，经过23道次轧至5.0mm厚的热轧坯料，终轧温度为305℃；
（7）在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧卷进行冷轧，经6道次轧制至0.20mm的铝带；
（8）将0.20mm的铝带放在氮气气氛退火炉里进行成品退火，退火温度280℃，保温5小时，停止加热，温度降低到200℃出炉空冷；
（9）将退火后的铝带材经拉矫后在在精密分切机上分剪成客户所需宽度。
所生产的铝带的力学性能：抗拉强度为216MPa，屈服强度为178MPa，延伸率为14%，钎焊后力学性能：抗拉强度为167MPa，屈服强度为66MPa，延伸率为18%；抗下垂值为16mm；钎焊后芯材晶粒长为105μm，长宽比为3.4；腐蚀电位为-698mv。
实施例2：
（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℃，静置炉内精炼温度为740℃，精炼时间20分钟；包覆材熔炼时添加P含量为4.5%的Al-P中间合金变质剂，每吨铝液添加7kg左右，变质温度为770℃，搅拌后静置12分钟倒炉，静置炉内精炼温度为745℃，精炼时间20分钟；芯材、包覆材化学成分见下表。
（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℃，铸造速度43mm/min，冷却水流量为230m3/h，铸锭长度为5800mm；包覆材铸造温度为685℃，铸造速度53mm/min，冷却水流量为230m3/h，铸锭长度为5800mm；
（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；
（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、铝屑，边部无毛刺；
（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；
（6）在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧，开轧温度为485℃，经过23道次轧至5.0mm厚的热轧坯料，终轧温度为315℃；
（7）在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧卷进行冷轧，经5道次轧制至0.30mm的铝带；
（8）将0.30mm的铝带放在氮气气氛退火炉里进行成品退火，退火温度300℃，保温5小时，停止加热，温度降低到200℃出炉空冷；
（9）将退火后的铝带材经拉矫后在精密分切机上分剪成客户所需宽度。
所生产的铝带的力学性能：抗拉强度为210MPa，屈服强度为175MPa，延伸率为15%，钎焊后力学性能：抗拉强度为162MPa，屈服强度为63MPa，延伸率为18%；抗下垂值为13mm；钎焊后芯材晶粒长为126μm，长宽比为4.2；腐蚀电位为-709mv。
实施例3：
（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℃，静置炉内精炼温度为740℃，精炼时间20分钟；包覆材熔炼时添加P含量为4.5%的Al-P中间合金变质剂，每吨铝液添加6kg左右，变质温度为780℃，搅拌后静置15分钟倒炉，静置炉内精炼温度为750℃，精炼时间20分钟；芯材、包覆材化学成分见下表。
（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685℃，铸造速度41mm/min，冷却水流量为210m3/h，铸锭长度为5800mm；包覆材铸造温度为690，铸造速度55mm/min，冷却水流量为240m3/h，铸锭长度为5800mm；
（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；
（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、铝屑，边部无毛刺；
（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；
（6）在可逆式四辊热轧机上进行复合热轧，开轧温度为490℃，经过23道次轧至5.0mm厚的热轧坯料，终轧温度为325℃；
（7）在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧卷进行冷轧，经6道次轧制至0.40mm的铝带；
（8）将0.40mm的铝带放在氮气气氛退火炉里进行成品退火，退火温度320℃，保温5小时，停止加热，温度降低到200℃出炉空冷；
（9）将退火后的铝带材经拉矫后在精密分切机上分剪成客户所需宽度。
所生产的铝带的力学性能：抗拉强度为206MPa，屈服强度为163MPa，延伸率为16%，钎焊后力学性能：抗拉强度为165MPa，屈服强度为65MPa，延伸率为18%；抗下垂值为11mm；钎焊后芯材晶粒长为138μm，长宽比为4.8；腐蚀电位为-706mv。
Claims (6)
1.一种长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
(1)芯材、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、精炼后铸造，组成成分Ti以Al-Ti-B丝形式在流槽中加入，所述熔炼时，包覆材采用P含量为4.5％的Al-P中间合金变质剂，变质温度760℃～780℃，所述芯材组成成分及重量百分比为：Fe+Mn：1.65％、Si：0.05％、Cu：0.4％、Mg：0.15％、Zn：≤0.05％、Cr：≤0.05％、Ti：0.1％，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：0.12％，Si：7％，Ti：0.02％，P：≤0.05％，其它元素单个含量＜0.03％，总量＜0.15％，余量为铝；
(2)锯切、铣面，将芯材、包覆材铸锭头、尾缩孔锯掉，之后在铣面机上将表面氧化皮、偏析瘤铣净；
(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；
(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，将铸锭经23道次轧至5.0mm厚的热轧坯料；
(6)粗、中轧，在冷轧机上将5.0mm厚度的热轧坯料经5道次轧制至0.20～0.40mm的带材；
(7)成品退火，将0.3～0.45mm的铝带材放在退火炉里进行退火；
(8)拉矫，将成品退火后的铝带在拉矫机上进行拉矫；
(9)精密分切，将拉矫后的铝带材在精密分切机上分剪成所需宽度。
2.根据权利要求1所述的长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中，熔炼和精炼温度为730～780℃，精炼时间20分钟，精炼时氮气压力为0.2MPa。
3.根据权利要求1所述的长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中铸造温度为680～700℃。
4.根据权利要求1所述的长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中加热温度500～510℃，到温保温时间4～7小时。
5.根据权利要求1所述的长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)开轧温度为480～490℃，终轧温度为300～330℃。
6.根据权利要求1所述的长寿命汽车热交换器用铝合金复合带材的制造方法，其特征在于：所述步骤(7)成品退火的退火温度280～320℃，保温7小时。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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