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    一种 强度 热交换 器用 合金 及其 制造 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200710190964.7

    申请日:

    2007.11.30

    公开号:

    CN101186986A

    公开日:

    2008.05.28

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):C22C 21/00登记生效日:20171121变更事项:专利权人变更前权利人:苏州有色金属研究院有限公司变更后权利人:中铝材料应用研究院有限公司变更事项:地址变更前权利人:215021 江苏省苏州市工业园区沈浒路200号变更后权利人:102209 北京市昌平区北七家镇未来科技城南区|||授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: C22C21/00(2006.01); C22C1/02(2006.01); B22D21/04(2006.01); C22F1/04(2006.01); C22C1/03(2006.01); F28F21/08(2006.01) 主分类号: C22C21/00
    申请人: 苏州有色金属研究院有限公司;
    发明人: 潘琰峰; 纪艳丽; 郭富安; 刘国金
    地址: 215021江苏省苏州市工业园区沈浒路200号
    优先权:
    专利代理机构: 南京苏科专利代理有限责任公司 代理人: 陈忠辉;姚姣阳
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200710190964.7

    授权公告号:

    |||101186986B||||||

    法律状态公告日:

    2017.12.08|||2011.06.08|||2008.07.23|||2008.05.28

    法律状态类型:

    专利申请权、专利权的转移|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种高强度热交换器用铝锰合金及其制造方法,成分含量Si≤0.5wt%,Fe≤0.7wt%,Cu 0.1~0.3wt%,Mn 1.0~1.6wt%,Mg 0.3~0.7wt%,Zn 0.05~ 0.3wt%,Cr 0.05~0.15wt%。制备该合金的方法:在工业纯铝锭熔体中,在不同温度阶段添加Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn等元素,对熔体净化处理后,控制冷却速度,铸造获得具有大尺寸铸态晶粒的Al-Mn系合金锭;经均匀化处理后在470~510℃进行热轧,再分别经过300~430℃中间退火1~3h,进行冷粗轧和冷精轧,变形量30~70%,获得成品,经成品退火得到O处理态和H24处理态的使用状态。该Al-Mn合金具有优良的抗拉强度、屈服强度、延伸率和抗下垂性能等特性,生产成本低,是热交换器部件的理想生产材料。

    权利要求书

    1: 一种高强度热交换器用铝锰合金,其特征在于:其成分的质量百 分含量如下—— Fe?????????????≤0.7wt%, Si?????????????≤0.5wt%, Mn?????????????1.0~1.6wt%, Cu?????????????0.1~0.3wt%, Mg?????????????0.3~0.7wt%, Zn?????????????0.05~0.3wt%, Cr?????????????0.05~0.15wt%, 该合金其余组分为Al和不可避免的杂质。
    2: 根据权利要求1所述的一种高强度热交换器用铝锰合金,其特征 在于:所述铝锰合金还含有Zr、Ti元素中的至少一种,且总含量小于0.02wt %。
    3: 根据权利要求1所述的一种高强度热交换器用铝锰合金,其特征 在于:所述铝锰合金在O状态下的抗拉强度为135MPa以上、屈服强度 37MPa以上、延伸率17%以上;在H24状态下的抗拉强度为180MPa以 上、屈服强度147MPa以上、延伸率7%以上;在600℃左右的钎焊温度下, 下垂值小于5mm。
    4: 制造权利要求1所述的一种高强度热交换器用铝锰合金的方法, 其特征在于:包括以下步骤—— ①首先将主原料熔化,在710~770℃温度范围内加入辅原料,熔体净 化后采用铜模铸造,在铜模中一次短时冷却,再在空气中二次缓冷,在制 造过程中控制成分含量Si≤0.5wt%,Fe≤0.7wt%,Cu?0.1~0.3wt%,Mn 1.0~1.6wt%,Mg?0.3~0.7wt%,Zn?0.05~0.3wt%,Cr?0.05~0.15wt%, 其余组分为Al和不可避免的杂质; ②将得到的铸坯均匀化处理后在470~510℃的加热温度进行热轧,在 制造过程中控制道次变形量和总的加工率,其总压下量85%以上; ③将热轧带材进行300~430℃的中间退火1~3h后进行冷粗轧,在制 造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度,其总压下量70 %以上; ④将冷粗轧带材进行350~430℃的中间退火1~3h后进行冷精轧,在 制造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度,其总压下量为 30~70%; ⑤将冷精轧带材分别进行370~430℃和250~290℃的成品退火,获 得O态和H24态的使用状态产品。
    5: 根据权利要求4所述的一种高强度热交换器用铝锰合金的制造方 法,其特征在于:所述的主原料为工业纯铝,辅原料为铝锰中间合金、铝 铜中间合金、铝硅中间合金、工业纯锌、工业纯镁、铝铬中间合金和铁剂。
    6: 根据权利要求4所述的一种高强度热交换器用铝锰合金的制造方 法,其特征在于:步骤①中,铸态晶粒的尺寸为1~5mm。

    说明书


    一种高强度热交换器用铝锰合金及其制造方法

        【技术领域】

        本发明涉及铝合金,尤其涉及一种高强度热交换器用铝锰合金及其制造方法,属于有色金属技术领域。

        背景技术

        铝及其合金由于具有密度小、耐腐蚀、弹性好、比强度和比刚度高、抗冲击性能好、易表面着色、良好的加工成形性,以及易再回收等一系列优良特性,成为汽车轻量化最理想的材料。汽车热交换系统(水箱散热器、蒸发器、冷凝器、中冷器、暖风器、机冷器)轻量化是汽车轻量化的一个重点领域。自20世纪70年代以来,欧洲中高档轿车热交换系统的重量减少已超过50%,接近5~7kg,整车重量减少超过1%,燃油节省达0.1L/100km,节能效果明显。铝制散热器的重量比传统的铜合金散热器轻37~45%,热交换率高12%,并且强度、耐腐蚀、钎焊等性能均能满足使用要求,而且成本大大降低,已经取代铜合金而成为轿车散热器的主要材料。

        随着汽车工业及其他热交换器行业的蓬勃发展与汽车保有量的上升,以及汽车铝化率的不断提高,汽车空调、散热器等热交换器用铝合金(复合)箔的用量也在增加。2005年国内市场需求量达40000t,预计2010年我国全年汽车用铝合金(复合)箔用量将突破70000t,由此可见,铝合金(复合)箔产品的发展前景非??春?。

        汽车热交换器使用过程中要经受非??量痰牡缆坊肪秤跋?、反复的热循环和使用周期中产生的振动,因此要求铝合金具有良好的强度、钎焊性、散热性、耐蚀性,以及良好的抗下垂性能和优异的加工性能。变形Al-Mn系合金属热处理不可强化的铝合金,其突出特点是耐蚀、导电、导热性能好,且具有良好的反射性、非磁性、优良的焊接性能和加工性等,被广泛地应用于包装材料、热交换材料、感光材料、装饰材料、焊接材料等各方面。

        目前,国外加工企业(如Corus、Sapa等)主要选择3003、3005、3103、3533等铝锰系合金作为热交换器用铝合金(复合)箔的主要材料,产品多样化、综合性能良好,可满足各种使用条件要求。由于新合金材料研发力量较薄弱以及设备和工艺的限制,国内目前主要还只是选用3003合金作为热交换器用铝合金,产品质量与国外相比有很大差距,在强度、耐蚀性、抗下垂性能等方面,还不能很好的满足使用要求。

        【发明内容】

        本发明的目的是提供一种高强度热交换器用铝锰合金及其制造方法,旨在有效解决国内现有Al-Mn合金材料强度较低、性能不稳定等综合性能不能满足使用要求等问题,尤其是抗拉强度、抗下垂性偏低的问题。

        本发明的目的通过以下技术方案来实现:

        一种高强度热交换器用铝锰合金,其特征在于:其成分的质量百分含量如下——

        Fe????????????????≤0.7wt%,

        Si????????????????≤0.5wt%,

        Mn????????????????1.0~1.6wt%,

        Cu????????????????0.1~0.3wt%,

        Mg????????????????0.3~0.7wt%,

        Zn????????????????0.05~0.3wt%,

        Cr????????????????0.05~0.15wt%,

        该合金其余组分为Al和不可避免的杂质。

        进一步地,上述的一种高强度热交换器用铝锰合金,其特征在于:所述铝锰合金还含有Zr、Ti元素中的至少一种,且总含量小于0.02wt%。所述铝锰合金在O状态下的抗拉强度为135MPa以上、屈服强度37MPa以上、延伸率17%以上;在H24状态下的抗拉强度为180MPa以上、屈服强度147MPa以上、延伸率7%以上;在600℃左右的钎焊温度下,下垂值小于5mm。

        更进一步地,一种高强度热交换器用铝锰合金的方法,其特征在于:包括以下步骤——

        ①首先将主原料熔化,在710~770℃温度范围内加入辅原料,熔体净化后采用铜模铸造,在铜模中一次短时冷却,再在空气中二次缓冷,铸态晶粒具有较大尺寸,在制造过程中控制成分含量Si≤0.5wt%,Fe≤0.7wt%,Cu?0.1~0.3wt%,Mn?1.0~1.6wt%,Mg?0.3~0.7wt%,Zn?0.05~0.3wt%,Cr?0.05~0.15wt%,其余组分为Al和不可避免的杂质;

        ②将得到的铸坯均匀化处理后在470~510℃的加热温度进行热轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率,其总压下量85%以上;

        ③将热轧带材进行300~430℃的中间退火1~3h后进行冷粗轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度,其总压下量70%以上;

        ④将冷粗轧带材进行350~430℃的中间退火1~3h后进行冷精轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率以及板型平整度,其总压下量为30~70%;

        ⑤将冷精轧带材分别进行370~430℃和250~290℃的成品退火,获得O态和H24态的使用状态产品。

        再进一步地,上述的一种高强度热交换器用铝锰合金的制造方法,所述的主原料为工业纯铝,辅原料为铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝硅中间合金、工业纯锌、工业纯镁、铝铬中间合金和铁剂。步骤①中,铸态晶粒的尺寸为1~5mm。在步骤②热轧加工过程中板材的晶粒被拉长,沿轧制方向成长条状组织。在步骤③冷粗轧和步骤④冷精轧前将带材进行不同温度的退火,冷精轧板的组织成细长条状且沿轧制方向分布。

        本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:

        ①本发明选择最佳的Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cr的组分含量,通过合金元素、组织的控制,显著提高合金的强度和耐腐蚀性能;Mg元素的加入可明显提高合金的强度,改善合金可焊性和抗蚀性,同时加入Zn元素可明显补充强化;

        ②以合适的铸坯熔炼和冷却条件、铸坯的轧制加工条件和热处理条件等先进的工艺手段进行生产制造,合金价格相对较低,生产效率高;

        ③制造的成品在O状态下的抗拉强度为135MPa以上、屈服强度37MPa以上、延伸率17%以上;在H24状态下的抗拉强度为180MPa以上、屈服强度147MPa以上、延伸率7%以上;在600℃左右的钎焊温度下,下垂值小于5mm,能很好地满足热交换器对材料性能的诸多要求;

        ④本发明高强度热交换器用铝锰合金还具有优良的热加工性,有利于生产制造,是生产热交换器部件的理想材料。

        【具体实施方式】

        为满足热交换器部件用材料所要求的种种特性,本发明提供一种高强度热交换器用铝锰合金及其制造方法,选择最佳的Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cr的组分含量,以合适的铸坯熔炼和冷却条件、铸坯的轧制加工条件和热处理条件等先进的工艺手段进行生产制造,制造获得的Al-Mn合金其抗拉强度、延伸率、抗下垂性等特性均能较好地满足热交换器对材料性能的诸多要求。

        高强度热交换器用铝锰合金,该铝锰合金的成分含量为:Si≤0.5wt%,Fe≤0.7wt%,Cu?0.1~0.3wt%,Mn?1.0~1.6wt%,Mg?0.3~0.7wt%,Zn?0.05~0.3wt%,Cr?0.05~0.15wt%,合金中还含有Zr、Ti元素中的至少一种,且总含量小于0.02wt%;该铝锰合金在O状态下的抗拉强度为135MPa以上、屈服强度37MPa以上、延伸率17%以上;在H24状态下的抗拉强度为180MPa以上、屈服强度147MPa以上、延伸率7%以上;在600℃左右的钎焊温度下,下垂值小于5mm。

        本发明铝锰合金的各成分:

        加入微量的Cr阻碍再结晶的形核和长大过程,对合金有一定的强化作用,还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性,还可以抵消Cu对抗蚀性的不利影响。

        Mg元素的加入可明显提高合金的强度,改善合金可焊性和抗蚀性。Zn单独加入铝中,在变形条件下对合金强度的提高十分有限,同时存在应力腐蚀开裂倾向,在铝中同时加入Zn和Mg,对合金产生明显的强化作用。

        Fe、Si是合金中的主要杂质元素,Fe、Si的加入会降低Mn的溶解度,使MnAl6转变成(FeMn)A16、Al(FeMn)Si,降低铝合金的耐蚀性;Fe、Si元素含量对合金相和显微组织有很大影响,对Mn的析出动力学也有显著影响,因此必须严格控制Fe、Si含量。

        高强度热交换器用铝锰合金的制造工艺:①首先将工业纯铝锭在710~770℃熔化,加入铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝硅中间合金、工业纯锌、工业纯镁、铝铬中间合金和铁剂等,熔融净化后进行浇铸,利用铸模进行一次冷却后在空气中缓冷,控制成分含量:Si≤0.5wt%,Fe≤0.7wt%,Cu?0.1~0.3wt%,Mn?1.0~1.6wt%,Mg?0.3~0.7wt%,Zn?0.05~0.3wt%,Cr?0.05~0.15wt%;②将得到的铸坯均匀化处理后在470~510℃的加热温度进行热轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率,其总压下量达到85%以上;③将热轧带材进行300~430℃的中间退火1~3h后进行冷粗轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率,以及板型平整度,其总压下量达到70%以上;④将冷粗轧带材进行350~430℃的中间退火1~3h后进行冷精轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率,以及板型平整度,其总压下量为30~70%;⑤将冷精轧带材分别进行370~430℃和250~290℃的成品退火后获得O态和H24态的使用状态产品。

        本发明的制造工艺中:合金原料为工业纯铝、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝硅中间合金、工业纯锌、工业纯镁、铝铬中间合金和铁剂,采用电阻炉熔炼。值得注意的是,熔炼过程中需控制添加Mg、Zn时的熔体温度和合金化时间,以减少Mg、Zn的烧损,合金化完成后需净化处理再浇铸。

        熔化铸造后,进行热轧加工。热轧加工前,铸锭需进行均匀化处理和铣面。热轧时,加热温度应在470~510℃的范围,如果温度超过上限温度,将会发生过热,并引发热轧开裂,降低生产效率。在470~510℃的温度范围内进行热轧加工时,微小偏析及铸造组织将会消失,在本发明的Fe、Si、Mg、Zn、Cu等元素含量范围内,能得到组织均匀的轧制带材,更理想的热轧加工温度为490℃左右。热轧加工总压下量达到85%以上,以保证后续加工的进行和优越产品性能的获得。

        热轧加工后,将热轧带材进行300~430℃的中间退火1~3h后进行冷粗轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率,以及板型平整度,其总压下量达到70%以上。

        将冷粗轧带材进行350~430℃的中间退火1~3h后进行冷精轧,在制造过程中控制道次变形量和总的加工率,以及板型平整度,根据需要,其总压下量为30~70%。冷轧加工率不满30%或大于70%时,合金的强度和抗下垂性能较差,不能达到使用要求,因此理想的加工率在30~70%范围内。

        所得到的冷精轧材料再分别进行370~430℃和250~290℃的成品退火后获得O态和H24态的使用状态产品。该铝锰合金在O状态下的抗拉强度为135MPa以上、屈服强度37MPa以上、延伸率17%以上;在H24状态下的抗拉强度为180MPa以上、屈服强度147MPa以上、延伸率7%以上;在600℃左右的钎焊温度下,下垂值小于5mm。

        实施例:

        按照本发明,所熔炼合金的化学成分如表1所示。

        ?????????????????????????????????????????????????表1

        ??实??施??例??主要合金成分(wt%)??Fe??Si??Mn??Cu??Zn??Mg??Cr??其他元素??1??0.2??0.5??1.1??0.2??0.2??0.3??0.1??<0.02??2??0.7??0.4??1.0??0.3??0.2??0.45??0.05??<0.01??3??0.15??0.3??1.2??0.1??0.05??0.55??0.1??<0.03??4??0.12??0.3??1.25??0.13??0.2??0.5??0.15??<0.02??5??0.12??0.25??1.6??0.15??0.3??0.7??0.1??<0.01

        在合金的熔炼过程中,各个元素均有不同程度的烧损,其烧损率Mg:3~10%,Zn:5~12%,Mn:1~5%,Cr:0~3%,Cu:1~7%,各个元素的烧损要在配料的过程中给予补足。熔炼开始时先加入工业纯铝,开始加热,待其熔化后先加入铝硅中间合金、铁剂、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金,保温10~30min;之后加入锌和镁,待其熔化后保温3~5min;全熔后保温10min进行熔体净化处理,处理结束后保温5min浇铸;使用铜模铸造50×160×400mm的铸坯,利用铸模进行一次冷却后在空气中缓冷。其后,各铸坯均匀化处理铣面后在470~510℃的温度范围内加热后,经热轧使其厚度为5mm,从边缘的裂纹来评价热轧加工性。然后经300~430℃的中间退火1~3h后进行冷粗轧和冷精轧,使其最终厚度为0.3mm,最后进行成品退火,获得O态和H24态产品。

        从以上所得到的带材上剪取试验片,进行抗拉强度、屈服强度、延伸率、抗下垂性能的测定,其中强度、延伸率指标按照国标GB/T228-2002测定,抗下垂性能参照日本低温焊接委员会的抗下垂性试验方法进行。以上所得到的结果记录于表2中。

        ??????????????????????????表2

        ??实??施??例??状态??抗拉强度??(MPa)??屈服强度??(MPa)??延伸率??(%)??下垂值??(mm)??1??O??140??39??19??4.3??H24??207??170??8??4.7??2??O??137??38??17??4.2??H24??186??147??7??4.4??3??O??135??37??20??4.3??H24??200??162??7??4.3??4??O??157??45??18??4.1??H24??210??182??7??2.9

        显然,此Al-Mn合金具有优良的抗拉强度、延伸率和抗下垂性能等特性,且具有良好的热加工性,有利于生产制造,是生产热交换器部件的理想材料。

        以上仅是本发明的具体应用范例,对本发明的?;し段Р还钩扇魏蜗拗?。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案,均落在本发明权利?;し段е?。

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