冷加工率對汽車水箱翅片用鋁箔抗下垂性能與組織的影響

呂金明, 潘青林

(1.中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長沙 410083;2.銀邦金屬復(fù)合材料股份有限公司,江蘇 無錫 214145)

0 前 言

汽車水箱采用不帶復(fù)合層的翅片與帶復(fù)合層的高頻焊管,在高溫605 ℃下釬焊而成,其翅片在高溫下的性能直接影響水箱的質(zhì)量.研究表明,翅片鋁箔的室溫力學(xué)性能與焊后晶粒尺寸影響翅片高溫抗下垂性能[1-10].本文在合理的化學(xué)成分與熱處理工藝的基礎(chǔ)上,研究了不同冷加工率翅片鋁箔對釬焊性能的影響.

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)鋁箔合金的化學(xué)成分及制備工藝

試驗(yàn)鋁箔合金的成分見表1.試驗(yàn)用鋁合金材料的制備工藝如圖1所示.

1.2 試驗(yàn)方法

為獲得材料的超薄、高強(qiáng)和抗下垂等性能,選擇不同的厚度進(jìn)行中間退火,然后軋至0.065 mm成品厚度,從而得到具有不同冷加工率的鋁箔,并用這些鋁箔來研究冷加工率對鋁帶性能的影響.不同冷加工率下中間退火道次的鋁材厚度見表2.

圖1 試樣的制備工藝路線Fig.1 The technical process

表1 鋁箔合金的化學(xué)成分Tab.1 Alloy composition (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

表2 不同冷加工率下中間退火道次的鋁材厚度Tab.2 The thickness of aluminum product at different cold rate

對不同冷加工率的0.065 mm鋁合金帶材，用ZWICK/ROLL Z020電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試其室溫力學(xué)性能;將試樣置于如圖2所示的抗下垂試驗(yàn)裝置上,在馬弗爐內(nèi)升溫至600 ℃,保溫10 min，測定其下垂值，抗下垂試樣寬度為15 mm;對釬焊后不同冷加工率的試樣,經(jīng)覆膜后在偏振光下觀察其晶粒組織,測量其晶粒尺寸.

圖2 抗下垂試驗(yàn)裝置Fig.2 The test device of sag resistance

2 結(jié)果與討論

不同冷加工率的0.065 mm的鋁合金帶材,其室溫力學(xué)性能如圖3所示.

從圖3中可以看出,隨著成品冷加工率的增大,合金的室溫抗拉強(qiáng)度提高.由于翅片的成型都是采用高速翅片成型機(jī)加工,所以,過低或過高的室溫抗拉強(qiáng)度都不利于翅片波高或波距的調(diào)整.翅片鋁箔的室溫抗拉強(qiáng)度一般控制在180～220 MPa之間為好,以190～200 MPa為最佳.從圖3中可以方便地找出，成品冷加工率為45%的鋁合金帶材試樣的抗拉強(qiáng)度為198 MPa左右,能滿足汽車水箱散熱帶的成型要求.

圖3 不同冷加工率試驗(yàn)材料的室溫力學(xué)性能Fig.3 The room-temperature mechanical property of the test materials in different cold-working rate

不同冷加工率試樣的抗下垂試驗(yàn)結(jié)果，如圖4所示.由圖4可知,隨著成品冷加工率的提高,下垂值降低;當(dāng)成品冷加工率達(dá)到45%時(shí),下垂值出現(xiàn)最低峰.隨后,隨著成品冷加工率的增加,下垂值增加.

對釬焊后的不同冷加工率的試樣,經(jīng)過覆膜后在偏振光下觀察到的金相組織，如圖5所示；對晶粒尺寸測量結(jié)果，如圖6所示.

圖4 抗下垂的試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 The test result of the sag resistance

圖5 不同冷加工率試樣釬焊后的金相組織Fig.5 The metallographic structure of brazing sample in different cold rate

圖6 不同冷加工率試樣釬焊后的晶粒尺寸Fig.6 The grain size of brazing sample in different cold rate

由圖5、圖6可知,不同冷加工率試樣釬焊后晶粒的大小隨著冷加工率的增加而增大,到冷加工率為45%時(shí)出現(xiàn)最大峰值;而后,隨冷加工率的增加,晶粒呈細(xì)化趨勢.成品冷加工率太小或太大,釬焊后的試樣晶粒都較小,為細(xì)小等軸再結(jié)晶組織；而在45%冷加工率時(shí)出現(xiàn)沿軋制方向成粗而長大的晶粒.正是這種粗而長大的晶粒,由于其晶界強(qiáng)度大,阻止了高溫下晶界的滑移,從而獲得了較好的抗下垂性能.

3 結(jié) 論

(1) 研制的超薄汽車水箱翅片用鋁箔具有高強(qiáng)度和較好的抗下垂性能,能滿足使用要求.

(2) 成品冷加工率為45%時(shí),鋁箔的室溫力學(xué)性能能滿足汽車水箱翅片的成型要求.

(3) 成品冷加工率為45%時(shí),鋁箔釬焊后能獲得沿軋制方向粗而長大的晶粒組織;正是這種粗而大的晶粒,其組織晶界強(qiáng)度大,阻止了高溫下晶界的滑移,從而獲得較好的抗下垂性能.

參考文獻(xiàn):

[1] 彭志輝,甘衛(wèi)平.高頻釬焊鋁管用硬釬焊帶材的研制[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,27(4):447-451.

[2] 甘衛(wèi)平,韋家宏.三層復(fù)合鋁合金帶材熱軋復(fù)合包覆率的計(jì)算[J].中國有色金屬學(xué)報(bào),1998,8(2):206-208.

[3] 甘衛(wèi)平,劉正春.鋁熱交換器的Nocolok釬焊[J].汽車工藝與材料,1996(8):13-16.

[4] 彭志輝,王臬.4004鋁合金表面氧化動(dòng)力學(xué)研究[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,29(5):479-481.

[5] Luo C H.Modeling the frictional boundary conditions in a rolling process[J].JournalofMaterials,ProcessingTechnology,1996,59:373-380.

[6] 彭志輝,甘衛(wèi)平.汽車工業(yè)用鋁材的開發(fā)與應(yīng)用[J].汽車材料與工藝,1999(4):1-6.

[7] 彭志輝,甘衛(wèi)平.熱處理工藝對鋁合金復(fù)合硬釬焊板力學(xué)性能的影響[J].金屬熱處理,2000(5):22-24.

[8] 彭志輝.熱傳輸用鋁基合金軋制復(fù)合的技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢[J].上海有色金屬,2010,31(1):35-40.