EP0059742A1 - Procede de fabrication d'un alliage d'aluminium brasable. - Google Patents

Procede de fabrication d'un alliage d'aluminium brasable.

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EP0059742A1 EP81902622A EP81902622A EP0059742A1 EP 0059742 A1 EP0059742 A1 EP 0059742A1 EP 81902622 A EP81902622 A EP 81902622A EP 81902622 A EP81902622 A EP 81902622A EP 0059742 A1 EP0059742 A1 EP 0059742A1
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium

Definitions

  • the invention relates to alloys based on aluminum, which can be brazed, in particular for the manufacture of large devices.
  • alloy 3003 the alloy most suitable for the manufacture of large brazed devices, such as heat exchangers, is alloy 3003, according to the AFNOR NF A 50-541 standard.
  • the duration of the cycle imposed, on the one hand, by the own mass of such devices, on the other hand, by the need to limit the heating and cooling rates to a low value (of the order of a few tens of ° C / hour) to avoid internal stresses of thermal origin and corresponding distortions.
  • brazing time itself (partially or completely liquid brazing) being generally between a few tens of minutes to several hours, the alloy must sufficiently resist creep.
  • the aim of the present invention is therefore to find an alloy based on Al which is brazable and "refractory", that is to say retaining a large fraction of its mechanical characteristics during and after long-term brazing, without alteration. notable for its other properties of use, such as its resistance to corrosion.
  • the alloy according to the invention which meets these requirements, has the following composition (by weight%): Fe 0.10 to 0.7
  • Cu + Mg is greater than or equal to 0.40%.
  • a preferred composition is as follows:
  • V ⁇ 0.4 remains aluminum and usual impurities.
  • the alloy according to the invention has its characteristics of use tion, in particular the best resistance to dissolution by brazing, if between the casting and the subsequent hot deformation, it undergoes a homogenization cycle in two stages: a) the first, by keeping in the field 590-610 ° C for 2 to 36 hours; b) the second, by maintaining between 450 and 550o C between 30 minutes and 24 hours; these two stages being separated or not by a return to ambient temperature (continuous or discontinuous cooling).
  • the simplest and most economical method naturally consists of slow and controlled cooling between the two stages a) and b).
  • the alloy can be used in the form of a homogeneous product to which either the brazing is applied during the actual brazing, or which is brought into contact with another product coated with a brazing alloy, or either of composite product, coated with a brazing alloy, obtained, for example, by hot and / or cold co-laminating (sheets or strips plated on one or two sides).
  • the alloy is brazing, it can also find applications in all cases where the material is brought temporarily to high temperature, such as kitchen utensils, solar collectors, muffler casings, etc.
  • EXAMPLE 1 Three products are produced plated in three layers, each composed of a core alloy and a brazing alloy placed on either side of the core alloy with the thickness per side equal to 5. % of the total thickness.
  • compositions are obtained (% by weight):
  • Product I is an alloy 3003 plated with solder alloy 4343.
  • Products 2 and 3 have a core whose composition is in accordance with the invention; they are also plated with 4343 alloy.
  • the brazing alloys are cast by one. known process (semi-continuous casting) and hot rolled after reheating at 500 ° C to a thickness compatible with the thickness of the plated products.
  • the core alloys are also cast in plates (semi-continuous casting).
  • a homogenization heat treatment is then carried out with maintenance of 20 h at 600 ° C., followed by cooling to 500 ° C. (20 ° C. / h).
  • the clad strip thus obtained is then cold rolled and the composite sheets thus obtained are then annealed to the final thickness.
  • Brazing is carried out in a flow bath after preheating the products for several hours at a temperature slightly below 570o C. Immersion in the salt bath brought to 600 ° C has a duration of two hours.
  • Cooling after brazing is 30 ° C per hour.
  • the depth of dissolution in the three cases examined does not exceed 20 microns.
  • the same core alloys are used.
  • the solder used has the same composition as that of Example 1, but with the addition of 0.3% copper.
  • the plated products are obtained by the same processing technique as that described in Example 1, with the only difference being a plating thickness per side of 15% of the total thickness obtained.
  • a plated composite is produced (plating thickness per side being 10% of the total thickness) of the following composition (% by weight)
  • the transformation of the plated products is carried out in the same way as in Example 1, except with regard to the homogenization supplemented by maintaining for 20 h at 500 ° C.
  • the brazing cycle includes heating under vacuum from 1.33 to 13.3 MPa at a temperature of 560o C, so as to homogenize the temperature of the assembly to be brazed, then a two hour hold in the interval brazing temperature (580-590o C), so as to ensure that the solder passes through the liquid state, always under vacuum.
  • the cooling is then carried out in the brazing furnace, then in air, with a cooling rate sufficiently slow to ensure the thermal equilibrium within the device.
  • the dissolution depth when maintained at the brazing temperature, remains less than 30 microns.

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Abstract

L'invention se rapporte aux alliages d'aluminium brasables en particulier a ceux destines a la fabrication de gros appareillages. L'alliage suivant l'invention contient en poids%: Fe 0,10 a 0,7; Ni 0,40 a 1,0; Mn 1,00 a 1,5; Cr (Alpha) 0,5; Si 0,20 a 0,5; Zr (Alpha) 0,4; Cu 0,20 a 0,5; Ti 0,01 a 0,1; Mg (Alpha) 0,5; V (Alpha) 0,4 autres chacun (Alpha) 0,05; total (Alpha) 0,15, reste aluminium. Le procede de fabrication comporte, de preference, une homogeneisation en deux stades. a) dans le domaine de temperature 590 C-610 C pendant 2 a 36 heures b) dans le domaine de temperature 450 C-550 C pendant 30 minutes a 24 heures. L'alliage est principalement utilise a la fabrication de gros echangeurs de chaleur.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM BRASABLE L'invention se rapporte aux alliages à base d'aluminium, brasables, en particulier pour la fabrication de gros appareillages.
On sait que l'alliage le plus apte à la fabrication de gros appareils brasés, tels que des échangeurs de chaleur, est l'alliage 3003, selon la norme AFNOR NF A 50-541.
Cependant, à la suite d'un cycle de brasage de longue durée, ce dernier alliage accuse un niveau de caractéristiques mécaniques très modeste.
La durée du cycle imposée, d'une part, par la masse propre de tels appareils, d'autre part, par la nécessité de limiter les vitesses de chauffage et de refroidissement à une faible valeur (de l'ordre de quel ques dizaines de °C/heure) pour éviter les contraintes internes d'ori gine thermique et les distorsions correspondantes.
De plus, la durée de brasage elle-même (brasure partiellement ou totalement liquide) étant en général comprise entre quelques dizaines de minutes à plusieurs heures, l'alliage doit résister suffisamment au fluage.
Le but de la présente invention est donc de trouver un alliage à base d'Al brasable et "réfrac taire", c'est-à-dire conservant une fraction importante de ses caractéristiques mécaniques pendant et après un brasage de longue durée, sans altération notable de ses autres propriétés d'usage, telles que sa résistance à la corrosion.
L'alliage suivant l'invention, qui répond à ces exigences, a la composition suivante (en poids %) : Fe 0,10 à 0,7
Mn 1,00 à 1,5
Si 0,20 à 0,5
Cu 0,20 à 0,5
Mg < 0,5 Ni 0,40 à 1,0
Cr < 0,5
Zr < 0,4 Ti 0,01 à 0.1
V < 0,4
Autres : chacun < 0,05 total < 0,15 reste aluminium
Cependant, afin d'obtenir les propriétés optimales, il est préférable que Cu + Mg soit supérieur ou égal à 0,40 %.
Une composition préférentielle est la suivante :
Fe 0,20 à 0,5 Cu + Mg 0,40 à 0,8
Mg 1,0 à 1,5 Ni 0,40 à 1,0
Si 0,20 à 0,4 Cr < 0,5 Cu 0,25 à 0,5 Zr < 0,4
Mg < 0,5 Ti 0,01 à 0,1
V < 0,4 reste aluminium et impuretés habituelles.
Les alliages suivant l'invention présentent les caractéristiques suivantes :
1°/ une excellente aptitude au placage par des alliages de brasure du type Al-Si ou Al-Si-Mg utilisés pour les brasages sous flux, sous gaz inerte ou sous vide; 2º/ une amélioration de l'ordre de 40 % des caractéristiques mécaniques de traction (charge de rupture et limite élastique) par rapport à l'alliage 3003 utilisé dans les mêmes conditions; 3°/ une aptitude au brasage et une résistance à la dissolution par la brasure au moins égales à celle du 3003; 4º/ un comportement à la corrosion au moins égal à celui du 3003 dans les mêmes environnements chimiques.
De plus, cette augmentation des caractéristiques mécaniques après brasage permet, dans de nombreux cas, de diminuer les épaisseurs de pa- rois des échangeurs; il en résulte tout à la fois un gain de matière et une plus grande efficacité d'échange calorifique.
L'alliage suivant l'invention présente ses caractéristiques d'utilisa tion optimales, en particulier la meilleure résistance à la dissolution par la brasure, si entre la coulée et la déformation à chaud subséquente, il subit un cycle d'homogénéisation en deux étapes : a) la première, par maintien dans le domaine 590-610°C pendant 2 à 36 heures; b) la deuxième, par maintien entre 450 et 550º C entre 30 minutes et 24 heures; ces deux étapes étant séparées ou non par un retour à la température ambiante (refroidissement continu ou discontinu).
La méthode la plus simple et la plus économique consiste naturellement en un refroidissement lent et contrôlé entre les deux étapes a) et b).
Bien sûr, l'alliage peut être utilisé sous forme de produit homogène auquel, soit on applique la brasure lors du brasage proprement dit, ou qui est mis en contact avec un autre produit revêtu d'un alliage de brasage, ou, soit sous forme de produit composite, revêtu d'un alliage de brasage, obtenu, par exemple, par colaminage à chaud et/ou à froid (tôles ou bandes plaquées une ou deux faces).
Bien que l'application principale de l'alliage soit le brasage, il peut également trouver des applications dans tous les cas où le matériau est porté momentanément à haute température, telles que ustensiles de cuisine, collecteurs solaires, enveloppes de pots d'échappement, etc..
Les exemples suivants permettront d'illustrer les propriétés des alliages suivant l'invention.
EXEMPLE 1 On réalise trois produits plaqués en trois couches, composées chacune d'un alliage d'âme et d'un alliage de brasure placé de part et d'autre de l'alliage d'âme avec l'épaisseur par face égale à 5 % de l'épaisseur totale.
Les compositions suivantes sont obtenues (% en poids) :
Le produit I est un alliage 3003 plaqué d'alliage de brasure 4343.
Les produits 2 et 3 ont une âme dont la composition est conforme à l'invention; ils sont également plaqués d'alliage 4343.
Les alliages de brasure sont coulés par un. procédé connu (coulée semi-continue) et laminés à chaud après réchauffage à 500° C jusqu'à l'épaisseur compatible avec l'épaisseur des produits plaqués.
Les alliages d'âme sont également coulés en plaques (coulées semi-continue).
En ce qui concerne les alliages d'âme des produits 2 et 3, on effectue ensuite un traitement thermique d'homogénéisation avec maintien de 20 h à 600ºC, suivi d'un refroidissement jusqu'à 500° C (20ºC/h) .
Après réchauffage à 500° C d'un empilement formé par la plaque de l'un des alliages d'âme I à 3, entouré sur ses deux grandes faces d'une tôle en alliage de brasure de composition indiquée ci-dessus, on lamine à chaud de façon à obtenir une ébauche plaquée.
La bande plaquée ainsi obtenue est ensuite laminée à froid et les tôles composites ainsi obtenues sont ensuite recuites à l'épaisseur finale.
Le brasage est effectué en bain de flux après un préchauffage des produits de plusieurs heures à une température légèrement inférieure à 570º C. L'immersion dans le bain de sel porté à 600° C a une durée de deux heures.
Le refroidissement après brasage est de 30° C par heure.
Après le cycle de brasage, les propriétés mécaniques suivantes sont obtenues sur le métal constituant l'âme du produit :
: R 0,2
La profondeur de la dissolution dans les trois cas examinés ne dépasse pas 20 microns.
EXEMPLE 2
On utilise les mêmes alliages d'âme. La brasure utilisée a la même composition que celle de l'exemple 1, mais avec une addition de 0,3 % de cuivre. Les produits plaqués sont obtenus par la même technique de transformation que celle décrite dans l'exemple 1, avec,pour seule différence, une épaisseur de placage par face de 15 % de l'épaisseur totale obtenue.
Après brasage, dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, les propriétés obtenues sont pratiquement les mêmes, en ce qui concerne les alliages d'âme, que dans l'exemple 1.
EXEMPLE 3
On réalise un composite plaqué (épaisseur de placage par face étant de 10 % de l ' épaisseur totale) de composition suivante (% en poids)
La transformation des produits plaqués est effectuée de la même façon que dans l'exemple 1, sauf en ce qui concerne l'homogénéisation complétée par un maintien de 20 h à 500° C.
Le cycle de brasage comporte un échauffement sous vide de 1,33 à 13,3 MPa à une température de 560º C, de façon, à homogénéiser la températur de l'assemblage à braser, puis un maintien de deux heures dans l'inter valle de température de brasage (580-590º C) , de façon à assurer au coeur de l'assemblage le passage à l'état liquide de la brasure, toujours sous vide. Le refroidissement est ensuite effectué dans le four de brasage, puis à l'air, avec une vitesse de refroidissement suffisamment lente pour assurer l'équilibre thermique au sein de l'appareil.
Les caractéristiques mécaniques du métal d'âme obtenues sont les suivantes :
- R 0,2 : 48 MPa
- Rm : 149 MPa
- A : 31 %
La profondeur de dissolution, lors du maintien à la température de brasage, reste inférieure à 30 microns.

Claims

REVENDICATIONS 1/ Procédé d'obtention d'un alliage à base d'Al contenant (en poids %) Fe O, 10 à 0,7 Ni 0,40 à 1,0
Mn 1,00 à 1,5 Cr ≤ 0,5
Si 0,20 à 0,5 Zr ≤ 0,4 Cu 0,20 à 0,5 Ti 0,01 à 0,1
Mg ≤ 0,5 V ≤ 0,4 avec, de préférence Cu + Mg ≥ 0,40
(chacun ≤ 0,05 autres (total ≤ 0,15 Reste Aluminium comprenant l'élaboration, la coulée et une homogénéisation avant trans formation à chaud et/ou à froid, caractérisé en ce que l'homogénéisation est effectuée en deux stades : a) dans le domaine de température 590º-6l0° C pendant 2 à 36 heures b) dans le domaine de température 450 à 550º C pendant 30 minutes à 24 heures.
2/ Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que les deux stades sont séparés par un refroidissement à la température ambiante.
3/ Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le refroidissement entre les deux stades est continu
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GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee
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