專利名稱：：一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋁合金，尤其涉及一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，屬于有色金屬
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：鋁及其合金由于具有密度小、耐腐蝕、彈性好、比強(qiáng)度和比剛度高、抗沖擊性能好、易表面著色、良好的加工成形性，以及易再回收等一系列優(yōu)良特性，成為汽車輕量化最理想的材料。汽車熱交換系統(tǒng)(水箱散熱器、蒸發(fā)器、冷凝器、中冷器、暖風(fēng)器、機(jī)冷器)輕量化是汽車輕量化的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。自20世紀(jì)70年代以來，歐洲中高檔轎車熱交換系統(tǒng)的重量減少已超過50%，接近57kg，整車重量減少超過1%，燃油節(jié)省達(dá)0.1L/100km，節(jié)能效果明顯。鋁制散熱器的重量比傳統(tǒng)的銅合金散熱器輕3745%，熱交換率高12%，并且強(qiáng)度、耐腐蝕、釬焊等性能均能滿足使用要求，而且成本大大降低，己經(jīng)取代銅合金而成為轎車散熱器的主要材料。隨著汽車工業(yè)及其他熱交換器行業(yè)的蓬勃發(fā)展與汽車保有量的上升，以及汽車鋁化率的不斷提高，汽車空調(diào)、散熱器等熱交換器用鋁合金(復(fù)合)箔的用量也在增加。2005年國內(nèi)市場需求量達(dá)40000t，預(yù)計(jì)2010年我國全年汽車用鋁合金(復(fù)合)箔用量將突破70000t，由此可見，鋁合金(復(fù)合)箔產(chǎn)品的發(fā)展前景非?？春?。汽車熱交換器使用過程中要經(jīng)受非?？量痰牡缆翻h(huán)境影響、反復(fù)的熱循環(huán)和使用周期中產(chǎn)生的振動，因此要求鋁合金具有良好的強(qiáng)度、釬焊性、散熱性、耐蝕性，以及良好的抗下垂性能和優(yōu)異的加工性能。變形A1-Mn系合金屬熱處理不可強(qiáng)化的鋁合金，其突出特點(diǎn)是耐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，且具有良好的反射性、非磁性、優(yōu)良的焊接性能和加工性等，被廣泛地應(yīng)用于包裝材料、熱交換材料、感光材料、裝飾材料、焊接材料等各方面。目前，國外加工企業(yè)(如Corus、Sapa等)主要選擇3003、3005、3103、3533等鋁錳系合金作為熱交換器用鋁合金(復(fù)合)箔的主要材料，產(chǎn)品多樣化、綜合性能良好，可滿足各種使用條件要求。由于新合金材料研發(fā)力量較薄弱以及設(shè)備和工藝的限制，國內(nèi)目前主要還只是選用3003合金作為熱交換器用鋁合金，產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比有很大差距，在強(qiáng)度、耐蝕性、抗下垂性能等方面，還不能很好的滿足使用要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，旨在有效解決國內(nèi)現(xiàn)有Al-Mn合金材料強(qiáng)度較低、性能不穩(wěn)定等綜合性能不能滿足使用要求等問題，尤其是抗拉強(qiáng)度、抗下垂性偏低的問題。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于其成分的質(zhì)量百分含量如下——Fe《0.7wt%,Si《0.5wt%，Mn1.01.6wt%，Cu0.10.3wt%，Mg0.30,7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，該合金其余組分為Al和不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步地，上述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于所述鋁錳合金還含有Zr、Ti元素中的至少一種，且總含量小于0.02wt^。所述鋁錳合金在O狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為135MPa以上、屈服強(qiáng)度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為180MPa以上、屈服強(qiáng)度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm。更進(jìn)一步地，一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金的方法，其特征在于包括以下步驟——①首先將主原料熔化，在71077(TC溫度范圍內(nèi)加入輔原料，熔體凈化后采用銅模鑄造，在銅模中一次短時(shí)冷卻，再在空氣中二次緩冷，鑄態(tài)晶粒具有較大尺寸，在制造過程中控制成分含量Si《0.5wt%，F(xiàn)e《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，其余組分為Al和不可避免的雜質(zhì)；②將得到的鑄坯均勻化處理后在47051(TC的加熱溫度進(jìn)行熱軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，其總壓下量85%以上；③將熱軋帶材進(jìn)行30043(TC的中間退火13h后進(jìn)行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量70%以上；④將冷粗軋帶材進(jìn)行35043(TC的中間退火13h后進(jìn)行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量為3070%;⑤將冷精軋帶材分別進(jìn)行37043(TC和25029(TC的成品退火，獲得O態(tài)和H24態(tài)的使用狀態(tài)產(chǎn)品。再進(jìn)一步地，上述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁猛合金的制造方法，所述的主原料為工業(yè)純鋁，輔原料為鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑。步驟①中，鑄態(tài)晶粒的尺寸為15mm。在步驟②熱軋加工過程中板材的晶粒被拉長，沿軋制方向成長條狀組織。在步驟③冷粗軋和步驟④冷精軋前將帶材進(jìn)行不同溫度的退火，冷精軋板的組織成細(xì)長條狀且沿軋制方向分布。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在①本發(fā)明選擇最佳的Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cr的組分含量，通過合金元素、組織的控制，顯著提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性能；Mg元素的加入可明顯提高合金的強(qiáng)度，改善合金可焊性和抗蝕性，同時(shí)加入Zn元素可明顯補(bǔ)充強(qiáng)化；②以合適的鑄坯熔煉和冷卻條件、鑄坯的軋制加工條件和熱處理?xiàng)l件等先進(jìn)的工藝手段進(jìn)行生產(chǎn)制造，合金價(jià)格相對較低，生產(chǎn)效率高；③制造的成品在O狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為135MPa以上、屈服強(qiáng)度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為180MPa以上、屈服強(qiáng)度147MPa以上、延伸率7%以上；在600。C左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm,能很好地滿足熱交換器對材料性能的諸多要求；④本發(fā)明高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金還具有優(yōu)良的熱加工性，有利于生產(chǎn)制造，是生產(chǎn)熱交換器部件的理想材料。具體實(shí)施例方式為滿足熱交換器部件用材料所要求的種種特性，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，選擇最佳的Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cr的組分含量，以合適的鑄坯熔煉和冷卻條件、鑄坯的軋制加工條件和熱處理?xiàng)l件等先進(jìn)的工藝手段進(jìn)行生產(chǎn)制造，制造獲得的Al-Mn合金其抗拉強(qiáng)度、延伸率、抗下垂性等特性均能較好地滿足熱交換器對材料性能的諸多要求。高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金，該鋁錳合金的成分含量為Si《0.5wt%，F(xiàn)e《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，合金中還含有Zr、Ti元素中的至少一種，且總含量小于0.02wt^;該鋁錳合金在O狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為135MPa以上、屈服強(qiáng)度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為180MPa以上、屈服強(qiáng)度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm。本發(fā)明鋁錳合金的各成分加入微量的Cr阻礙再結(jié)晶的形核和長大過程，對合金有一定的強(qiáng)化作用，還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，還可以抵消Cu對抗蝕性的不利影響。Mg元素的加入可明顯提高合金的強(qiáng)度，改善合金可焊性和抗蝕性。Zn單獨(dú)加入鋁中，在變形條件下對合金強(qiáng)度的提高十分有限，同時(shí)存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向，在鋁中同時(shí)加入Zn和Mg，對合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。Fe、Si是合金中的主要雜質(zhì)元素，F(xiàn)e、Si的加入會降低Mn的溶解度，使MnAl6轉(zhuǎn)變成(FeMn)Al6、Al(FeMn)Si，降低鋁合金的耐蝕性；Fe、Si元素含量對合金相和顯微組織有很大影響，對Mn的析出動力學(xué)也有顯著影響，因此必須嚴(yán)格控制Fe、Si含量。高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金的制造工藝①首先將工業(yè)純鋁錠在710770。C熔化，加入鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑等，熔融凈化后進(jìn)行澆鑄，利用鑄模進(jìn)行一次冷卻后在空氣中緩冷，控制成分含量Si《0.5wt^，F(xiàn)e《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30,7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%;②將得到的鑄坯均勻化處理后在470510°C的加熱溫度進(jìn)行熱軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，其總壓下量達(dá)到85%以上；③將熱軋帶材進(jìn)行300430。C的中間退火l3h后進(jìn)行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，其總壓下量達(dá)到70%以上；④將冷粗軋帶材進(jìn)行350430。C的中間退火l3h后進(jìn)行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，其總壓下量為3070%;⑤將冷精軋帶材分別進(jìn)行370430"C和25029(TC的成品退火后獲得O態(tài)和H24態(tài)的使用狀態(tài)產(chǎn)品。本發(fā)明的制造工藝中合金原料為工業(yè)純鋁、鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑，采用電阻爐熔煉。值得注意的是，熔煉過程中需控制添加Mg、Zn時(shí)的熔體溫度和合金化時(shí)間，以減少M(fèi)g、Zn的燒損，合金化完成后需凈化處理再澆鑄。熔化鑄造后，進(jìn)行熱軋加工。熱軋加工前，鑄錠需進(jìn)行均勻化處理和銑面。熱軋時(shí)，加熱溫度應(yīng)在470510。C的范圍，如果溫度超過上限溫度，將會發(fā)生過熱，并引發(fā)熱軋開裂，降低生產(chǎn)效率。在470510。C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱軋加工時(shí)，微小偏析及鑄造組織將會消失，在本發(fā)明的Fe、Si、Mg、Zn、Cu等元素含量范圍內(nèi)，能得到組織均勻的軋制帶材，更理想的熱軋加工溫度為4卯'C左右。熱軋加工總壓下量達(dá)到85%以上，以保證后續(xù)加工的進(jìn)行和優(yōu)越產(chǎn)品性能的獲得。熱軋加工后，將熱軋帶材進(jìn)行300430'C的中間退火13h后進(jìn)行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，其總壓下量達(dá)到70%以上。將冷粗軋帶材進(jìn)行35043(TC的中間退火13h后進(jìn)行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，根據(jù)需要，其總壓下量為3070%。冷軋加工率不滿30%或大于70%時(shí)，合金的強(qiáng)度和抗下垂性能較差，不能達(dá)到使用要求，因此理想的加工率在3070%范圍內(nèi)。所得到的冷精軋材料再分別進(jìn)行370430'C和25029(TC的成品退火后獲得O態(tài)和H24態(tài)的使用狀態(tài)產(chǎn)品。該鋁錳合金在O狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為135MPa以上、屈服強(qiáng)度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為180MPa以上、屈服強(qiáng)度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm。實(shí)施例按照本發(fā)明，所熔煉合金的化學(xué)成分如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在合金的熔煉過程中，各個(gè)元素均有不同程度的燒損，其燒損率Mg:310%，Zn:512%，Mn:15%，Cr:03%，Cu:17%，各個(gè)元素的燒損要在配料的過程中給予補(bǔ)足。熔煉開始時(shí)先加入工業(yè)純鋁，開始加熱，待其熔化后先加入鋁硅中間合金、鐵齊U、鋁鉻中間合金、鋁錳中間合金、鋁銅中間合金，保溫1030min;之后加入鋅和鎂，待其熔化后保溫35min;全熔后保溫10min進(jìn)行熔體凈化處理，處理結(jié)束后保溫5min澆鑄；使用銅模鑄造50xl60x400mm的鑄坯，利用鑄模進(jìn)行一次冷卻后在空氣中緩冷。其后，各鑄坯均勻化處理銑面后在47051(TC的溫度范圍內(nèi)加熱后，經(jīng)熱軋使其厚度為5mm，從邊緣的裂紋來評價(jià)熱軋加工性。然后經(jīng)30043(TC的中間退火13h后進(jìn)行冷粗軋和冷精軋，使其最終厚度為0.3mm，最后進(jìn)行成品退火，獲得0態(tài)和H24態(tài)產(chǎn)品。從以上所得到的帶材上剪取試驗(yàn)片，進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、抗下垂性能的測定，其中強(qiáng)度、延伸率指標(biāo)按照國標(biāo)GB/T228-2002測定，抗下垂性能參照日本低溫焊接委員會的抗下垂性試驗(yàn)方法進(jìn)行。以上所得到的結(jié)果記錄于表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>顯然，此A1-Mn合金具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、延伸率和抗下垂性能等特性，且具有良好的熱加工性，有利于生產(chǎn)制造，是生產(chǎn)熱交換器部件的理想材料。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于其成分的質(zhì)量百分含量如下——Fe≤0.7wt％，Si≤0.5wt％，Mn1.0～1.6wt％，Cu0.1～0.3wt％，Mg0.3～0.7wt％，Zn0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％，該合金其余組分為Al和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于所述鋁錳合金還含有Zr、Ti元素中的至少一種，且總含量小于0.02wt/0o3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于所述鋁錳合金在O狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為135MPa以上、屈服強(qiáng)度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為180MPa以上、屈服強(qiáng)度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂{直小于5mm。4.制造權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金的方法，其特征在于包括以下步驟——①首先將主原料熔化，在71077(TC溫度范圍內(nèi)加入輔原料，熔體凈化后采用銅模鑄造，在銅模中一次短時(shí)冷卻，再在空氣中二次緩冷，在制造過程中控制成分含量Si《0.5wt^，F(xiàn)e《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%,Cr0.050.15wt%，其余組分為Al和不可避免的雜質(zhì)；②將得到的鑄坯均勻化處理后在47051(TC的加熱溫度進(jìn)行熱軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，其總壓下量85%以上；③將熱軋帶材進(jìn)行30043(TC的中間退火13h后進(jìn)行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量70%以上；④將冷粗軋帶材進(jìn)行35043(TC的中間退火13h后進(jìn)行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量為3070%;⑤將冷精軋帶材分別進(jìn)行37043(TC和25029(TC的成品退火，獲得0態(tài)和H24態(tài)的使用狀態(tài)產(chǎn)品。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金的制造方法，其特征在于所述的主原料為工業(yè)純鋁，輔原料為鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金的制造方法，其特征在于步驟①中，鑄態(tài)晶粒的尺寸為15mm。全文摘要本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，成分含量Si≤0.5wt％，F(xiàn)e≤0.7wt％，Cu0.1～0.3wt％，Mn1.0～1.6wt％，Mg0.3～0.7wt％，Zn0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％。制備該合金的方法在工業(yè)純鋁錠熔體中，在不同溫度階段添加Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn等元素，對熔體凈化處理后，控制冷卻速度，鑄造獲得具有大尺寸鑄態(tài)晶粒的Al-Mn系合金錠；經(jīng)均勻化處理后在470～510℃進(jìn)行熱軋，再分別經(jīng)過300～430℃中間退火1～3h，進(jìn)行冷粗軋和冷精軋，變形量30～70％，獲得成品，經(jīng)成品退火得到O處理態(tài)和H24處理態(tài)的使用狀態(tài)。該Al-Mn合金具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和抗下垂性能等特性，生產(chǎn)成本低，是熱交換器部件的理想生產(chǎn)材料。文檔編號C22C21/00GK101186986SQ20071019096公開日2008年5月28日申請日期2007年11月30日優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日發(fā)明者劉國金,潘琰峰,紀(jì)艷麗,郭富安申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司