CN1861823A - 热交换器翅片用铝合金箔材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热交换器翅片用铝合金箔材及其制造方法，该材料的组份和重量配比是：铁0.15－0.40％、硅0.05－0.30％、铜0－0.10％、锰0.05－0.30％、稀土元素0.05－0.40％、钛0.010－0.060％，其余为铝。其中稀土元素中组份和重量配比是：镧20－40％、铈45－65％、镨5－15％、钕1－9％、钐0－0.05％、钇0－0.05％，其余为杂质。制造方法包括稀土铝中间合金的制备、板坯的铸轧、板带的冷轧和热处理四个步骤组成。本发明与现有的铝合金箔材相比，在同样的厚度和强度水平下，产品有较好的延伸和韧性，各向异性较小，能适应热交换器翅片较大高度的冲孔翻边需要而不开裂。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种冰箱、空调等制冷设备及汽车散热器等散热装置所使用的热交换器材料，特别是一种热交换器翅片用铝合金箔材，本发明还提供了该铝合金箔材的制造方法。
二、背景技术
随着人民生活水平的提高，空调、冰箱等制冷设备行业得到不断发展。空调、冰箱的热交换器通常由铝合金箔材制成的翅片和穿过翅片的金属管组装而成。金属管穿过翅片上的冲孔部位，经过涨管后，金属管与翅片紧密贴合，空调或冰箱运作时，制冷剂通过金属管和翅片与外界交换热量。翅片材料的冲孔部位开裂会使翅片与金属管的贴合不充分，影响热交换的效果，显然，较薄的材料更容易发生冲孔部位开裂的现象，此外，冲孔部位发生叠片，也会影响气体与金属的热量交换。与此同时，为了达到节约原材料的目的，散热器翅片材料又在朝着厚度更薄的方向发展；另一方面，为了提高生产效率，翅片材料的冲制速度也日益提高。为了达到上述要求，相应的散热器翅片材料需要有更高的强度和韧性，3102牌号铝合金箔材是一种常用的翅片用材，翅片用铝合金箔材的化学成份至关重要，其制造方法也是重要的因素，目前的3102材料成份范围宽广，并不能完全满足热交换器翅片用箔材的特定要求及材料应用(冲制)技术的发展要求。
三、发明内容
1、发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种热交换器翅片用铝合金箔材，该材料具有较高的强度和韧性，各向异性更小，适合于在厚度较薄的情况下更高速的冲制且不开裂。本发明的另一个目的是提供一种该材料的制造方法。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的热交换器翅片用铝合金箔材，其特征在于该材料的组份和重量配比是：铁0.15-0.40％、硅0.05-0.30％、铜0-0.10％、锰0.05-0.30％、稀土元素0.05-0.40％、钛0.010-0.060％，其余为铝。
上述的稀土元素是指一种富含镧铈的稀土族各元素的混合，其中各稀土元素的具体组份和重量配比是：镧20-40％、铈45-65％、镨5-15％、钕1-9％、钐0-0.05％、钇0-0.05％，其余为杂质。
本发明所述的热交换器翅片用铝合金箔材的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)稀土铝中间合金的制备：用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到700-1200℃，精炼、除渣后按稀土铝中间合金重量5-30％的比例加入稀土元素，保温1-3小时并充分搅拌后出炉，浇铸成稀土铝中间合金锭；
2)板坯的铸轧：将按所述比例备好的重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭加入熔炼炉中熔化并升温到700-900℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣，并在铝液中加入所述比例的钛元素后进入铸轧机组铸轧，获得具有符合预定成份、结晶组织、板型和外形尺寸等要求的铸轧板坯；铸轧过程及工艺直接影响材料的内在的质量和后续道次的加工，针对换热器用3102型箔材力学性能和表面外观质量要求较高的特点，铸轧工序采取了除气除渣措施，在铸轧工艺方面运用了长铸轧区、强烈冷却以及在铝液中加入微量钛元素等手段。
3)板带的冷轧：将铸轧板坯加工到具有预定轧制组织、板型、外形尺寸及表面质量的半成品；其中，轧制组织和下一步的热处理工序都是决定产品最终性能的影响因素，表面质量影响热交换器的外观，尺寸影响冲制质量，板型影响是否涨管后叠片；
4)材料的热处理：将半成品放到热处理炉中，在160-320℃温度下、热处理时间为8-40小时，使材料组织得到回复和再结晶，使材料表面的带油挥发，从而获得特定的性能和相应的表面质量。
3、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点：在同样的厚度和强度水平下，产品有较好的延伸和韧性(屈强比)，各向异性较小，能适应热交换器翅片较大高度的冲孔翻边需要而不开裂。
本发明所述的热交换器翅片用铝箔(3102型)主要技术指标如下：
| 项目 | 抗拉MPa | 延伸(标距50mm)％ | 杯突mm |
| 指标 | 130～160 | ≥15 | ≥6.0 |
| 检测方法 | 拉力试验 | 拉力试验 | 杯突试验 |
四、具体实施方式
实施例1：材料的化学成份配比是：
| 组份 | 铁 | 硅 | 铜 | 锰 | 稀土元素 | 钛 | 铝 |
| 重量配比 | 0.20 | 0.08 | 0.05 | 0.30 | 0.40 | 0.030 | 其余 |
其中稀土族元素总量中各具体稀土元素的组份和重量配比是
| 组份 | 镧 | 铈 | 镨 | 钕 | 钐 | 钇 | 杂质 |
| 重量配比 | 20 | 55 | 15 | 9 | ≤0.05 | ≤0.05 | 其余 |
铸轧坯料的制作方法是：
1)稀土铝中间合金的制备：
用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到800℃，精炼、除渣后按稀土元素总含量占稀土铝中间合金5.0％的比例加入稀土元素，保温1小时并充分搅拌后出炉浇铸成稀土铝中间合金锭；
2)板坯的铸轧：
将重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭按上述成份计算并备好材料后，加入熔炼炉中熔化并升温到800℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣、在铝液中加入0.030％的微量钛元素后进入铸轧机组铸轧成板坯，铸轧工艺方面参数如下：
| 铸轧区长度mm | 前箱温度 | 铸轧速度mm/min | 水温℃ | 水压MPa |
| 40 | 680 | 900 | 30 | 0.6 |
3)板带的冷轧：：
铸轧板坯通过9道次轧制到预定厚度的半成品；
4)材料的热处理：
将半成品放到热处理炉中，直接升温到220℃。保温40小时即可。
实施例2：材料的化学成份配比是：
| 组份 | 铁 | 硅 | 铜 | 锰 | 稀土元素 | 钛 | 铝 |
| 重量配比 | 0.40 | 0.15 | 0.10 | 0.10 | 0.30 | 0.010 | 其余 |
其中稀土族元素总量中各具体稀土元素的组份和重量配比是
| 组份 | 镧 | 铈 | 镨 | 钕 | 钐 | 钇 | 杂质 |
| 重量配比 | 40 | 55 | 5 | 9 | ≤0.05 | ≤0.05 | 其余 |
铸轧坯料的制作方法是：
1)稀土铝中间合金的制备：
用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到850℃，精炼、除渣后按稀土元素总含量占稀土铝中间合金20％的比例加入稀土元素，保温3小时并充分搅拌后出炉浇铸成稀土铝中间合金锭。
2)板坯的铸轧：
将重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭按上述成份计算并备好材料后，加入熔炼炉中熔化并升温到850℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣、在铝液中加入0.010％的微量钛元素后进入铸轧机组铸轧成板坯，铸轧工艺方面参数如下：
| 铸轧区长度mm | 前箱温度 | 铸轧速度mm/min | 水温℃ | 水压MPa |
| 60 | 680 | 1000 | 0 | 0.5 |
3)板带的冷轧：：
铸轧板坯通过8道次轧制到预定厚度的半成品；
4)材料的热处理：
将半成品放到热处理炉中，升温到160℃，保温4小时后升温到260℃，保温20小时即可。
实施例3：材料的化学成份配比是：
| 组份 | 铁 | 硅 | 铜 | 锰 | 稀土元素 | 钛 | 铝 |
| 重量配比 | 0.30 | 0.20 | 0.05 | 0.30 | 0.10 | 0.060 | 其余 |
其中稀土族元素总量中各具体稀土元素的组份和重量配比是
| 组份 | 镧 | 铈 | 镨 | 钕 | 钐 | 钇 | 杂质 |
| 重量配比 | 35 | 45 | 15 | 4 | ≤0.05 | ≤0.05 | 其余 |
铸轧坯料的制作方法是：
1)稀土铝中间合金的制备：
用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到900℃，精炼、除渣后按稀土元素总含量占稀土铝中间合金10％的比例加入稀土元素，保温1小时并充分搅拌后出炉浇铸成稀土铝中间合金锭。
2)板坯的铸轧：
将重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭按上述成份计算并备好材料后，加入熔炼炉中熔化并升温到750℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣、在铝液中加入0.060％的微量钛元素后进入铸轧机组铸轧成板坯，铸轧工艺方面参数如下：
| 铸轧区长度mm | 前箱温度 | 铸轧速度mm/min | 水温℃ | 水压MPa |
| 50 | 690 | 1200 | 20 | 0.4 |
3)板带的冷轧：：
铸轧板坯通过6道次轧制到预定厚度的半成品；
4)材料的热处理：
将半成品放到热处理炉中，升温到160℃，保温4小时后升温到300℃，保温1小时后降温到250℃，保温25小时即可。
实施例4：材料的化学成份配比是：
| 组份 | 铁 | 硅 | 铜 | 锰 | 稀土元素 | 钛 | 铝 |
| 重量配比 | 0.40 | 0.08 | 0.05 | 0.15 | 0.20 | 0.050 | 其余 |
其中稀土族元素总量中各具体稀土元素的组份和重量配比是
| 组份 | 镧 | 铈 | 镨 | 钕 | 钐 | 钇 | 杂质 |
| 重量配比 | 30 | 60 | 5 | 4 | ≤0.05 | ≤0.05 | 其余 |
铸轧坯料的制作方法是：
1)稀土铝中间合金的制备：
用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到1000℃，精炼、除渣后按稀土元素总含量占稀土铝中间合金10％的比例加入稀土元素，保温2小时并充分搅拌后出炉浇铸成稀土铝中间合金锭；
2)板坯的铸轧：
将重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭按上述成份计算并备好材料后，加入熔炼炉中熔化并升温到800℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣、在铝液中加入0.050％的微量钛元素后进入铸轧机组铸轧成板坯，铸轧工艺方面参数如下：
| 铸轧区长度mm | 前箱温度 | 铸轧速度mm/min | 水温℃ | 水压MPa |
| 55 | 685 | 1100 | 10 | 0.3 |
3)板带的冷轧：：
铸轧板坯通过5道次轧制到预定厚度的半成品；
4)材料的热处理：
将半成品放到热处理炉中，材料直接升温到230℃，保温35小时即可。
实施例5：材料的化学成份配比是
| 组份 | 铁 | 硅 | 铜 | 锰 | 稀土元素 | 钛 | 铝 |
| 重量配比 | 0.30 | 0.30 | 0.05 | 0.05 | 0.06 | 0.02 | 其余 |
其中稀土族元素总量中各具体稀土元素的组份和重量配比是
| 组份 | 镧 | 铈 | 镨 | 钕 | 钐 | 钇 | 杂质 |
| 重量配比 | 40 | 45 | 10 | 4 | ≤0.05 | ≤0.05 | 其余 |
铸轧坯料的制作方法是：
1)稀土铝中间合金的制备：
用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到900℃，精炼、除渣后按稀土元素总含量占稀土铝中间合金9.0％的比例加入稀土元素，保温1小时并充分搅拌后出炉浇铸成稀土铝中间合金锭；
2)板坯的铸轧：
将重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭按上述成份计算并备好材料后，加入熔炼炉中熔化并升温到750℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣、在铝液中加入0.020％的微量钛元素后进入铸轧机组铸轧成板坯，铸轧工艺方面参数如下：
| 铸轧区长度mm | 前箱温度 | 铸轧速度mm/min | 水温℃ | 水压MPa |
| 50 | 690 | 1200 | 25 | 0.5 |
3)板带的冷轧：
铸轧板坯通过6道次轧制到预定厚度的半成品；
4)材料的热处理：
将半成品放到热处理炉中，材料升温到160℃，保温4小时后升温到300℃，保温1小时后降温到250℃，保温25小时即可。
实施例6：材料的化学成份配比是：
| 组份 | 铁 | 硅 | 铜 | 锰 | 稀土元素 | 钛 | 铝 |
| 重量配比 | 0.30 | 0.15 | 0.05 | 0.30 | 0.2 | 0.030 | 其余 |
其中稀土族元素总量中各具体稀土元素的组份和重量配比是：
| 组份 | 镧 | 铈 | 镨 | 钕 | 钐 | 钇 | 杂质 |
| 重量配比 | 30 | 55 | 8 | 6 | ≤0.05 | ≤0.05 | 其余 |
铸轧坯料的制作方法是：
1)稀土铝中间合金的制备：
用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到800℃，精炼、除渣后按稀土元素总含量占稀土铝中间合金30.0％的比例加入稀土元素，保温1小时并充分搅拌后出炉浇铸成稀土铝中间合金锭；
2)板坯的铸轧：
将重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭按上述成份计算并备好材料后，加入熔炼炉中熔化并升温到800℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣、在铝液中加入0.030％的微量钛元素后进入铸轧机组铸轧成板坯，铸轧工艺方面参数如下：
| 铸轧区长度mm | 前箱温度 | 铸轧速度mm/min | 水温℃ | 水压MPa |
| 45 | 680 | 900 | 15 | 0.3 |
3)板带的冷轧：：
铸轧板坯通过9道次轧制到预定厚度的半成品；
4)材料的热处理：
将半成品放到热处理炉中，材料直接升温到220℃，保温40小时即可。
Claims (3)
1、一种热交换器翅片用铝合金箔材，其特征在于该材料的组份和重量配比是：铁：0.15-0.40％、硅：0.05-0.30％、铜：0-0.10％、锰：0.05-0.30％、稀土元素：0.05-0.40％、钛：0.010-0.060％，其余为铝。
2、根据权利要求1所述热交换器翅片用铝合金箔材，其特征在于稀土元素的组份和重量配比是：镧：20-40％、铈：45-65％、镨：5-15％、钕：1-9％、钐：0-0.05％、钇：0-0.05％，其余为杂质。
3、权利要求1所述的热交换器翅片用铝合金箔材的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)稀土铝中间合金的制备：用熔铝炉将工业纯铝锭熔化并升温到700-1200℃，精炼、除渣后按稀土铝中间合金重量5-30％的比例加入稀土元素，保温1-3小时并充分搅拌后出炉，浇铸成稀土铝中间合金锭；
2)板坯的铸轧：将按所述比例备好的重熔用工业纯铝锭、铝铁中间合金锭、铝硅中间合金锭、铝锰中间合金锭和稀土铝中间合金锭加入熔炼炉中熔化并升温到700-900℃，精炼、除渣、搅拌、分析并调整成份后进入静置炉，静置、精炼、除气、除渣，并在铝液中加入所述比例的钛元素后进入铸轧机组铸轧，获得铸轧板坯；
3)板带的冷轧：将铸轧板坯加工到具有预定轧制组织、板型、外形尺寸及表面质量的半成品；
4)材料的热处理：将半成品放到热处理炉中，在160-320℃温度下、热处理时间为8-40小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |