CN111926270A - 一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法及钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法及钎焊方法，将第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板依次叠合预配，将预配好的复合板材坯料在加热到490‑520℃条件下，保温2‑4h后在获得厚度为30‑35mm的粗坯；再将热态粗坯在（1+4）热连轧机上一次性连续轧制，获得厚度为3‑5mm的热轧卷；将热轧卷进行冷轧，获得厚度为1‑2mm的冷轧卷；将冷轧卷完全退火至O状态，获得铝合金钎焊复合板材成品，再通过钎焊后急冷淬火，低温时效强化，可实现材料整体焊后强度明显提升。本发明所得的铝合金钎焊复合板材的钎焊后强度大大提升，且实现复合均匀，复合后材料性能均匀一致，同时通过减薄热轧坯料厚度，使材料加工流程简化，提高批量生产效率。

Description

一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法及钎焊 方法

技术领域

本发明涉及一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法及钎焊方法，属于铝合金板材制备领域。

背景技术

铝合金钎焊复合板材是各类热交换器、轨道交通、新能源汽车、建筑幕墙、船舶舰艇、航空航天、国防军工、机械装备等用基材，具备重量轻、易加工、易实现自动化生产制造、成型性好，强度适中等特点。

一般的，现有铝合金钎焊复合板材料以3003或其改良型3系不可强化铝合金为芯材，以4系合金为钎焊皮材，结构通过两层或三层铝合金材料进行复合，其中4系铝合金可作为铝材在自动化钎焊过程提供可熔化的钎焊料，3系芯材作为结构支撑提供复合材料钎焊后的强度，但强度受3系铝锰合金不可热处理强化的限制，为兼顾成型性能，该类材料在钎焊前一般以完全退火态存在，钎焊完成后，复合材料整体抗拉强度一般在150MPa以下，现为了扩大铝合金钎焊复合材的应用领域，需大幅度提高材料在使用过程中的强度，现设计制备一种钎焊后可通过时效强化的多层铝合金复合板材。

现有铝合金钎焊复合板材料是采用单机架热轧机将预配复合坯通过单机加热轧到6-7mm厚的热轧卷，再通过冷轧加工到所需要的1-2mm的成品厚度，热轧卷头尾温差大，材料均匀一致性差，使用后强度偏低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法及钎焊方法，以获得钎焊后抗拉强度更高的铝合金钎焊复合板材。

本发明的技术方案如下：

一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法，包括如下步骤：

S1、将第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板依次叠合，获得多层复合板坯，再将所述多层复合板坯加热到490-520℃，保温2-4h后，通过（1+4）热连轧机进行粗轧，获得厚度为30-35mm的粗坯；

其中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3系铝合金制成，第四铝合金板由4系铝合金制成；第二铝合金板的成分组成为：0.5-0.8wt%Si、0.25-0.35wt%Fe、0.2-0.3wt%Cu、0.03-0.05wt%Mn、1.0-1.2wt%Mg、0.03-0.05wt%Zn、0.03-0.05wt%Ti，余量为Al及不可避免的杂质；第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板的厚度之比为7-9:70-80:7-9:8-12；

S2、将S1获得的粗坯的初始温度控制在400℃以上，，通过（1+4）热连轧机进4个道次热轧成形，获得厚度为3-5mm的热轧卷；

其中，热轧过程中，控制热轧温度为330-400℃；

S3、对S2获得的热轧卷进行冷轧，获得厚度为1-2mm的冷轧卷；

S4、将S3获得的冷轧卷完全退火至O状态，获得铝合金钎焊复合板材成品。

进一步地，S1中，第二铝合金板的成分组成为：0.5-0.8wt%Si、0.25-0.35wt%Fe、0.2-0.3wt%Cu、0.04wt%Mn、1.0-1.2wt%Mg、0.04wt%Zn、0.04 wt%Ti，余量为Al及不可避免的杂质。

进一步地，S1中，第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板的厚度之比为7.5-8.5:72-78:7.5-8.5:9-11。

进一步地，S1中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3003铝合金制成。

通过“1+4”热连轧机，先在热粗轧机上对粗坯进行粗轧，使得各层板材实现热轧冶金复合，再通过4机架连轧机进行一次性连续轧制成形。

可选的，S2中，将S1获得的粗坯的初始温度控制在400-450℃，进一步地，控制在410-440℃。

进一步地，S3中，进行1-4个道次的冷轧，进一步为3-4个道次的冷轧。

进一步地，S4中，将S3获得的冷轧卷于330-350℃条件下保温2-4h（时效处理），实现完全退火。

如上所述的铝合金钎焊复合板材的钎焊方法，将所述铝合金钎焊复合板于610-615℃条件下钎焊至目标材料上，然后，立即用冷却水进行强冷淬火，再于120-130℃条件下保温12-24h进行时效处理。

可选的，进行自动化钎焊。

本发明中，采用（1+4）热连轧，可一次性将粗坯热轧到3-5mm厚，同时保证热终轧温度在控制在330℃以上，因为终轧温度高且控温均匀，可保证材料的均匀性和内部良好的组织冶金质量，同时使复合层更均匀，各层之间冶金复合效果更好，提升产品的综合性能。

本发明可大幅度提高铝合金钎焊复合材料钎焊后的强度，通过改变芯材的合金成分，同时又兼顾钎焊过程条件，通过多层不同铝合金材料的复合，充分发挥不同层金属的优势，最终实现复合材料的可批量化，同时可使得复合材料在钎焊后的使用强度比原采用传统3003芯材的提高130Mpa以上。

采用多层不同种铝合金材料的复合，4XXX铝合金材料可满足铝合金钎焊过程具有足够的钎焊料提供，钎焊时无需另外提供焊料，保证焊接效果；通过对第二铝合金板成分的控制，以其作为复合板材的结构支撑芯材，通过钎焊后的时效强化可大幅度提高钎焊后铝合金复合材料的强度，由原来的125-150MPa左右提高到280Mpa以上，两层3XXX铝合金材料可保护芯材部分在钎焊过程Mg元素不会蒸发而使钎焊过程能顺利进行。

通过（1+4）热连轧的热轧复合可以保证材料在热轧复合时采用大压下量的复合，同时可以提高热轧坯料的终轧温度，可以保证材料的均匀性和良好的组织性能，可以减薄热轧坯料的厚度，减少冷轧加工量，由于热变形更易于完成，从而可提高加工效率，降低加工成本。

本发明采用热连轧工艺对粗坯进行热连轧，热轧坯料的终轧温度可以实现整卷在330℃以上，可实现热轧坯料无需再加热均匀化，通过热轧下线后材料就可实现自退火，内部组织就可完全处于再结晶状态，可以使材料整体性能更均匀，材料最终力学性能可以控制在±3Mpa以内；传统普通单机架的热轧机，只能保证材料终轧温度在300℃以上，无法保证材料的完全再结晶，如需实现完全再结晶组织，需要通过重新加热将热轧坯料均匀化退火，对于同卷材料，材料的性能偏差较大，超过±5Mpa，材料实际复合率只能控制在±1%以内。

采用热连轧，可以将热轧坯料轧制到3-5mm厚，可减薄坯料厚度，减少冷轧的轧制量，从而提高冷轧效率，而传统热轧复合材很难轧制到6mm以下的厚度和板形均合格的产品。

采用（1+4）热连轧，在4机架热连轧机上，可以将材料直接从30-35mm厚度轧制到3-5mm厚，并且在轧制过程中材料整体轧制变形温度维持在330～400℃，复合材料各层从表面到芯部都完全处于热加工状态，不同于传统热轧复合工艺，由于表面温降快，与材料芯部温度差异大，变形温度的差异，难以保证不能保证复合材料各层变形的均匀性，不能实现材料各层比例的精确可控和均匀性调节，采用热连轧有利于材料层与层之间的均匀一致变形，材料最终复合率偏差可控制在±0.5%以内，可实现材料复合层比例的精确可控。同时通过减薄热轧坯料厚度，可减少冷轧的轧制量，从而提高冷轧效率，而传统热轧复合材很难轧制到6mm以下的合格产品。

采用第二铝合金板作为复合板材芯材的主要部分，可以实现复合板材在钎焊后的强度通过时效强化得到提升，比传统采用不可热处理强化的纯3003芯材复合材，最终材料使用抗拉强度可提高150Mpa以上。

附图说明

图1是本发明的粗坯的剖面结构示意图。

其中，1-第一铝合金板，2-第二铝合金板，3-第三铝合金板，4-第四铝合金板。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

实施例1

一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法，包括如下步骤：

S1、将第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板依次叠合，将预配的复合板坯经500℃条件下，保温3h后，通过（1+4）热连扎机进行热粗轧获得厚度为30-35mm的粗坯；

其中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3系铝合金制成，第四铝合金板由4系铝合金制成；第二铝合金板的成分组成为：0.65wt%Si、0.3wt%Fe、0.25wt%Cu、0.04wt%Mn、1.1wt%Mg、0.04wt%Zn、0.04wt%Ti，余量为Al及不可避免的杂质；第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板的厚度之比为8:75:8:10；

S2、将S1获得的粗坯通过（1+4）热连轧机（控制粗坯的初始温度为420℃），一次连续进行4道次热轧成形，获得厚度为4mm的热轧卷；

其中，热轧过程中，控制热终轧温度为350℃；

S3、将S2获得的热轧卷进行2个道次的冷轧，获得厚度为1.5mm的冷轧卷；

S4、将S3获得的冷轧卷完全退火至O状态，再通过分卷分切获得铝合金钎焊复合板材成品。

S1中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3003铝合金制成。

S4中，将S3获得的冷轧卷于340℃条件下保温3h，实现完全退火。

对于所得铝合金钎焊复合板材成品不同部位的抗拉强度进行检测，检测结果显示：不同部分抗拉强度的测试差异值在±3Mpa以内。

如上所述的铝合金钎焊复合板材的钎焊方法，将所述铝合金钎焊复合板于610℃条件下钎焊形成蜂窝板材，然后，立即用冷却水进行强冷淬火，再于125℃条件下保温18h时效后，测试钎焊所得复合板材的抗拉强度，结果显示，强度达286MPa，同批次材料复合比例偏差为±0.45%。

实施例2

一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法，包括如下步骤：

S1、将第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板依次叠合，将预配的复合板坯经500℃条件下，保温2h后，通过（1+4）热连扎机进行热粗轧获得厚度为32mm的粗坯；

其中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3系铝合金制成，第四铝合金板由4系铝合金制成；第二铝合金板的成分组成为：0.65wt%Si、0.3wt%Fe、0.25wt%Cu、0.04wt%Mn、1.1wt%Mg、0.04wt%Zn、0.04wt%Ti，余量为Al及不可避免的杂质；第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板的厚度之比为10:70:10:10；

S2、将S1获得的粗坯通过（1+4）热连扎机（控制粗坯的初始温度为420℃），一次连续进行4道次热轧成形，获得厚度为3.5mm的热轧卷；

其中，热轧过程中，控制热终轧温度为340℃；

S3、将S2获得的热轧卷进行3个道次的冷轧，获得厚度为1.0mm的冷轧卷；

S4、将S3获得的冷轧卷340℃保温4h完全退火至O状态，再通过分卷分切获得铝合金钎焊复合板材成品。

S1中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3003铝合金制成。

对于所得铝合金钎焊复合板材成品不同部位的抗拉强度进行检测，检测结果显示：不同部分抗拉强度的测试差异值在±3Mpa以内。

如上所述的铝合金钎焊复合板材的钎焊方法，将所述铝合金钎焊复合板于610℃条件下钎焊形成蜂窝板材，然后，立即用冷却水进行强冷淬火，再于120℃条件下保温24h时效后，测试钎焊所得复合板材的抗拉强度，结果显示，强度达292MPa，通过金相检测同批次复合材料实际复合比例偏差为±0.4%。

对比例1

重复实施例1，不同之处在于：S2中，采用单机架的热轧机进行热轧，热轧坯料厚度为7.0mm，S3中，需经过4个道次的冷轧至1.5mm成品厚度。

对于所得铝合金钎焊复合板材成品不同部位的抗拉强度进行检测，检测结果显示：不同部分抗拉强度的测试差异值超过±3Mpa。

测试钎焊后复合板材的抗拉强度，结果显示，抗拉强度值波动较大，在255-285Mpa之间变化，整卷材料的抗拉强度值波动值超过±10Mpa，同时通过金相方法检测的同批次复合材料实际复合比例偏差为±0.79%。

对比例2

重复实施例1，不同之处仅在于：第二铝合金板由3003铝合金制成。

钎焊后所得复合板材的使用强度仅为125-130MPa，钎焊复合板材的实际复合比例为±0.49%。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种可时效强化的铝合金钎焊复合板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板依次叠合，获得多层复合板坯，再将所述多层复合板坯加热到490-520℃，保温2-4h后，通过（1+4）热连轧机进行粗轧，获得厚度为30-35mm的粗坯；

其中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3系铝合金制成，第四铝合金板由4系铝合金制成；第二铝合金板的成分组成为：0.5-0.8wt%Si、0.25-0.35wt%Fe、0.2-0.3wt%Cu、0.03-0.05wt%Mn、1.0-1.2wt%Mg、0.03-0.05wt%Zn、0.03-0.05wt%Ti，余量为Al及不可避免的杂质；第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板的厚度之比为7-9:70-80:7-9:8-12；

S2、将S1获得的粗坯的初始温度控制在400℃以上，通过（1+4）热连轧机进行4个道次热轧成形，获得厚度为3-5mm的热轧卷；

其中，热轧过程中，控制热轧温度为330-400℃；

S3、对S2获得的热轧卷进行冷轧，获得厚度为1-2mm的冷轧卷；

S4、将S3获得的冷轧卷完全退火至O状态，再通过开卷分切获得铝合金钎焊复合板材成品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，第二铝合金板的成分组成为：0.5-0.8wt%Si、0.25-0.35wt%Fe、0.2-0.3wt%Cu、0.04wt%Mn、1.0-1.2wt%Mg、0.04wt%Zn、0.04wt%Ti，余量为Al及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，第一铝合金板、第二铝合金板、第三铝合金板和第四铝合金板的厚度之比为7.5-8.5:72-78:7.5-8.5:9-11。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，第一铝合金板、第三铝合金板均由3003铝合金制成。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3中，进行1-4个道次的冷轧。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S4中，将S3获得的冷轧卷于330-350℃条件下保温2-4h，实现完全退火。

7.如权利要求1-6任一项所述的铝合金钎焊复合板材的钎焊方法，其特征在于，将所述铝合金钎焊复合板于610-615℃条件下钎焊至目标材料上，然后，立即用冷却水进行强冷淬火，再于120-130℃条件下保温12-24h进行时效处理。

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