CN1045012C - 强度和加工性能优良的散热片用铝合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝合金，其中含有(以重量计)：0.10～0.90%Si；0.10～1.0%Mn；0.05～0.20%Cu和0.05～0.20%Mg中的至少一种；0.01～0.10%Zr与0.01～0.10%Ti中的至少一种，及无法避免的杂质。本发明还提供用来构成有优良强度和可成形性的散射片元件的铝合金薄板的制法，包括将上述组成的铝合金熔体用带坯连铸法制成1～15mm厚的带形板；将带形板冷轧；在200～400℃下进行回火退火加工。在本发明的铝合金及其制法中还可加入0.001～0.02%的Y。
Description
本发明涉及一种铝合金，它用来构成在诸如标准屋用空调器等热交换装置中所用的散热片。更具体地说，本发明涉及用于铝合金薄板的铝合金及其制造方法，所述的薄板有加箍的孔眼，其中插着用来循环热交换器中使用的冷冻剂的管子，该孔眼构成了一个紧固件，上述的管子则处在穿过加箍孔眼的状态。
通常，在标准的屋用空调器或类似装置中使用的热交换器，都采用由板厚约为0.1～0.2mm的铝或铝合金构成的薄板，它上面固定着通过压制形成的许多加箍孔眼散热片和用于循环冷冻剂的金属管。
类似地，根据常规技术，用来形成这种散热片的铝合金需要有高的可成形性、耐腐蚀性和强度。为了达到上述要求，比如，可以采用日本专利申请特公昭63-53477(第二次公告，第一次公开为特开昭55-17072)、日本专利申请特公昭62-54181(第二次公告，第一次公开为特开昭57-19351)等的说明书中公开的并经过适当调整的成份或制造方法所形成的合金，从而能得到散热片加工所需的高的可成形性，同时又保持热交换器所要求的强度。
在上述的日本专利申请特公昭63-53477(第二次公告)中，公开了一种用来构成散热片元件的铝合金，它含0.1～2.0％的Mn、≤0.5％的Fe、≤0.2％的Cu、≤0.4％的Si和≤0.5％的Mg。
另外，同一文件还公开了一种方法，其中用带坯连铸法将按上述成份构成的高强度铝合金的熔体，制成正向厚度为3-10mm的带状板，将此带状板冷轧成厚度约为0.15mm的薄板，然后将所形成的薄板退火。
另一方面，在日本专利申请特公昭62-54181(第二次公告)中，公开了一种以带坯连铸法将合金熔制成厚度为3～15mm的带状板的方法，该合金熔体由0.10～1.0％Mn、0.10～0.90％Si、0.01～0.1％Ti、相对于上述Ti的10～20％的B，其余基本上铝，其中Mn与Si的比在0.5～1.5的范围内。在将上述带状板冷轧之后，将所形成的板材在200～400℃下退火。
根据上述文件中公开的技术，可以得到厚度约为0.1～0.2mm，并具有优良的强度、可成形性和耐腐蚀性的铝合金薄板。
但是，随着热交换器设计工艺的进步，近年来热交换器已变得结构更加紧凑和重量更轻，以适应降低成本的需要。因此，需要一种比通常使用的铝合金更薄的材料，来形成上述热交换器中使用的散热片。于是，对板厚0.1mm或更薄的薄板的需求日益增长；但是，对于用上述工艺得到的薄铝板而言，板厚小于0.1mm时很难达到足够的强度。另外，即使在达到足够强度的情形下，也还存在着出现与加工性能有关的其它问题的倾向。
换言之，一般来说，在试图满足上述降低板厚的要求时，可成形性与强度会产生问题。已知的是，材料的可成形性取决于板厚；因此，按照常规的铝合金，容易发生诸如可成形性因板厚减小(变薄)而降低、在拉伸成形部位以及在承受裂纹的拉伸翻边部分产生裂纹等问题。此外，加工后的产品的强度基本上由于厚度减小而相应地降低，从而导致产生缺陷，例如在热交换器制造过程中和/或产品完成后的搬运期间有变形的倾向。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种铝合金，其中含有：0.10～0.90％(重量)的Si；0.10～1.0％(重量)的Mn；0.05～0.20％(重量)的Cu和0.05～0.20％(重量)的Mg中的至少一种；0.01～0.10％(重量)的Zr和0.01～0.10％(重量)的Ti中至少一种；及包含不可避杂质的其余部分。
另外，根据本发明，提供一种铝合金，其中含有：0.10～0.90％(重量)的Si；0.10～1.0％(重量)的Mn；0.05～0.20％(重量)的Cu和0.05～0.20％(重量)的Mg中的至少一种；0.01～0.10％(重量)的Zr和0.01～0.10％(重量)的Ti中的至少一种；0.001～0.02％(重量)的Y；及包含不可避杂质的其余部分。
再者，根据本发明，提供了一种用于构成散热片元件的铝合金薄板的制造方法，该合金具有优良的强度和可成形性，所述方法的特征在于包括以下步骤：
用带坯连铸法将含有上述成份的铝合金熔体制成厚度为1～15mm的带状板；
将该带状板冷轧；和
在保持温度为200～400℃下，进行再结晶退火加工。
下面解释将成分限定如上的原因。
Mn由于与基质形成固溶体而具有提高再结晶温度的作用，此外还由于增强了上述固溶作用而提高了其中的强度。但是，当Mn含量小于0.10％(重量)时，不产生上述作用；而当含量超过1.0％(重量)时，成形性变差。因此，Mn含量为0.1～1.0％(重量)是合乎要求的。在与Mn共存时，Si起着提高强度和可成形性(特别是展薄拉伸成形性)的作用。当上述含量小于0.10％(重量)时，不产生上述效果；另一方面，Si含量超过0.90％(重量)会造成耐腐蚀性和可成形性降低。因此，将Si含量规定为0.10～0.90％(重量)。
此外，Cu和Mg是两种能提高强度而不降低可成形性的元素。但是，它们中的任何一个的含量小于0.05％(重量)时都观察不到上述作用；Cu含量超过0.20％(重量)会造成耐腐蚀性降低，而Mg含量超过0.20％(重量)会使可成形性变差。因此，它们的含量均被分别规定为0.05％～0.20％(重量)。
Zr和Ti分别产生使晶粒细化的作用，这又会造成可成形性的提高。但是，它们中的任何一个的含量小于0.01％(重量)时都观察不到上述作用；另一方面，含量超过0.10％(重量)会导致形成粗大的金属间化合物，它会使可成形性降低。因此，Zr和Ti的含量均规定为0.01～0.10％(重量)。
在与Zr或与Ti共存时，Y在与图1所示的Y加入量相应的特定区域内，通过进一步提高铝合金薄板的再结晶温度而使强度提高。另外，由于按上述方式提高了再结晶温度，上述铝合金薄板的退火-软化曲线得到稳定，这本身又可以使最终的平整退火过程容易进行。但是，当Y含量少于0.001％(重量)时，得不到上述效果，而加入多于0.02％的Y不能有效地改进上述结果。因此，考虑到Y元素比较贵，将其含量规定为0.001～0.02％(重量)。
下面将详细解释上述材料的制造方法，作为上述成分的合金熔体的带坯连铸法，可以采用这样一种方法，比如，在该方法中利用设置在带铸法中所使用的两辊之间的一个喷管喷射上述成分的铝合金熔体，接着用辊模冷却。也可以使上述材料的铸造与轧制同时进行。根据这一方法，Mn被强迫进入固溶体，这又使具有优良强度和加工性能的薄板得以最终形成。用上述带坯连铸法制得的板材的厚度为1～15mm，需要冷轧减薄，这对于最终产产品的性能而言是必要的。此外，就成本而论，上述方法是在可应用的范围内。
进行带坯连铸时的铸造速度(带状板的前进速度)优选为0.8～20m/min，熔体温度优选为680～710℃。另外，除了采用转辊的上述方法之外，采用带式连铸机和板坯连铸机等的其它带坯连铸法也可以使用。
上述的冷轧法可以按照在制造薄铝板中使用和任何标准方法进行。最好是保证冷轧的压缩比为90％或更多，而在轧制期间无需热处理。
随后，通过对所得到的冷轧材料进行平整退火，就可以得到所希望的强度和可加工性。但是，当上述温度低于200℃时，可加工性不可能有充分的改进，而当试图在400℃以上的温度退火时，强度急剧下降，而且可成形性也变差。另外，就退火后的机械性能而言，屈服强度(σs)与抗拉强度(σb)之比(即σs/σb)最好是在0.90～0.95的范围内。因此，虽然理解的退火温度还与成分有关，但是规定平整退火温度为200～400℃。
图2展示了装有用本发明的合金形成的散热片的热交换装置的实施例。在此实施例中，用上述制造方法制得的薄板是经过压制加工和展薄拉伸加工，然后形成用于经其***使冷冻剂循环的铜管的带箍的孔眼2，以便构成薄板3。穿过每个在薄板3上形成的孔眼2都插上上述的管体1，以便构成热交换装置A。另外，在每个孔眼2开口处都形成一个箍圈2a，用这种方式，将管体1稳定地被上述箍圈2a所支撑。上述薄板3的厚度约为0.1mm，甚至比此尺寸还略低。
在如上所述构成的热交换装置A中，为了满足装置结构紧凑和重量轻的要求，需要厚度减薄的薄板3；因此，所形成的这一厚度约为0.1mm或稍薄。
在按上述方式形成的薄板3缺乏足够的强度的情况下，则在制造上述热交换装置A期间容易发生变形。就这一点而言，当按照上述合乎要求的制造方法，由含有上述成分的铝合金形成的薄板时，获得了优良的抗拉强度、屈服强度和延伸率。因此，在压制加工和/或展平拉伸加工期间，用来制造热交换装置A的薄板不会受到损伤。此外，即使在加工程度大的部位(如箍圈2a)或加工应力容易集中的部分中也不产生裂纹和/或损伤。
再者，在上述实施例中，对按图2加工成形的薄板3进行了说明；但是，本发明并不限于图2所示的形状，因为对于薄板3来说，可以根据它所用于的热交换装置而有各式各样的形状。
图1表示Y的加入量与耐退火-软化性之间关系的曲线图。
图2是用来形成按本发明方法制造的散热片的铝合金薄板的斜视图。
下面，将表1和3中示出的包含各种成份的铝合金熔体，用带坯连铸机进行带坯连铸法，该带坯连铸机利用轧辊形成板厚6mm的板。然后将每个板冷轧成厚度0.10mm的薄板，接着在各种温度下退火。然后对每种样品用现行的压机进行抗拉强度试验和可成形性试验。
以上试验样品的评价结果列在表2和表4中，由上表可见，与成分和制造方法不同于本发明的各个对比例相比，按本发明的方法制造的铝合金薄板显示出较高的强度和使用现行压机所测得的优良的可成形性。
如上所述，根据本发明，可以以一种成本效益高的方式提供一种具有优良强度和可成形性的铝合金薄板，它易于使热交换器，如标准的房间用空调器，所用的散热片材料减薄。因此，本发明的工业价值很高。
表1
| Mn | Si | Cu | Mg | Ti | Zr | 退火温度℃ | 特点 | ||
| 本发明的实施例 | 1 | 0.35 | 0.40 | 0.07 | - | 0.02 | - | 270 | 带坯连铸 |
| 2 | 0.40 | 0.20 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 290 | 带坯连铸 | |
| 3 | 0.60 | 0.41 | 0.06 | 0.07 | 0.02 | - | 340 | 带坯连铸 | |
| 对比例 | 1 | 0.34 | 0.08* | 0.10 | - | 0.02 | - | 280 | 带坯连铸 |
| 2 | - | 0.15 | - | 0.17 | - | 0.04 | 250 | 带坯连铸 | |
| 3 | 0.45 | 0.20 | - | 0.17 | 0.03 | - | 240 | 热轧 | |
| 4 | 0.35 | 0.40 | 0.07 | - | 0.02 | - | 180 | 带坯连铸 | |
| 5 | 0.35 | 0.40 | 0.07 | - | 0.02 | - | 420 | 带坯连铸 | |
| 6 | 0.40 | 0.20 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 180 | 带坯连铸 | |
| 7 | 0.40 | 0.20 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 420 | 带坯连铸 | |
| 8 | 0.40 | 0.09 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 290 | 带坯连铸 | |
| 9 | 0.40 | 1.00 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 290 | 带坯连铸 | |
表2
| 拉伸力试验 | 现行压机的加工试验 | ||||
| 抗拉强度 | 屈伏强度 | 延伸率 | |||
| (兆帕) | (兆帕) | (％) | |||
| 本发明实施例 | 1 | 150 | 140 | 9.8 | 0 |
| 2 | 155 | 143 | 10.1 | 0 | |
| 3 | 165 | 150 | 11.3 | 0 | |
| 对比例 | 1 | 140 | 131 | 8.4 | Δ* |
| 2 | 127 | 110 | 7.5 | X* | |
| 3 | 148 | 138 | 6.9 | X** | |
| 4 | 225 | 220 | 3.5 | X** | |
| 5 | 88 | 54 | 4.2 | X | |
| 6 | 230 | 225 | 3.0 | X** | |
| 7 | 92 | 60 | 3.8 | X | |
| 8 | 145 | 130 | 8.6 | X* | |
| 9 | 152 | 143 | 8.4 | Δ** | |
*产生拉伸裂纹
**产生翻边裂纹
表3
| Mn | Si | Cu | Mg | Ti | Zr | Y | 退火温度℃ | 注 | ||
| 本发明实施例 | 4 | 0.35 | 0.40 | 0.07 | - | 0.02 | - | 0.01 | 270 | 带坯连铸 |
| 5 | 0.40 | 0.20 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 0.015 | 290 | 带坯连铸 | |
| 6 | 0.60 | 0.41 | 0.06 | 0.07 | 0.02 | - | 0.02 | 340 | 带坯连铸 | |
| 对比例 | 10 | 0.34 | 0.08* | 0.10 | - | 0.02 | - | 0.015 | 280 | 带坯连铸 |
| 11 | - | 0.15 | - | 0.17 | - | 0.04 | 0.015 | 250 | 带坯连铸 | |
| 12 | 0.45 | 0.20 | - | 0.17 | 0.03 | - | 0.015 | 240 | 热轧 | |
| 13 | 0.35 | 0.40 | 0.07 | - | 0.02 | - | 0.015 | 180 | 带坯连铸 | |
| 14 | 0.35 | 0.40 | 0.07 | - | 0.02 | - | 0.015 | 420 | 带坯连铸 | |
| 15 | 0.40 | 0.20 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 0.015 | 180 | 带坯连铸 | |
| 16 | 0.40 | 0.20 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 0.015 | 420 | 带坯连铸 | |
| 17 | 0.40 | 0.09 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 0.0004 | 290 | 带坯连铸 | |
| 18 | 0.40 | 1.00 | - | 0.15 | 0.01 | 0.03 | 0.0004 | 290 | 带坯连铸 | |
表4
| 拉伸试验 | 现行压机的加工试验 | ||||
| 抗拉强度 | 屈伏强度 | 延伸率 | |||
| (兆帕) | (兆帕) | (％) | |||
| 本发明实施例 | 4 | 153 | 143 | 9.7 | 0 |
| 5 | 156 | 143 | 10.0 | 0 | |
| 6 | 165 | 151 | 10.7 | 0 | |
| 对比例 | 10 | 140 | 132 | 8.0 | Δ* |
| 11 | 131 | 115 | 7.5 | X* | |
| 12 | 147 | 139 | 5.8 | X** | |
| 13 | 225 | 221 | 2.9 | X | |
| 14 | 95 | 60 | 3.8 | X** | |
| 15 | 232 | 228 | 2.5 | X | |
| 16 | 98 | 71 | 3.2 | X** | |
| 17 | 144 | 128 | 8.4 | X* | |
| 18 | 150 | 140 | 8.2 | Δ** | |
*产生拉伸裂纹
**产生翻边裂纹
Claims (4)
1．一种铝合金，其特征在于其由如下化学成分组成(按重量计)：0.10～0.90％的Si；0.10～1.0％的Mn；0.05～0.20％的Cu和0.05～0.20％的Mg中的至少一种；0.01～0.10％的Zr和0.01～0.10％的Ti中的至少一种；以及铝和不可避免的杂质。
2．一种铝合金，其特征在于其由如下化学成分组成(按重量计)：0.10～0.90％的Si；0.10～1.0％的Mn；0.05～0.20％的Cu和0.05～0.20％的Mg中的至少一种；0.01～0.10％的Zr和0.01～0.10％的Ti中的至少一种；0.001～0.02％的Y；以及铝和不可避免的杂质。
3．制造用于构成散热片元件的有优良强度和可成形性的铝合金薄板的方法，其特征在于它包括以下步骤：
将铝合金熔体用带坯连铸法制成厚度为1～15mm的带状板，该铝合金熔体由如下化学成分组成(按重量计)：0.10～0.90％的Si；0.10～1.0％的Mn；0.05～0.20％的Cu和0.05～0.20％的Mg中的至少一种；0.01～0.10％的Zr和0.01～0.10％的Ti中的至少一种；以及铝和不可避免的杂质；
将所述的带形板冷轧；和
在保持温度为200～400℃时，进行再结晶退火。
4．制造用于构成散热片的有优良强度及可成形性的铝合金薄板的方法，其特征在于包括以下步骤：
将铝合金熔体用带坯连铸法制成厚度为1～15mm的带状板，该铝合金熔体由如下化学成分组成(按重量计)：0.10～0.90％的Si；0.10～1.0％的Mn；0.05～0.20％的Cu和0.05～0.20％的Mg中的至少一种；0.01～0.10％的Zr和0.01～0.10％的Ti中的至少一种；0.001～0.02％的Y；以及铝和不可避免的杂质；
将该带形板冷轧；和
在保持温度为200～400℃时，进行再结晶退火。
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| C06 | Publication | ||
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