专利名称：：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：
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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57kg，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3745%，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，己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常看好。汽车热交换器使用过程中要经受非常苛刻的道路环境影响、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A1-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%，Mn1.01.6wt%，Cu0.10.3wt%，Mg0.30,7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，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60(TC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71077(TC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%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，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47051(TC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30043(TC的中间退火13h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35043(TC的中间退火13h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3070%;⑤将冷精轧带材分别进行37043(TC和25029(TC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猛合金的制造方法，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15mm。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。C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。具体实施例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%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，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60(TC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)Al6、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710770。C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%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30,7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%;②将得到的铸坯均匀化处理后在470510°C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300430。C的中间退火l3h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350430。C的中间退火l3h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3070%;⑤将冷精轧带材分别进行370430"C和25029(TC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470510。C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470510。C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4卯'C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300430'C的中间退火13h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35043(TC的中间退火13h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3070%。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3070%范围内。所得到的冷精轧材料再分别进行370430'C和25029(TC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60(TC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l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>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:310%，Zn:512%，Mn:15%，Cr:03%，Cu:17%，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、铁齐U、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金，保温1030min;之后加入锌和镁，待其熔化后保温35min;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50xl60x400mm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47051(TC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30043(TC的中间退火13h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0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<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>显然，此A1-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，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。权利要求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％，Mn1.0～1.6wt％，Cu0.1～0.3wt％，Mg0.3～0.7wt％，Zn0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％，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/0o3.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60(TC左右的钎焊温度下，下垂{直小于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71077(TC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%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%,Cr0.050.15wt%，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47051(TC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30043(TC的中间退火13h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35043(TC的中间退火13h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3070%;⑤将冷精轧带材分别进行37043(TC和25029(TC的成品退火，获得0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15mm。全文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％，Cu0.1～0.3wt％，Mn1.0～1.6wt％，Mg0.3～0.7wt％，Zn0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％。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。文档编号C22C21/00GK101186986SQ20071019096公开日2008年5月28日申请日期2007年11月30日优先权日2007年11月30日发明者刘国金,潘琰峰,纪艳丽,郭富安申请人:苏州有色金属研究院有限公司