CN105543574A - 一种富含铜和镁元素的铝合金板锭及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富含铜和镁元素的铝合金板锭及其制备方法，它以质量百分比计含有：0.3%的硅，0.5%的铁，0.8%~1.0%的铜，0.75%~1.0%的锰，0.15%~0.24%的镁，0.08%~0.13%的钛，0.05%~0.15%的锆，余量为铝和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：铝锭部分熔化后添加铝铜中间合金、加入镁锭、加入Fe剂、Mn剂、Si剂、Ti剂和Zr剂、半连续铸造与退火步骤。本发明的铝合金板锭具有强度较强、可塑性好、抗应力和耐腐蚀性能均较好等优点；本发明的制备方法具有步骤简单、易于操作等优点。

Description

一种富含铜和镁元素的铝合金板锭及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种富含铜和镁元素的铝合金板锭，本发明还公开了一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法。

背景技术

换热器是一种在不同温度的两种或者两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备等近30多种产业，相互形成产业链条。

换热器翅片是换热器部件中的主件，其质量的好坏直接决定着换热器质量的好坏。板锭通常作为换热器的翅片料，高可塑性、高强度、高抗应力性以及抗腐蚀性能的换热器翅片，能够有助于钎焊后的芯体的抗塌陷性能，还能保障换热器工作过程中的循环热胀冷缩环境下的支撑，以及在工作环境或热交换流体腐蚀性较强的工况下的有效运转，由此可见，板锭的性能好坏直接影响到换热器的质量和使用寿命，因此，板锭的强度、可塑性和抗应力性能是极为重要的。

然而，现有技术中的板锭强度、可塑性、抗应力和腐蚀性能并不能达到同时较好，从而影响换热器的质量，并且也缩短了换热器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种强度较强、可塑性、抗应力和耐腐蚀性能均较好的富含铜和镁元素的铝合金板锭。

本发明的另一目的是提供一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法。

按照本发明提供的技术方案，所述富含铜和镁元素的铝合金板锭，它以质量百分比计含有：0.3%的硅，0.5%的铁，0.8%~1.0%的铜，0.75%~1.0%的锰，0.15%~0.24%的镁，0.08%~0.13%的钛，0.05%~0.15%的锆，余量为铝和不可避免的杂质。

一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法包括以下步骤：

a、将铝锭投入到熔炉里，熔炉温度升温至740~760℃，铝锭部分熔化后，形成熔池，以熔池中的熔体刚好能淹没铝铜中间合金的时候，向熔池中加入铝铜中间合金并贴近炉底最低处向上平稳搅拌，等到熔炉里的物料全部熔化后进行扒渣；

b、扒渣后向熔炉里加入镁锭并从熔融液面最高处向下平稳搅拌，镁锭加入后立即加入2^#粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损；

c、等熔炉里的镁锭完全熔化后，向熔炉里加入Fe剂；等熔炉里的Fe剂完全熔化后，向熔炉里加入Mn剂；等熔炉里的Mn剂完全熔化后，向熔炉里加入Si剂；等熔炉里的Si剂完全熔化后，向熔炉里加入Ti剂；等熔炉里的Ti剂完全熔化后，向熔炉里加入Zr剂，得到铝合金混合熔液；

d、将铝合金混合熔液的温度控制在705~710℃后倒入匀速向前运动的铸造模具的型腔内进行半连续铸造，铸造模具的铸造速度控制在65~73mm/min，铸造模具的冷却水压力控制在0.08~0.1MPa，铸造模具的冷却水温度控制在20~35℃，得到铝合金板锭半成品；

e、将铝合金板锭半成品放入均匀化退火炉内进行退火，退火温度控制在605~620℃，退火保温时间控制在8~10小时，得到铝合金板锭。

本发明的铝合金板锭具有强度较强、可塑性好、抗应力和耐腐蚀性能均较好等优点；本发明的制备方法具有步骤简单、易于操作等优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法包括以下步骤：

a、将铝锭投入到熔炉里，熔炉温度升温至740~760℃，铝锭部分熔化后，形成熔池，以熔池中的熔体刚好能淹没铝铜中间合金的时候，向熔池中加入铝铜中间合金并贴近炉底最低处向上平稳搅拌，等到熔炉里的物料全部熔化后进行扒渣；

b、扒渣后向熔炉里加入镁锭并从熔融液面最高处向下平稳搅拌，镁锭加入后立即加入2^#粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损；

c、等熔炉里的镁锭完全熔化后，向熔炉里加入Fe剂；等熔炉里的Fe剂完全熔化后，向熔炉里加入Mn剂；等熔炉里的Mn剂完全熔化后，向熔炉里加入Si剂；等熔炉里的Si剂完全熔化后，向熔炉里加入Ti剂；等熔炉里的Ti剂完全熔化后，向熔炉里加入Zr剂，得到铝合金混合熔液；

d、将铝合金混合熔液的温度控制在705~710℃后倒入匀速向前运动的铸造模具的型腔内进行半连续铸造，铸造模具的铸造速度控制在65~73mm/min，铸造模具的冷却水压力控制在0.08~0.1MPa，铸造模具的冷却水温度控制在20~35℃，得到铝合金板锭半成品；

e、将铝合金板锭半成品放入均匀化退火炉内进行退火，退火温度控制在605~620℃，退火保温时间控制在8~10小时，得到铝合金板锭。

实施例1得到的铝合金板锭，它以质量百分比计含有：0.3%的硅，0.5%的铁，0.8%的铜，0.75%的锰，0.15%的镁，0.08%%的钛，0.05%的锆，余量为铝和不可避免的杂质。

将实施例1得到的铝合金板锭的轧制成厚度为0.2mm状态为“H14”的铝带后，测试其抗拉强度为185MPa，延伸率为2%。

实施例2

一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法包括以下步骤：

a、将铝锭投入到熔炉里，熔炉温度升温至740~760℃，铝锭部分熔化后，形成熔池，以熔池中的熔体刚好能淹没铝铜中间合金的时候，向熔池中加入铝铜中间合金并贴近炉底最低处向上平稳搅拌，等到熔炉里的物料全部熔化后进行扒渣；

b、扒渣后向熔炉里加入镁锭并从熔融液面最高处向下平稳搅拌，镁锭加入后立即加入2^#粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损；

c、等熔炉里的镁锭完全熔化后，向熔炉里加入Fe剂；等熔炉里的Fe剂完全熔化后，向熔炉里加入Mn剂；等熔炉里的Mn剂完全熔化后，向熔炉里加入Si剂；等熔炉里的Si剂完全熔化后，向熔炉里加入Ti剂；等熔炉里的Ti剂完全熔化后，向熔炉里加入Zr剂，得到铝合金混合熔液；

d、将铝合金混合熔液的温度控制在705~710℃后倒入匀速向前运动的铸造模具的型腔内进行半连续铸造，铸造模具的铸造速度控制在65~73mm/min，铸造模具的冷却水压力控制在0.08~0.1MPa，铸造模具的冷却水温度控制在20~35℃，得到铝合金板锭半成品；

e、将铝合金板锭半成品放入均匀化退火炉内进行退火，退火温度控制在605~620℃，退火保温时间控制在8~10小时，得到铝合金板锭。

实施例2得到的铝合金板锭，它以质量百分比计含有：0.3%的硅，0.5%的铁，0.9%的铜，0.9%的锰，0.20%的镁，0.10%的钛，0.10%的锆，余量为铝和不可避免的杂质。

将实施例2得到的铝合金板锭轧制成厚度为0.2mm状态为“H14”的铝带后，测试其抗拉强度为192MPa，延伸率为1%。

实施例3

一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法包括以下步骤：

a、将铝锭投入到熔炉里，熔炉温度升温至740~760℃，铝锭部分熔化后，形成熔池，以熔池中的熔体刚好能淹没铝铜中间合金的时候，向熔池中加入铝铜中间合金并贴近炉底最低处向上平稳搅拌，等到熔炉里的物料全部熔化后进行扒渣；

b、扒渣后向熔炉里加入镁锭并从熔融液面最高处向下平稳搅拌，镁锭加入后立即加入2^#粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损；

c、等熔炉里的镁锭完全熔化后，向熔炉里加入Fe剂；等熔炉里的Fe剂完全熔化后，向熔炉里加入Mn剂；等熔炉里的Mn剂完全熔化后，向熔炉里加入Si剂；等熔炉里的Si剂完全熔化后，向熔炉里加入Ti剂；等熔炉里的Ti剂完全熔化后，向熔炉里加入Zr剂，得到铝合金混合熔液；

d、将铝合金混合熔液的温度控制在705~710℃后倒入匀速向前运动的铸造模具的型腔内进行半连续铸造，铸造模具的铸造速度控制在65~73mm/min，铸造模具的冷却水压力控制在0.08~0.1MPa，铸造模具的冷却水温度控制在20~35℃，得到铝合金板锭半成品；

e、将铝合金板锭半成品放入均匀化退火炉内进行退火，退火温度控制在605~620℃，退火保温时间控制在8~10小时，得到铝合金板锭。

实施例3得到的铝合金板锭，它以质量百分比计含有：0.3%的硅，0.5%的铁，1.0%的铜，1.0%的锰，0.24%的镁，0.13%的钛，0.15%的锆，余量为铝和不可避免的杂质。

将实施例3得到的铝合金板锭轧制成厚度为0.2mm状态为“H14”的铝带后，测试其抗拉强度为187MPa，延伸率为2%。

当铝锭在熔炉内熔化一部分后，即可向铝液中均匀加入铝铜中间合金，以熔池中的熔体刚好淹没合金的时候为宜。如果过早的加入，熔体未能将其覆盖，这样将增加铜的烧损；反之，如果加入的过晚，铜来不及溶解和扩散，将延长熔化时间，影响生产效率和合金的化学成分控制。

炉内密度较大的合金元素Cu容易沉底，密度小的纯金属Mg容易上浮，造成熔体上下层之间，炉内各区域之间的合金元素分布不均，形成严重偏析。因此加入Cu剂后应贴近炉底最低处向上搅拌；密度小的Mg应向下搅拌。搅拌时平稳，不激起太大波浪，防止氧化膜卷入熔体内。

3536合金与普通3003相比，由于其化学成分的差别，铜元素的加入使合金结晶温度区域变宽，其凝固过程呈现糊状凝固方式，易于形成树枝晶，阻碍液体流动，较容易造成冷隔缺陷。加之其合金塑性的提高，因此在铸造过程中可适当提高铸造温度，并相应提高铸造速度65~73mm/min，加大冷却水压力0.08~0.1MPa，增加过冷凝固效率防止热裂倾向。

铜（Cu）和镁（Mg）作为主要强化元素，可形成两个主要强化相：θ（CuAl₂）和S（Al₂CuMg）相，合金板锭中同时存在S和θ的过渡相时，强化效果最大；并且在Cu:Mg>2.6时，会形成S+θ相，同时S相的过渡相还具有一定的耐热性，此外，Cu的加入可明显提高应力腐蚀抗力。而加入锆（Zr）是为了细化晶粒，Zr和Al形成ZrAl₃化合物，可阻碍再结晶过程，并且Zr对淬火敏感性的影响较小，从而有利于合金板锭的热处理。另外，降低锰（Mn）含量在1%下游一方面是防止形成粗大的Al₆Mn化合物，从而影响板锭合金的可塑性，另一方面是补充强化作用，降低热裂倾向，改善抗蚀性和焊接性能。

该铝合金板锭主要应用于换热器的翅片料，通过热处理固溶强化，在保持高强度的同时，满足翅片的塑性要求，有助于钎焊后的芯体抗塌陷性能。同时，其时效强化特性可使芯体长期使用过程中保持强度不降低，而Cu的抗应力性能保障了换热器在工作过程中的循环热胀冷缩环境下的支撑，从而有效提高换热器的使用寿命。

通过加入镁、钛和锆，并且适时调整各个元素的成分比，从而克服了现有技术中的板锭不能够同时满足强度、可塑性和抗应力性能的要求而影响换热器质量问题，进而在保持高强度的同时，还满足可塑性的要求，并且抗应力性能也较好，提高了换热器质量，延长了换热器的使用寿命。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种富含铜和镁元素的铝合金板锭，其特征是该合金内以质量百分比计含有：0.3%的硅，0.5%的铁，0.8%~1.0%的铜，0.75%~1.0%的锰，0.15%~0.24%的镁，0.08%~0.13%的钛，0.05%~0.15%的锆，余量为铝和不可避免的杂质。

2.一种富含铜和镁元素的铝合金板锭的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a、将铝锭投入到熔炉里，熔炉温度升温至740~760℃，铝锭部分熔化后，形成熔池，以熔池中的熔体刚好能淹没铝铜中间合金的时候，向熔池中加入铝铜中间合金并从贴近炉底最低处向上平稳搅拌，等到熔炉里的物料全部熔化后进行扒渣；

b、扒渣后向熔炉里加入镁锭并从熔融液面最高处向下平稳搅拌，镁锭加入后立即加入2^#粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损；

c、等熔炉里的镁锭完全熔化后，向熔炉里加入Fe剂；等熔炉里的Fe剂完全熔化后，向熔炉里加入Mn剂；等熔炉里的Mn剂完全熔化后，向熔炉里加入Si剂；等熔炉里的Si剂完全熔化后，向熔炉里加入Ti剂；等熔炉里的Ti剂完全熔化后，向熔炉里加入Zr剂，得到铝合金混合熔液；

d、将铝合金混合熔液的温度控制在705~710℃后倒入匀速向前运动的铸造模具的型腔内进行半连续铸造，铸造模具的铸造速度控制在65~73mm/min，铸造模具的冷却水压力控制在0.08~0.1MPa，铸造模具的冷却水温度控制在20~35℃，得到铝合金板锭半成品；

e、将铝合金板锭半成品放入均匀化退火炉内进行退火，退火温度控制在605~620℃，退火保温时间控制在8~10小时，得到铝合金板锭。