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 材料科學與工程學院,湖南 長沙 410083;2.銀邦金屬復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合層的翅片與帶復合層的高頻焊管,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量.研究表明,翅片鋁箔的室溫力學性能與焊后晶粒尺寸影響翅片高溫抗下垂性能[1-10].本文在合理的化學成分與熱處理工藝的基礎上,研究了不同冷加工率翅片鋁箔對釬焊性能的影響.

1 試驗方法

1.1 試驗鋁箔合金的化學成分及制備工藝

試驗鋁箔合金的成分見表1.試驗用鋁合金材料的制備工藝如圖1所示.

1.2 試驗方法

為獲得材料的超薄、高強和抗下垂等性能,選擇不同的厚度進行中間退火,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 鋁箔合金的化學成分Tab.1 Alloy composition (質量分數(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電子萬能試驗機測試其室溫力學性能;將試樣置于如圖2所示的抗下垂試驗裝置上,在馬弗爐內升溫至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 抗下垂試驗裝置Fig.2 The test device of sag resistance

2 結果與討論

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,合金的室溫抗拉強度提高.由于翅片的成型都是采用高速翅片成型機加工,所以,過低或過高的室溫抗拉強度都不利于翅片波高或波距的調整.翅片鋁箔的室溫抗拉強度一般控制在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 不同冷加工率試驗材料的室溫力學性能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結果，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;當成品冷加工率達到45%時,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；對晶粒尺寸測量結果，如圖6所示.

圖4 抗下垂的試驗結果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%時出現(xiàn)最大峰值;而后,隨冷加工率的增加,晶粒呈細化趨勢.成品冷加工率太小或太大,釬焊后的試樣晶粒都較小,為細小等軸再結晶組織；而在45%冷加工率時出現(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 論

(1) 研制的超薄汽車水箱翅片用鋁箔具有高強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,鋁箔的室溫力學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,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.

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