專利名稱：強(qiáng)度和加工性能優(yōu)良的散熱片用鋁合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金，用來構(gòu)成在諸如標(biāo)準(zhǔn)屋用空調(diào)器等熱交換裝置中使用的散射片。更具體地說，本發(fā)明涉及用于鋁合金薄板的鋁合金及其制造方法，所述的薄板有加箍的孔眼，其中插著用來循環(huán)熱交換器中使用的冷凍劑的管子，該孔眼構(gòu)成了一個緊固件，上述的管子則處在穿過加箍孔眼的狀態(tài)。
通常，在標(biāo)準(zhǔn)的屋用空調(diào)器或類似裝置中使用的熱交換器，都采用由板厚約為0.1-0.2mm的鋁或鋁合金構(gòu)成的薄板，上面固定著通過壓制出許多加箍孔眼形成的散射片和用于循環(huán)冷凍劑的金屬管。
類似地，根據(jù)常規(guī)技術(shù)，用來形成這種散射片的鋁合金需要有高的可成形性、耐腐蝕性和強(qiáng)度。為了達(dá)到上述要求，可以采用例如日本專利申請昭63-53477(第二次公布，第一次公布為昭55-17072)、日本專利申請昭62-54181(第二次公布，第一次公布為昭57-19351)等的說明書中公開的組合物或制造方法經(jīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)形成的合金，從而能得到散射片加工所需的高的可成形性，同時又保持熱交換器所要求的強(qiáng)度。
在上述的日本專利申請昭63-53477(第二次公布)中，公開了一種用來構(gòu)成散射片元件的鋁合金，其中含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，同一文件還公開了一種方法，其中用帶坯連鑄法將由上述組合物構(gòu)成的高強(qiáng)度鋁合金的熔體，制成正向厚度為3-10mm的條形板，將此條形板冷軋成厚度約為0.15mm的薄板，然后將所形成的薄板退火。
另一方面，在日本專利申請昭62-54181(第二次公布)中，公開了一種以帶坯連鑄法將合金熔體制成厚度為3～15mm的帶形板的方法，該合金熔體含0.10～1.0％Mn、0.10～0.90％Si、0.01～0.1％Ti、相當(dāng)于上述Ti的10～20％的B，其余基本上是鋁，其中Mn與Si的比在0.5～1.5的范圍內(nèi)。在將上述帶形板冷軋之后，將所形成的板材在200～400℃下退火。
根據(jù)上述文件中公開的技術(shù)，可以得到厚度約為0.1～0.2mm，并具有優(yōu)良的強(qiáng)度、可成形性和耐腐蝕性的鋁合金薄板。
但是，隨著熱交換器設(shè)計工藝的進(jìn)步，近年來熱交換器已變得結(jié)構(gòu)更加緊湊和重量更輕，以適應(yīng)降低成本的需要。因此，需要一種比通常使用的鋁合金更薄的材料，來形成上述熱交換器中使用的散射片。于是，對板厚0.1mm或更薄的薄板的需求日益增長；但是，對于用上述工藝得到的薄鋁板，板厚小于0.1mm時很難達(dá)到足夠的強(qiáng)度。另外，即使在達(dá)到足夠強(qiáng)度的情形下，也還存在著出現(xiàn)與加工性能有關(guān)的其它問題的傾向。
換言之，一般來說，在試圖滿足上述降低板厚的要求時，可成形性與強(qiáng)度會產(chǎn)生問題。已知材料的可成形性與板厚有關(guān)；因此，對于常規(guī)的鋁合金，容易發(fā)生諸如可成形性因板厚減小(變薄)而降低、在拉伸成形部分以及在支承裂縫的拉伸翻邊部分產(chǎn)生裂縫等問題。此外，加工后的產(chǎn)品的強(qiáng)度基本上隨厚度減小而相應(yīng)地降低，從而導(dǎo)致產(chǎn)生缺陷，例如在熱交換器制造過程中和/或產(chǎn)品完成后的搬運期間有變形的可能性。
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種鋁合金，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中至少一種；0.01～0.10％重量的Zr和0.01～0.10％重量的Ti中至少一種；以及無法避免的雜質(zhì)。
另外，本發(fā)明提供一種鋁合金，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中的至少一種；0.01～0.10％重量的Zr和0.01～0.10％重量的Ti中的至少一種；0.001～0.02％重量的Y；以及無法避免的雜質(zhì)。
再者，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于構(gòu)成散射片元件的鋁合金薄板的制造方法，該合金具有優(yōu)良的強(qiáng)度和可成形性，所述方法的特征在于包括以下步驟用帶坯連鑄法將上述組成的鋁合金熔體制成厚度為1～15mm的帶形板；將該帶形板冷軋；和其在保持溫度為200～400℃下，進(jìn)行精制退火加工。
下面解釋將各成分限定如上的原因。
Mn由于與基質(zhì)形成固溶體而具有提高重量結(jié)晶溫度的作用，此外還由于增強(qiáng)了上述固溶體的作用而提高了強(qiáng)度。但是，當(dāng)Mn含量小于0.10％重量時，不產(chǎn)生上述作用；而當(dāng)含量超過1.0％重量時，可成形性變差。因此，Mn含量規(guī)定為0.1～1.0％重量。在與Mn共存時，Si起著提高強(qiáng)度和可成形性(特別是擠拉成形性)的作用。當(dāng)Si含量小于0.10％重量時，不產(chǎn)生上述作用；另一方面，Si含量超過0.90％重量會造成耐腐蝕性和可成形性降低。因此，Si含量規(guī)定為0.10～0.90％重量。
此外，Cu和Mg兩種元素能提高強(qiáng)度而不降低可成形性。但是，它們中的任何一個在含量小于0.05％重量時都觀察不到上述作用；Cu含量超過0.20％會造成耐腐蝕性降低，而Mg含量超過0.20％會使可成形性變差。因此，它們的含量均規(guī)定為0.05％～0.20％。
Zr和Ti分別產(chǎn)生改善晶粒大小的作用，這又會造成可成形性的改進(jìn)。但是，它們中的任何一個在含量小于0.01％重量時都觀察不到上述作用；另一方面，含量超過0.10％重量會導(dǎo)致粗粒的金屬互化物形成，它會使可成形性降低。因此，Zr和Ti的含量均規(guī)定為0.01～0.10％重量。
在與Zr或與Ti共存時，Y在與

圖1所示的Y加入量相應(yīng)的特定區(qū)域內(nèi)，通過進(jìn)一步提高鋁合金薄板的重結(jié)晶溫度而使強(qiáng)度提高。另外，由于按上述方式提高了重結(jié)晶溫度，上述鋁合金薄板的退火-軟化曲線得到穩(wěn)定，這本身又可以使最終的回火退火過程容易進(jìn)行。但是，當(dāng)Y含量少于0.001％重量時，得不到上述效果，而加入多于0.02％的Y不能有效地改進(jìn)上述結(jié)果。因此，考慮到Y(jié)元素比較貴，其含量規(guī)定為0.001～0.02％重量。
下面將詳細(xì)解釋上述材料的制造方法。作為上述成分的合金熔體的帶坯連鑄法，可以采用這樣一種方法，在該方法中利用設(shè)置在帶鑄法中使用的兩輥之間的一個噴管，噴射上述成分的鋁合金熔體，接著用軋模冷卻。也可以使上述材料的鑄造與軋制同時進(jìn)行。根據(jù)這一方法，Mn被強(qiáng)迫進(jìn)入固溶體，這又使具有優(yōu)良強(qiáng)度和加工性能的薄板得以最終形成。用上述帶坯連續(xù)法制得的緊張板材的厚度為1～15mm，這對于冷軋減薄是必要的，而從最終產(chǎn)品的性能考慮，必須進(jìn)行冷軋。此外，就成本而論，上述方法是在可應(yīng)用的范圍內(nèi)。
進(jìn)行帶坯連鑄時的鑄造速度(帶形板的前進(jìn)速度)優(yōu)選為0.8～20m/min，熔體溫度優(yōu)選為680～710℃。另外，除了采用轉(zhuǎn)輥的上述方法之外，采用壓帶機(jī)、模壓機(jī)等的其它帶坯連鑄法也可以使用。
上述的冷軋法可以按照在制造薄鋁板中使用的任何標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。最好是保證冷軋的減薄為90％或更多，在軋制期間無需熱處理。
隨后，通過對冷軋過的材料進(jìn)行回火退火加工，可以得到所希望的強(qiáng)度和可加工性。但是，當(dāng)上述溫度低于200℃量，可加工性不可能有充分的改進(jìn)，而當(dāng)試圖在400℃以上的溫度退火時，強(qiáng)度急劇下降，而且可成形性也變差。另外，就退火后的機(jī)械性質(zhì)而言，屈服強(qiáng)度(σY)與抗拉強(qiáng)度(σB)之比(即σY/σB)最好是在0.90～0.95的范圍內(nèi)。因此，雖然理想的退火溫度還與成分有關(guān)，但是指定回火退火溫度為200～400℃。
圖2表示了裝有用本發(fā)明的合金形成的散射片的熱交換裝置的實例。在此實施例中，用上述制造方法制得的薄板是壓制加工和擠拉加工的，形成加箍的孔眼2以構(gòu)成薄板3，穿過孔眼2插上用來循環(huán)冷凍劑的銅制管體1。穿過每個在薄板3上形成的孔眼2都插上上述的管體1，以便構(gòu)成熱交換裝置A。另外，在每個孔眼2開口處都形成一個箍圈2a，用這種方式，將管體1穩(wěn)定地支承在上述箍圈2a上。上述薄板3的厚度約為0.1mm，甚至比此尺寸還略低。
在如上所述構(gòu)成的熱交換裝置A中，為了滿足結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕的要求，需要厚度減薄的薄板3；因此，所形成的這一厚度約為0.1mm或稍薄。
如果按上述方式形成的薄板3缺乏足夠的強(qiáng)度，則在制造上述熱交換裝置A期間容易發(fā)生變形。就這一點而言，當(dāng)使用上述制造方法由上述成分的鋁合金形成的薄板時，獲得了優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率。因此，在壓制加工和/或擠拉加工期間，用來制造熱交換裝置A的薄板不會受到損傷。此外，即使在加工度大的部分(如箍圈2a)或加工應(yīng)力容易集中的部分中也不產(chǎn)生裂縫和/或損傷。
再者，在上述實施例中，解釋了薄板3具有采用了本發(fā)明的圖2所示形狀的原因；但是，本發(fā)明并不限于圖2所示的形狀，因為薄板3可以根據(jù)它所用于的熱交換裝置而有各式各樣的形狀。
圖1是表示Y的加入量與耐退火-軟化性之間關(guān)系的簡圖。
圖2是用來形成按本發(fā)明方法制造的散熱片的鋁合金薄板的斜視圖。
下面表1和3中示出的包括各種組成的鋁合金熔體，是用帶坯連鑄機(jī)以帶坯連鑄法制成的，該帶坯連鑄機(jī)利用軋輥形成板厚6mm的板。然后將每個板冷軋成厚度0.10mm的薄板，接著在各種溫度下退火。然后對每種樣品用實際壓機(jī)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗和可成形性試驗。
以上試驗樣品的評價結(jié)果列在表2和表4中，由上表可見，與成分和制造方法不同于本發(fā)明的各個對照實施例相比，根據(jù)本發(fā)明制造的鋁合金薄板，顯示出較高的強(qiáng)度和使用實際壓機(jī)優(yōu)良的可成形性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以以一種成本效益高的方式提供一種具有優(yōu)良強(qiáng)度和可成形性的鋁合金薄板，它容易用于散熱片材料的減薄，以便用在諸如標(biāo)準(zhǔn)屋用空調(diào)器之類的熱交換器中。因此，本發(fā)明的工業(yè)價值很高。
表1
表2<
產(chǎn)生拉伸裂縫**產(chǎn)生翻邊裂縫表3
>
表4
*產(chǎn)生拉伸裂縫**產(chǎn)生翻邊裂縫
權(quán)利要求
1.含以下成分的鋁合金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中的至少一種；0.01～0.10％重量的Zr和0.01～0.10％重量的Ti中的至少一種；以及無法避免的雜質(zhì)。
2.含以下成分的鋁合金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中的至少一種；0.01～0.10％重量的Zr和0.01～0.10％重量的Ti中的至少一種；0.001～0.02％重量的Y；以及無法避免的雜質(zhì)。
3.制造用于構(gòu)成有優(yōu)良強(qiáng)度和可成形性的散射片元件的鋁合金薄板的方法，其特征在于包括以下步驟將鋁合金熔體用帶坯連鑄法制成厚度為1～15mm的帶形板，該鋁合金熔體中含有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中的至少一種；0.01～0.10％重量的Zr和0.01～0.10％重量的Ti中的至少一種；以及無法避免的雜質(zhì)；將所述的帶形板冷軋；和在保持溫度為200～400℃下，進(jìn)行精制退火加工。
4.制造用于構(gòu)成有優(yōu)良強(qiáng)度及可成形性的散熱片的鋁合金薄板的方法，其特征在于包括以下步驟將鋁合金熔體用帶坯連鑄法制成厚度為1～15mm的帶形板，該鋁合金熔體中含有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中的至少一種；0.01～0.10％重量的Zr和0.01～0.10％重量的Ti中的至少一種；0.001～0.02％重量的Y；以及無法避免的雜質(zhì)；將該帶形板冷軋；和在保持溫度為200～400℃下，進(jìn)行精制退火加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋁合金，其中含有(以重量計)0.10-0.90％Si；0.10-1.0％Mn；0.05-0.20％Cu和0.05-20％Mg中的至少一種；0.01-0.10％Zr與0.01-0.10％Ti中的至少一種，及無法避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供用來構(gòu)成有優(yōu)良強(qiáng)度和可成型性的散射片元件的鋁合金薄板的制法，包括將上述組成的鋁合金熔體用帶坯連鑄法制成1-15mm厚的帶形板；將帶形板冷軋；在200-400℃下進(jìn)行回火退火加工。在本發(fā)明的鋁合金及其制法中還可加入0.001-0.02％的Y。
文檔編號C22C21/00GK1138105SQ9510732
公開日1996年12月18日 申請日期1995年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月9日
發(fā)明者谷川久男 申請人:三菱鋁株式會社