热处理工艺对钎焊复合带材耐熔蚀性能的影响.pdf

0前言减薄、高强度、长寿命是汽车热交换器用钎焊铝材的发展趋势1。过去，层叠蒸发器管片主要使用0.40.5 mm厚的复合带材，要求材料具有良好的冲压性能，同时又要求材料钎焊性能良好，钎焊后有中等强度、良好的耐腐蚀性能。层叠蒸发器管片用复合带材厚度进一步减薄后，对材料的冲压性能、钎焊耐熔蚀性能、钎焊后强度和耐腐蚀性能等提出了更高的要求2-3。本文通过对两种热处理工艺制得的层叠式蒸发器管片用0.27 mm厚的复合带材进行钎焊前、后力学性能测试、带材和模拟冲杯件钎焊后熔蚀性能测试，对比研究了两种热处理工艺制得的蒸发器管片用0.27 mm厚的复合带材耐熔蚀性能，并对耐熔蚀机理进行了探讨分析。1试验方案1.1 材料制备采用99.7%普通铝锭、速熔硅、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、锰剂等原材料，熔铸成4343合金钎焊材、Al-Mn-Cu合金芯材等两种板锭，钎焊材板锭经铣面、加热和热轧切板，得到钎焊材板块。钎焊材、芯材合金的化学成分见表1。表1试验材合金成分（质量分数/%）材料种类4343钎焊材Al-Mn-Cu芯材Si7.760.11Fe0.170.19Cu0.010.41Mn0.011.37Zn0.010.03Al余量余量采取两种热处理工艺路线制成0.27 mm厚的复合带材，如下：带材 1（O 态）：芯材板锭高温均热处理（600 10 h）铣面与4343合金钎焊材板块焊合成复合板锭（10%4343/Al-Mn-Cu/10%4343，单 面 复 合 比（102）%）加 热（500 3 h）热轧成6.0 mm厚的带卷冷轧切边冷轧 至 0.27 mm 厚 的 成 品 完 全 再 结 晶 退 火（400 2 h）；带材2（H24态）：芯材板锭铣面与4343热处理工艺对钎焊复合带材耐熔蚀性能的影响卢紫琼，郭飞跃，桂良宝，杨杰，吴佳丽（乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，韶关 512721）摘要：采用金相显微镜、拉伸试验、模拟冲杯和钎焊试验等手段，研究了两种热处理工艺制得的蒸发器管片料用复合带材钎焊前后的力学性能、断面晶粒组织和微观组织。结果表明：对于0.27 mm厚的蒸发器管片用复合带材，H24态成品钎焊后更容易获得粗大的芯材晶粒组织。带材及模拟冲杯件钎焊时，钎料向芯层渗透主要以晶界渗透为主，熔蚀轻微；而经过芯材高温均热处理的O态成品钎焊后芯材晶粒细小，模拟冲杯件钎焊时，钎料向芯层渗透主要以晶内渗透为主，熔蚀比较严重。关键词：蒸发器；管片；复合带材；热处理；钎焊；耐熔蚀性能中图分类号：TG146.21文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）04-0043-05doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.04.10资金项目：广东省铝板带箔加工企业研究院项目（2014B090903012）。作者简介：卢紫琼（1979-），女，福建漳州人，大学本科，主要从事高性能铝合金材料技术开发。收稿日期：2022-10-282023年第4期总第273期铝加工深加工及其他 43（a）带材1-钎焊前（b）带材2-钎焊前（c）带材1-钎焊后（d）带材2-钎焊后图3复合带材成品钎焊前、钎焊后断面晶粒组织50m50m50m50m卢紫琼，等：热处理工艺对钎焊复合带材耐熔蚀性能的影响深加工及其他合金钎焊材板块焊合成复合板锭（10%4343/Al-Mn-Cu/10%4343，单面复合比（102）%）加热（500 3 h）热轧成6.0 mm厚的带卷冷轧切边冷轧至0.6 mm厚不完全再结晶退火（265 4 h）冷轧至0.27 mm厚的成品完全再结晶退火（290 4 h）。1.2 试验及检测项目将两种 0.27 mm 厚的复合带材成品在 GBW-60B型杯突机试验机模拟冲杯3 mm高，如图1所示。将两种0.27 mm厚的复合带材成品、冲压3 mm杯 高 样 放 在 小 型 钎 焊 炉 中 模 拟 钎 焊 热 处 理（600 3 min），升温曲线如图2所示。在CMT6104万能拉伸试验机上进行带材钎焊前、后拉伸力学性能测试。分别取两种复合带材钎焊前和钎焊后样品、带材模拟冲杯件钎焊前和钎焊后样品，经镶嵌、机械研磨、混合酸侵蚀后，采用GX51金相显微镜观察断面微观组织；断面晶粒观察样品，经镶嵌、机械研磨、电解抛光、阳极覆膜后，采用GX51金相显微镜观察钎焊前、后断面晶粒组织。图1模拟冲杯示意图图2模拟钎焊升温曲线2试验结果与讨论2.1 拉伸力学性能两种热处理工艺路线制得的0.27 mm厚的复合带材成品钎焊前、后力学性能结果见表2：表2 两种热处理工艺路线制得的0.27 mm厚的复合带材成品钎焊前、后力学性能复合带材种类标准带材1（O态）带材2（H24态）钎焊前力学性能抗拉强度/MPa140145180屈服强度/MPa5056155延伸率/%162418钎焊后力学性能抗拉强度/MPa140147144屈服强度/MPa504855延伸率/%2214从钎焊前和钎焊后力学性能测试结果看，两种热处理工艺路线制得的0.27 mm厚的复合带材成品钎焊前、后力学性能均能满足标准要求。带材1（O 态）钎焊前、后抗拉强度分别为 145 MPa、147 MPa；带材2（H24态）钎焊前、后抗拉强度分别为 180 MPa、144 MPa，钎焊前抗拉和屈服强度明显高于带材1。2.2 带材钎焊前、后断面晶粒组织两种热处理工艺路线制得的0.27 mm复合带材成品钎焊前、钎焊后断面晶粒组织见图3。44从复合带材成品钎焊前的断面晶粒组织看，带材1钎焊前的芯材组织均为典型的O态完全再结晶组织（见图3（a），带材2钎焊前的芯材组织为典型的H24态未完全再结晶纤维组织（见图3（b）。观察复合带材成品钎焊后的断面微观组织，发现带材1钎焊后表面熔蚀较严重，而且芯材组织为完全再结晶组织，晶粒细小（见图3（c）；而带材2钎焊后表面熔蚀非常轻微，芯材组织为完全再结晶组织，晶粒非常粗大（见图3（d）。2.3 带材和模拟冲杯件钎焊后断面微观组织两种热处理工艺路线制得的0.27 mm复合带材及模拟冲杯件，钎焊后断面微观组织分别见图4、图5和图6，位置A-G见图1模拟冲压示意图。（a）带材1（b）带材2图4复合带材成品钎焊后断面微观组织从复合带材成品钎焊后的断面微观组织看，带材1钎焊后芯材最厚处厚度为206.3m，芯材最窄处厚度为172.0m（图4（a），对应的最大熔蚀比例为约16.6%；带材2钎焊后芯材最厚处厚度为211.9m，芯材最窄处厚度为188.9m（图4（b），对应的最大熔蚀比例为约10.9%。观察模拟冲杯件钎焊后的断面微观组织，发现带材 1 模拟冲杯件钎焊后整体耐熔蚀性能不好，A、B、C、E、F、G位置多处可见非常明显的熔蚀（a）位置A（b）位置B（c）位置C（d）位置D（e）位置E（f）位置F（g）位置G图5带材1模拟冲杯件钎焊后断面微观组织（a）位置A（b）位置B（c）位置C（d）位置D（e）位置E（f）位置F（g）位置G图6带材2模拟冲杯件钎焊后断面微观组织50m50m100m100m100m100m100m100m100m100m100m100m100m100m100m100m2023年第4期总第273期铝加工深加工及其他 45现象，最严重的一处熔蚀出现在位置C，该位置芯材最厚处厚度为 208.9m，芯材最窄处厚度为117.6m（图5（c），对应的最大熔蚀比例为约43.7%。带材2模拟冲杯件钎焊后整体耐熔蚀性能良好，最大一处熔蚀出现在位置D，该位置芯材最厚处厚度为 194.6m，芯材最窄处厚度为 161.8m（图 6（d），对应的最大熔蚀比例为约16.9%。2.4 分析和讨论拉伸力学性能测试结果表明，带材 2（H24态）钎焊前抗位强度180 MPa明显高于带材1（O态）钎焊前抗拉强度145 MPa，这主要与H24态材芯材板锭未高温均热、中间及成品退火均为不完全再结晶退火有很大关系。另外带材2（H24态）成品延伸率18%，也高于标准要求的16%，模拟冲杯3 mm高正常，未发现明显开裂情况，这说明H24态的带材2也能满足该款蒸发器冲压要求。观察带材钎焊前、后的断面晶粒组织表明，带材2（H24态）钎焊后表面熔蚀非常轻微，对应的芯材晶粒组织非常粗大，而带材1（O态）钎焊后表面熔蚀非常严重，对应的芯材晶粒组织非常细小。这是因为，带材 1（O 态）芯材经过高温均热，于铸态下析出的MnAl6、Al2Cu等第二相粒子大部分都固溶到-Al基体中；而带材2（H24态）芯材未经过高温均热，铸态下析出的第二相粒子仍保留在-Al基体中，在后面的中间退火和成品退火过程中，可以起到钉扎位错、阻碍再结晶的作用。特别是中间退火和成品退火时带材厚度相差不大，且均为不完全再结晶退火，芯材金属发生回复，冷变形位错得到部分消除，进一步提高了再结晶温度，钎焊后更容易获得粗大的晶粒。晶粒越大，晶界越少，高温钎焊时，复合带材两侧4系合金钎焊层中的Si通过晶界高温扩散的就越少，对芯材形成的熔蚀也越轻微。观察带材及模拟冲杯件钎焊后的断面微观组织，发现带材2（H24态）及模拟冲杯件钎焊后表面熔蚀均比较轻微，模拟冲杯件最大一处熔蚀比例约16.9%；而带材1（O态）及模拟冲杯件钎焊后表面熔蚀均比较严重，特别模拟冲杯件A、B、C、E、F、G位置熔蚀非常严重，最大一处熔蚀比例约43.7%，接近芯材厚度的一半。这是因为：复合材料为O态时，此时芯材为完全再结晶状态，4系合金钎料向芯层渗透只能沿着晶界进行，冲压实际是一个冷变形过程，带材1（O态）模拟冲杯件A、B、C、E、F、G位置靠近冲杯杯沿、冷变形量较小，形成的位错密度较小，导致钎焊时再结晶动能不足、再结晶温度较高，芯材在不完全再结晶状态下钎焊材熔化，部分晶粒内存在大量亚结构残留，成为钎料向芯层大量渗透的通道，也称晶内渗透，导致熔蚀非常严重4-6。而带材1（O态）模拟冲杯件D处靠近冲杯杯底，冷变形量较大，形成的位错密度适中，钎焊时再结晶动能充分、再结晶温度适中，再结晶晶粒粗大、晶界较少，芯材在完全再结晶状态下钎焊材熔化，晶粒内无明显的亚结构残留，钎料向芯层渗透沿着晶界进行，由于晶界较少，熔蚀相反比较轻微。带材2钎焊前为H24态纤维组织，有一定的位错密度，冲杯过程更加大了冲杯区域的冷变形和位错密度，钎焊后熔蚀自然也更加轻微。3结论对于0.27 mm厚蒸发器管片用复合带材，H24态成品钎焊后更容易获得粗大的芯材晶粒组织，带材及模拟冲杯件钎焊时，钎料向芯层渗透主要以晶界渗透为主，熔蚀轻微；而经过芯材高温均热处理的O态成品钎焊后芯材晶粒细小，模拟冲杯件钎焊时，钎料向芯层渗透主要以晶内渗透为主，熔蚀比较严重。参考文献1郭飞跃，黄美艳，王立新，等.牺牲层Zn含量对汽车水箱管料耐腐蚀性能的影响J.铝加工，2019（5）：19-23.2徐坤豪，万晓峰，朱松.汽车空调发展趋势对换热器铝材的影响J.制冷与空调，2014（1）：42-45.3刘建文.汽车铝合金热交换器的腐蚀J.汽车工艺与材料，1999（11）：20-21.卢紫琼，等：热处理工艺对钎焊复合带材耐熔蚀性能的影响深加工及其他 46Effect of heat treatment on erosion resistance property of brazingclad stripLu Ziqiong,Guo Feiyue,Gui Liangbao,Yang Jie,Wu Jiali(Ruyuan Dongyangguang UACJ Fine Foil Co.,Ltd.,Shaoguan 512721,China)Abstract:Pre-brazed&post-brazed tensile strength,section grain sizeµstructure of two kinds of clad strips used for laminatedEvaporator s tube plate were studied using optical microscope,tensile test,simulation cupping&simulation brazing.The results showthat,for 0.27mm thick clad strip used for laminated Evaporator s tube plate,core material of H24 temper product has coarse grain size,in the brazing process of strip and simulated punching cup,the penetration of filler metal into the core layer is mainly grain boundarypenetration,and the corrosion is slight.While core material of O temper product with high temperature soaking has smaller grain size,in the case of brazing of simulated cup parts,the penetration of brazing filler metal into the core layer is mainly intragranular penetration,and the corrosion is serious.Key words:evaporator;tube plate;clad strip;heat treatment;brazing;erosion resistance property4郭飞跃，黄美艳，王立新，等.汽车热交换器用H14态管料耐熔蚀性能研究J.铝加工，2018（6）：13-18.5刘灿威，李龙，周德敬.热交换器用铝合金在钎焊过程中的熔蚀现象J.轻合金加工技术，2017（4）：47-55.6童贞.高压板翅式换热器复合钎焊铝材的钎焊渗透问题研究D.南京：东南大学，2012.西南铝上半年工艺降本成效显著上半年，西南铝在抓好生产经营的同时，大力实施降本增效，其中工艺降本成绩显著。今年年初，西南铝从工艺、能源、原材料等方面全面梳理工艺降本工作，共梳理58项，涉及产品质量提升、工艺优化、节能减排等项目，涵盖了近年来公司工艺短板和产品增量转型调结构的关键工序。西南铝通过工艺优化创新，实现公司拳头产品某合金均匀化加热时间缩短30%以上，每月可增加约1500 t铸锭均热量，全年节约固定成本700余万元。同时，西南铝整合周边企业资源，实施3104合金碎屑复化铝液直供项目，打通复化铝液直供渠道，每月实现约2 800 t铝液直供，节约天然气55 m3/t，全年节约300余万元天然气费用。上半年，西南铝实现工艺降本约1700余万元，取得了良好的效果，为实现全年工艺降本目标奠定坚实的基础。纽泰格：拟使用2.62亿元增资旗下公司江苏迈尔纽泰格表示，公司拟使用募集资金2.62亿元对全资子公司江苏迈尔进行增资，用于可转债募集资金投资项目“高精密汽车铝制零部件生产线项目”的建设及实施，其中8 000万元计入注册资本，1.82亿元计入资本公积。本次增资完成后，江苏迈尔注册资本由1.8亿元变更为2.6亿元，仍为公司全资子公司。诺贝丽斯2024财年一季度销售额同比下滑20%据外媒报道，诺贝丽斯近日公布2024财年一季度（截至2023年6月30日的当季度）业绩报告显示，公司销售额同比下滑19.61%至40.91亿美元，上一财年同期为50.89亿美元，原因是期内铝均价下滑、压延产品出货量减少但被有利的产品组合所抵消。2023年第4期总第273期铝加工深加工及其他/信息报道 47