DE2848653C2

DE2848653C2 - Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Hartlötblech

Info

Publication number: DE2848653C2
Application number: DE2848653A
Authority: DE
Inventors: William Albert Pittsburgh Pa. Anderson; William Donald New Kensington Pa. Vernam; George David Maryville Tenn. Wilkinson
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE2848653A1; AU515605B2; FR2415002A1; JPS5499762A; AU4104178A; GB2007547B; US4146163A; GB2007547A; CA1084661A

Description

a) eine Anordnung aus einem Knüppel einer Aluminiumlegierung und einer Schicht einer Aluminium-Hartlötlegierung, bestehend im wesentlichen aus 6,0 bis 13,0Gew.-% Silizium und 0,05 bis 0,35 Gew.-% Magnesium, Rest Aluminium und Zufallsverunreinigungen, auf mindestens einer Seite des Knüppels herstellt,

b) auf diese Anordnung auf beiden Seiun eine Deckschicht aus Alumimium zum Walzen aufbringt, die im wesentlichen frei von elementarem Silizium ist und im wesentlichen aus max. 0,2 Gew.-% Cu, max. 0,7 Gew.-% Fe bis zu 3,0Gew.-% Zn, max. l,5Gew.-% Mn, bis zu l,0Gew.-% Mg, wobei der Gesamtanteil Mn plus Mg 1,5Gew.-°/o nicht übersteigt, Rest Aluminium und Zufallsverunreinigungeti besteht,

c) die Anordnung mit den Deckschichten bei einer Temperatur von 454,4 bis 510⁰C in einer Urnkehrwalzstraße zu einem Verbund walzt und

d) den Verbund im Durchlauf zu Hartlötblech warm auswalzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartlötschicht eine Legierung mit 0,05 bis 0,25 Gew.-% Magnesium verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ;ils Hartlötschicht eine Legierung mit 6,5 bis 12,0 Gew.-% Silizium verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht eine Legierung verwendet wird, in welcher der Anteil an elementarem Silizium geringer als 0,15 Gew.-% ist.

5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht eine Legierung mit max. 0,2 Gew.-% Cu, max. 0,4 Gew.-% Fe, je max. 0,05 Gew.-% Mn und Ti sowie bis zu 1,0 Gew.-% Mg verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht eine Legierung mit 0,1 bis 0,8 Gew.-% Mg verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht-Legierung eine solche verwendet wird, die mindestens eines der Elemente Bi, Pb und Sn bis zu 0,2 Gew.-% enthält.

8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund im Durchlauf bei einer Temperatur von 260 bis 426,7° gewalzt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Hartlötblech, in dem man eine Aluminiumlegierung mit einer Aluminium-Siiizium-Hartlötlegierung beschichtet.

Es ist bekannt, Aluminiumwerkstücke miteinander hart zu verlöten, indem man eine niedrigschmelzende Aluminium-Silizium-Legierung und ein Flußmittel in einem Hartlötofen bei Temperaturen zwischen dem Schmelzpunkt der Aluminium-Silizium-Legierung und dem der höherschmelzenden Legierung der zu verbindenden Teile einsetzt. Es ist ebenfalls bekannt, ein

ίο Verbundblech mit einer Hartlötlegierung auf einer oder beiden Seiten und mit der höherschmelzenden Legierung als Kern durch Walzen herzustellen.

Aus der US-PS 33 21 828 ist es bekannt, flußmittelfrei Aluminiumwerkstücke hartzulöten, indem die zu verbindenden Flächen während des Hartiötvorgangs Magnesiumdämpfen ausgeseift werden. Das Magnesium kann dabei an der zu verbindenden Stelle in Form eines Aluminiumhartlötblechs vorgesehen sein, das Magnesium und Silizium enthält. Magnesium hat einen

μ verhältnismäßig hohen Dampfdruck. In der US-PS 38 91 400 ist demzufolge vorgeschlagen, ein verfrühtes Verdampfen während des Hartlötvorganges dadurch zu verhindern, daß das magnesiumhaltige Element, beispielsweise eine Aiuminium-Hartlötlegierung aus 5 bis

2ϊ 15 Gew.-% Si, 0,5 bis 5,0 Gew.-% Mg, 0,8 Gew.-% Fe, max. 0,25 Gew.-% Cu, max. 0,2 Gew.-% Zn und max. 0,2 Gew.-^'o Mn, mit einer magnesiumfreien Legierung zu beschichten, um auch das Ausbilden eines komplexen. Magnesium enthaltenden Oxidfilmes zu vermeiden.

■^tfl Walzt man einen einseitig mit Hartlötblech beschichteten Knüppel, zeigt die entstehende Platte oft eine Neigung, sich zu krümmen, so daß ein weiteres Walzen ohne Schaden an der Walzanlage schwierig wird. Wenn derartiges Plattenmaterial in einer Durchlaufwalzstraße

^J5 auf die für Hartlötblech gewünschte Dicke aufgewalzt wird, ergeben sich weitere Probleme wie beispielsweise ein Rutschen, so daß sich das Blech zwischen den einzelnen Gerüsten stauen kann. Auf diese Weise können bis zu 50% Ausschußschrott und erhebliche Kosten infolge der Ausfallzeiten entstehen.

Das Rutschen wird im wesentlichen von eulektischem oder elementarem Silizium in der Deckschicht verursacht. Elementares Silizium in dieser Schicht bewirkt eine Oberfläche, deren Reibung an den Walzen der Durchlaufwalzstraße gering ist, was zu schlechten Durchzieheigenschaften führt. Damit das Blech in die Walzstraße einlaufen kann, müssen kleinere Stichabnahmen vorgesehen werden, was unwirtschaftlich ist und zusätzliche Walzdurchläufe erfordert, um die gewünschte Blechdicke zu erreichen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Hartlötblech auf sehr wirtschaftliche Weise anzugeben, mit welchem die Probleme des Krümmens oder Biegens und des Rutschens beim Walzen im wesentlichen eliminiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man

b) auf diese Anordnung auf beiden Seiten eine Deckschicht aus Aluminium zum Walzen aufbringt,

die im wesentlichen frei von elementarem Silizium ist und im wesentlichen aus max. 0,2 Gew.-% Cu, max. 0,7 Gew -% Fe. bis zu 3,0 Gew.-⁰Zo Zn, max. 1,5 Gew.-°/o Mn, bis zu 1,0 Gew.-% Mg, wobei der Gesamtanteil Mn plus Mg l,5Gew.-% nicht übersteigt. Rest Aluminium und Zufallsverunreinigungen, besteht,

c) die Anordnung mit den Deckschichten bei einer Temperatur von 454,4 bis 510⁰C in einer Umkehrwalzstraße zu einem Verbu nd walzt und in

d) den Verbund im Durchlauf zu Hartlötblech warm auswalzt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus η den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein Aluminium-Hartlötblech mit ji> mehreren Hartlötschichten;

Fig. 2 im Schnitt ein Aluminium-Hartlötblech mit einer Hartlötschicht.

Wie in F i g. 1 und 2 gezeigt ist, weist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Hartlot- 2', blech einen Aluminiumkern 10, mindestens eine Aluminium-Hartlötschicht 20 auf dem Kern und Aluminiumaußenschichten 30 auf.

Die Kernlegierung soll maximale Eigen- und Korrosionsfestigkeit aufweisen und umfaßt im wesentlichen vi max. 1,5 Gew.-°/o Mn, max. 0,3 Gew.-% Si, 0,1 bis 0,8 Gew.-% Mg, max. 0,7 Gew.-% Fe, max. 0,25 Gew.-% Cu, max. 5,0 Gew.-°/o Zn und max. 0,25 Gew.-% Cr, Rest Aluminium und Zufallsverunreinigungen. Diese Legierung kann beispielsweise die Normlegiemng 3003, 3105. » 3005 oder 6951 sein.

Es ist wichtig, den Siliziumanteil der Kernlegierung zu steuern, um ein Eindringen des Siliziums aus der Hartlötschicht zu verhindern. E:s ist bekannt, daß das Eindringen von Silizium in die Kernlegierung zu 4» erheblichem Schmelzen entlang der Korngrenzen während des Harllötvorgangs führen kann. Es treten also Schmelzvorgänge als Resultat des Eindringens oder Eindiffundierens von Silizium in den Kern aus der Hartlötschicht auf. Auch lange Wärmebehandlungszei- « ten während des Hartlötvorgangs und geringe Korngrößen fördern das unerwünschte Eindringen von Silizium in die Kernlegierung. Deshalb sollte der Eisenanteil im Bereich von 0,2 bis 0,5 Gew.-% gehalten werden. >o

Der Magnesiumanteil im Hartlötwerkstoff soll sehr gering sein, um qualitativ hochwertige Verbindungen zwischen den Aluminiumbauteilen beim Hartlöten herzustellen; er soll in der Hartlötschicht 0,3a Gew.-% nicht übersteigen und vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,25 Gew.-% Mg liegen, um die Bildung übermäßig dicker und nachteiliger Magnesiumoxidschichten auf der Oberfläche der Al-Hartlötlegierung beim Glühen des Blechs während seiner Herstellung zu verhindern.

Niedrige Mg-Gehalte ergeben eine geringere Diffu- to sion und damit dünnere Magnesiumoxidschichten, welche den Hartlötvorgang nicht beeinträchtigen. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß, wenn man die Normlegierung 3003, die Magnesiumspuren enthält, in trockener Luft bei etwa 400⁰C hält, sich in ihnen Oxid in einer gleichmäßigen und kontinuierlichen Verteilung bildet. Die Röntgendiffraktionsanalyse zeigt dabei, daß es Drimär aus v-Aluminiumoxic! besteht und frei von MgO ist Demgegenüber bildeten sich in Proben der Normlegierung 3004 mit 0,3 bis l,3Gew.-% Mg in trockener Luft bei 400° C diskontinuierliche Oxidschichten. Die Analyse dieser Oxidschichten zeigte das Vorliegen einer rauhen MgO-Schicht auf der Oberfläche der Schicht Diese MgO-Schicht ist die bereits oben erwähnte, die zu vermeiden ist, wenn man beim Hartlöten qualitativ hochwertige Verbindungen erhalten will.

Zusätzlich zum Magnesium in kontrollierter Menge enthält die Hartlötlegierung Silizium im Bereich von 6,0 bis 13,0Gew.-%, vorzugsweise 6,5 bis 12,0Gew.-%, Rest Aluminium und Zufallsverunreinigungen.

Eine Schicht 30 einer hochreinen und im wesentlichen siliziumfreien Aluminiumlegierung ist vorgesehen, um den Kern 10 und die Hartlötschicht 20 zu beschichten. Eine »im wesentlichen siliziumfreie Aluminiumlegierung« ist eine Al-Legierung, die im wesentlichen frei von eutektischem oder elementarem Silizium ist und im allgemeinen weniger als 0.4 Gew.-% Si, vorzugsweise nicht mehr als 0,2Gew.-% und besser weniger als 0,15 Gew.-^ü/o Silizium enthält. Die Legierung sollte nicht mehr als 0,7 Gew.-% und vorzugsweise nicht mehr als 0,4 Gew.-% Fe enthalten. Die in eier Legierung vorliegende Kupfermenge sollte 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% nicht übersteigen, während die Mn-Menge nicht mehr als l,5Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,3 Gew. % beträgt. Magnesium kann in der Legierung bis zu l,0Gew.-% vorliegen; die real vorhandene Menge liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 0,8 Gew.-%. Zusätzlich sollte der Gesamtanteil von Mangan plus Magnesium l,5Gew.-% nicht übersteigen. Zink kann bis zu 3,0Gew.-% enthalten sein; der bevorzugte Maximalwert ist 2,5 Gew.-%. Gegebenenfalls kann man mindestens ein Element aus der Gruppe Wismuth, Blei und Zinn bis zu 0,2 Gew.-% der Walzschicht 30 zugeben. Der Rest der Legierung besteht im wesentlichen aus Aluminium und Zufallsverunreinigungen. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Walzschicht max. 0,2 Gew.-% Cu, 0,4 Gew.-% Fe, je max. 0,05 Gew.-% Mn und Ti sowie bis zu l,0Gew.-% Mg.

Bei der Herstellung von Hartlötblechen wird ein als Kern 10 gedachter Knüppel einer Aluminiumlegierung zunächst geschält, um Oberflächenunregelmäßigkeiten zu entfernen. Nach dem Schälen weist er eine Dicke im Bereich von 254 bis 508 mm auf. Ein zuvor zu einer Platte mit einer Dicke von 25,4 bis 76,2 mm ausgewalzter Knüppel einer Hartlötlegierung wird mit Bändern oder dergleichen auf dem Kern befestigt. Zum Walzen wird ebenfalls eine Schicht aus der im wesentlichen siliziumfreien Legierung auf den Außenflächen vorgesehen, um nach dem Walzen einen Verbund zu erhalten, wie er in F i g. 2 gezeigt ist. Die Schicht weist eine Dicke von 6,35 bis 25,4 mm nach dem Walzen auf und macht 0,5 bis 10% der endgültigen Verbundanordnung aus. Die Walzschicht 30 kann dabei auf die Hartlötschicht 20 warm aufgewalzt werden, bevor man diese auf dem Kern befestigt. Zur Herstellung des Verbundes wird die Anordnung zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 454,4 bis 510°C erwärmt und dann in einer Umkehrwalzenanordnung auf eine Dicke im Bereich vo"¹ etwa 50,8 bis 101,6 mm ausgewalzt. Infolge der siliziumfreien Schicht treffen die obere und die untere Walze des Gerüstes auf identische Legierungen, so daß ein Krümmen der Anordnung beim Durchlaufen durch das Gerüst verhindert wird. Vermutlich ist ein Grund für das Krümmen einer Anordnung mit unterschied!]-

chen Legierungen auf der Unter- und der Oberseite der Unterschied der Reibungskoeffizienten zwischen den Legierungen und den Walzen, der dazu führt, daß die eine Legierung sich schneller streckt als die andere. Wird jedoch gemäß der Frfindunp eine Schicht aus einer im wesentlichen siiiziumfreien Legierung auf dem Kern und der Hartlötschicht vorgesehen, treffen beide Walzen auf die gleiche Legierung, so daß das Problem des Krümmens eliminiert ist.

Um den Verbund zur gewünschten Dicke von 0,03 bis 3,18 mm auszuwalzen, schickt man ihn durch eine Durchlaufwalzstraße; bei diesem Walzvorgang wird die im wesentlichen siliziumfreie Schicht besonders wichtig. In der Durchlaufwalzstraße kann nämlich eutaktisches Silizium in der Walzschicht 30 zu erheblichen Rutschproblemen führen, wobei sich das Hartlötblech zwischen den einzelnen Gerüsten der Walzstraße stauen kann. Diese Stauungen verwerfen, zerkratzen und verformen das Blech, so daß die Straße stillgelegt werden muß. Deshalb ist es auch erforderlich, die teilweise ausgewalzten Knüppel und Platten erneut auf geeignete Walztemperaturen zu erwärmen.

ί Gewünschtenfalls kann eine Al-Legierung wie die Normlegierung 1100, 1145. 3003, 7072 oder dergleichen zwischen der Hartlötschicht und dem Kern vorgesehen sein.

Beim Durchlaufwalzen wird die Temperatur des

κι Blechs zwischen 260 und 427"C gehalten. In bestimmten Fällen, wenn das Hartlötblech auf Dicken von weniger als 3,175 mm ausgewalzt werden soll, kann das Blech vor dem Walzen geglüht werden. Hierzu behandelt man das Blech eine bis zwei Stunden lang mit einer Temperatur

is von etwa 315 bis404⁰C.

Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Hartlötblech kann beispielsweise gut für Heizkörperrohre und dergleichen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Hartlöiblech, in dem man eine Aluminiumlegierung mit einer Aluminium-Silizium-Hartlötlegierung beschichtet, dadurch gekennzeichnet, daß man