謝建雄,周沛,朱科杰,謝紅聚,李滔,王順成
(1.廣東星湖新材料有限公司,廣東肇慶526070;2.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院),廣東廣州510650)
鋁合金釬焊板是一種高附加值的層狀金屬復(fù)合材料,具有重量輕、耐腐蝕、釬焊性好、熱導(dǎo)性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、化工、柴油機(jī)械等領(lǐng)域制造熱交換器,如水箱散熱器、蒸發(fā)器、空調(diào)冷凝器、暖風(fēng)機(jī)、電器元件散熱器等[1-2]。熱軋復(fù)合是目前生產(chǎn)鋁合金釬焊板的主要方法[3-4],該方法將兩種或多種異類金屬板坯互相疊軋,通過大軋制變形量產(chǎn)生的劇烈塑性變形作用和高溫?zé)嵝?yīng),使兩種或多種異類金屬板坯產(chǎn)生冶金結(jié)合,獲得鋁合金釬焊板[5-8]。4343/3003/7072 是一種新型的鋁合金釬焊板,與傳統(tǒng)的4343/3003/4343、4045/3003/4045等鋁合金釬焊板相比,4343/3003/7072鋁合金釬焊板具有更好的耐腐蝕性能和釬焊性能。本文采用熱軋復(fù)合工藝生產(chǎn)4343/3003/7072鋁合金釬焊板,研究了鋁合金釬焊板的包覆率、顯微組織和力學(xué)性能。
熱軋復(fù)合4343/3003/7072鋁合金釬焊板用材料為3003、4343和7072鋁合金扁錠,扁錠外形尺寸為480 mm ×1350 mm ×5500 mm,經(jīng) SPECTORMAXx直讀光譜議測定,3003、4343和7072鋁合金扁錠的化學(xué)成分如表1所示。
4343/3003/7072鋁合金釬焊板的熱軋復(fù)合生產(chǎn)工藝如下:
表1 鋁合金扁錠的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)Tab.1 Chemical composition of aluminum alloy ingot
(1)對包覆層4343和7072鋁合金扁錠銑面,去除表面的冷隔層和氧化皮,然后置于加熱爐中加熱至520℃并保溫3h后,熱軋至45mm,剪切成45mm×1280mm×5300mm規(guī)格的包覆層鋁合金,冷卻待用;
(2)將芯材3003鋁合金扁錠置于加熱爐中加熱至600℃并保溫6h進(jìn)行均勻化熱處理,冷卻后銑面待用;
(3)將制備好的包覆層和芯材鋁合金錠進(jìn)行清洗擦拭,去除表面的異物和油污,然后以三明治的方式疊放,并用鋼帶捆緊,形成 480mm×1350mm×5500mm的三明治“復(fù)合錠”;
(4)將復(fù)合配對后的“復(fù)合錠”置于加熱爐中加熱至520℃,保溫3h后,熱軋至7.0mm;
(5)將7.0mm的熱軋復(fù)合板坯進(jìn)行冷軋、拉矯、切邊、410℃ ×2h退火,最終得到厚度為1.5mm的4343/3003/7072鋁合金釬焊板。
對4343/3003/7072鋁合金釬焊板取金相試樣,試樣經(jīng)磨制、拋光和腐蝕后,在LEICA-DMI3000M金相顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察,測量鋁合金釬焊板包覆層的厚度,并計(jì)算包覆率,即單面包覆層厚度占鋁合金釬焊板總厚度的百分比(包覆率 =A/B×100%)[9],如圖1所示。在鋁合金釬焊板上沿軋制方向取樣并加工成標(biāo)準(zhǔn)矩形拉伸試樣,如圖2所示,在DNS200型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸,拉伸速度為2 mm/min,檢測鋁合金釬焊板的抗拉強(qiáng)度和伸長率,在JEOL JXA-733型場發(fā)射掃描電鏡上對拉伸試樣斷口形貌進(jìn)行觀察。
圖1 鋁合金釬焊板包覆率計(jì)算示意圖Fig.1 Schematic illustration of cladding rate calculation of aluminum alloy brazing sheet
圖2 拉伸試樣形貌及尺寸Fig.2 Tensile test sample size
圖3為4343/3003/7072鋁合金釬焊板的宏觀組織。鋁合金釬焊板的基體金屬為3003鋁合金,包覆層分別為4343鋁合金和7072鋁合金。從圖3可見,鋁合金釬焊板的復(fù)合界面平整,包覆層厚度均勻,表明鋁合金釬焊板的復(fù)合質(zhì)量良好。鋁合金釬焊板的總厚度為1.5 mm,其中4343鋁合金和7072鋁合金的包覆厚度分別為0.135 mm和0.122 mm,對應(yīng)的包覆率分別為9.0%和8.1%。
圖3 4343/3003/7072鋁合金釬焊板的宏觀組織Fig.3 Macrostructure of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet
圖4為4343/3003/7072鋁合金釬焊板的顯微組織。從圖4可見,鋁合金釬焊板中4343/3003、3003/7072的復(fù)合界面清晰,界面結(jié)合良好,沒有裂紋、夾渣、孔洞等缺陷。
圖4 4343/3003/7072鋁合金釬焊板的顯微組織Fig.4 Microstructure of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet
熱軋復(fù)合前,對基體3003鋁合金和包覆層4343鋁合金、7072鋁合金扁錠都進(jìn)行了均勻化處理和表面預(yù)處理。均勻化處理可以緩解鑄造應(yīng)力,改善鑄造組織,減輕鑄錠內(nèi)部成分偏析,并降低變形抗力。表面預(yù)處理清除了鑄錠表面的氧化層、裂紋、疏松等缺陷,形成了良好的平直金屬界面,有利于熱軋復(fù)合時(shí)基體金屬和包覆層金屬形成緊密的物理接觸,便于原子擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)冶金復(fù)合。
對基體和包覆層鋁合金扁錠進(jìn)行預(yù)熱,提高雙金屬接觸界面處原子的能量。熱軋首道次,采取了較大的壓下量,基體金屬和包覆層金屬表層破裂,新鮮金屬露出并接觸,形成雙金屬間物理接觸。接觸界面處的原子依靠劇烈塑性變形,在接觸面上逐漸接近,直至形成緊密的物理接觸。隨著雙金屬原子距離減小和軋制變形熱效應(yīng)加劇,金屬原子間足以產(chǎn)生弱化學(xué)作用。弱化學(xué)作用越來越強(qiáng),激活雙金屬接觸表面原子相互作用并形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵,實(shí)現(xiàn)雙金屬間的初步冶金結(jié)合。隨著熱軋復(fù)合工藝的進(jìn)行,基體和包覆層金屬進(jìn)入冶金復(fù)合階段。新鮮金屬原子在大壓力和高溫下穩(wěn)定擴(kuò)散,在基體和包覆層金屬接觸界面處形成元素?cái)U(kuò)散層。隨著原子穩(wěn)定均勻擴(kuò)散和元素?cái)U(kuò)散層厚度加厚,復(fù)合界面強(qiáng)度逐漸提高。最終,熱軋釬焊板達(dá)到等強(qiáng)復(fù)合狀態(tài),形成具有良好冶金復(fù)合界面特征的鋁合金釬焊板。通過后續(xù)的中間退火和冷軋工藝,形成尺寸精確、表面質(zhì)量良好,界面冶金結(jié)合良好的鋁合金釬焊板。
4343/3003/7072鋁合金釬焊板的抗拉強(qiáng)度為118.62 MPa,屈服強(qiáng)度為 56.21 MPa,伸長率為32.48%。圖5為鋁合金釬焊板的拉伸試樣斷口形貌。經(jīng)掃描電鏡能譜分析,圖5中左側(cè)為7072鋁合金包覆層,中部為3003鋁合金基體,右側(cè)為4343鋁合金包覆層,從圖5可見,基體3003鋁合金斷裂方式為韌性斷裂,韌窩特征明顯,而包覆層4343和7072鋁合金斷裂方式主要為脆性斷裂。
圖5 4343/3003/7072鋁合金釬焊板拉伸斷口形貌Fig.5 Tensile fracture morphology of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet
(1)4343/3003/7072鋁合金釬焊板的復(fù)合界面平整,界面結(jié)合良好,包覆層厚度均勻,其中4343和7072鋁合金的包覆率分別為9.0%和8.1%;
(2)4343/3003/7072鋁合金釬焊板的抗拉強(qiáng)度為118.62 MPa,屈 服 強(qiáng) 度 為 56.21MPa,伸 長 率為32.48%。
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