热处理对汽车散热器用铝合金钎焊带材组织和性能的影响

姚 勇，林顺岩，田 士

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 九龙坡 401326）

0 前 言

铝合金复合钎焊带材具有优良的抗腐蚀性能、导电和导热性能，被广泛应用于各种热交换器中，如汽车水箱散热器等。但自上世纪九十年代中期以来，我国主要是依赖进口，国产化率很低，而且产品质量较差。因此，研究开发汽车水箱散热器焊管用铝合金复合钎焊带生产工艺，提高产品质量替代进口，具有很好的经济效益和发展前景[1～5]。

铝合金复合钎焊带一般都是由Al-Mn系芯材（一般为3003铝合金）、Al-Si系钎焊层（一般为4343铝合金）和Al-Zn系水侧层（一般为7072铝合金）构成。钎焊带材的横截面如图1所示。

图1 钎焊带材截面示意图

高温抗下垂性能是衡量钎焊带质量的重要技术指标。一般来说，相对较大的晶粒具有较好的高温抗下垂性能，而热处理工艺对于晶粒组织有很大影响，因此，研究不同的热处理工艺对钎焊带材组织和性能的影响，可为工业生产制定合适的工艺提供参考。

1 试验材料及方法

试验选取由4343铝合金、3003铝合金和7072铝合金热轧复合而成的钎焊带材。钎焊带材三种铝合金成分均符合GB3190化学成分标准，带材厚度约0.38mm，其冷轧变形总加工率约90%。

钎焊带材的加工工艺为：熔铸→均匀化→铣面→加热→一次热轧→剪切→蚀洗包铝→二次热轧（复合）→热精轧→冷轧至预留厚度→中间退火→冷轧至成品厚度→精整→分切→成品检测→包装。

选取3003铝合金铸锭（芯材）未均匀化和520℃均匀化的两种钎焊带材进行对比试验，其它加工工艺相同，研究中间退火对合金组织和性能的影响。

中间退火试验选取不同的退火温度：370℃，375℃，390℃，400℃，410℃，420℃，500℃，520℃，530℃和540℃；不同的退火保温时间：5min、30min、2h和3h。中间退火后对钎焊带材进行显微组织和力学性能检测。

2 试验结果及分析

钎焊带材冷轧后中间退火热处理的目的，一是消除合金材料的变形抗力，增加材料塑性以利于后续加工；二是控制合金的晶粒尺寸和均匀分布，以获得较好的高温抗下垂性能和稳定的力学性能。钎焊带材需经过600℃左右的高温方可进行钎焊，为防止合金钎焊后力学性能大幅下降，保证合金在钎焊后具有一定的强度，必须控制合金的组织形态。相对来说，具有较大的、一定尺寸的晶粒组织，其高温抗下垂性能较好，但并不是单纯让晶粒长大，同时应兼顾合金高频焊接使用性能，防止包覆层合金元素向芯材过量扩散[5]。因此，应根据合金（主要是约占80%的芯材3003铝合金）的特性，选择合理的中间退火工艺控制合金的组织。

2.1 钎焊带中间退火后高倍组织

图2 钎焊带材不同退火温度和保温时间的偏光显微组织

图3 钎焊带材380℃/3h退火和冷轧后的偏光显微组织比较

图2为钎焊带材（合金芯材3003铝合金没有均匀化处理）不同中间退火制度下的偏光组织。图2的结果表明，中间退火温度为370℃时，材料组织仍为明显的纤维组织，未见再结晶。中间退火温度升高至375℃时，已经发生完全再结晶，但晶粒等轴性不强，可能与退火时间较长，晶粒沿原始变形方向优先较大有关。中间退火温度为390～420℃，均保温5min时，组织均已发生完全再结晶，晶粒尺寸较小。中间退火温度为500～540℃、均保温5min时，组织均已发生完全再结晶，晶粒尺寸较390～420℃时明显减小，且晶粒组织较均匀，500～540℃温度范围内晶粒尺寸基本一致，可能与该温度范围内短时退火时弥散化合物固溶及析出程度无大的变动有关。500℃下退火、保温5min和30min时，晶粒尺寸无明显改变，保温3h后，晶粒已经明显长大，且组织均匀性较差。

图3为合金芯材3003铝合金均匀化和非均匀化后的钎焊带材在380℃/3h退火和冷轧后的显微组织比较。图3的结果表明，钎焊带材的芯材3003铝合金铸锭是否均匀化热处理，对合金晶粒形貌有较大的影响，这与均匀化处理改善Mn元素的偏析和促进其弥散析出有关。3003铝合金均匀化热处理后，采用低温长时间再结晶退火，合金晶粒较小，且相对均匀，同高温快速退火处理时晶粒组织基本相当。芯材3003铝合金铸锭均匀化热处理，有利于更好地控制钎焊带材的晶粒组织。

3003铝合金再结晶退火，除与合金元素Mn的偏析有关外，还有不同于其它合金的特性。试验表明，3003铝合金在没有进行均匀化热处理时，合金冷轧加工率在临界变形量以上，采用高温快速加热退火，同常规再结晶退火（较低的再结晶退火温度下）相比，其合金晶粒反而细小。这与再结晶晶粒尺寸随着退火温度升高而增大的传统再结晶规律相反。其机理有两种解释：一是第二相的析出抑制再结晶理论，二是颗粒促进形核理论（PSN）。前一种理论认为，高温退火时再结晶发生在含Mn粒子析出之前，再结晶抑制析出，因此可获得较为细小、均匀的再结晶晶粒；后一种理论认为，高温退火时形成了更多的再结晶核心，从而得到了更细小的再结晶晶粒[6、7]。

2.2 中间退火和冷轧后力学性能

表1示出了钎焊带材380℃/3h退火时和冷轧后的力学性能比较。

表1 钎焊带材380℃/3h退火时和冷轧后力学性能比较

表1的结果表明，钎焊带芯材3003铝合金铸锭均匀化热处理对合金带材的力学性能有一定的影响。在相同的加工工艺条件下，均匀化退火处理后合金带材的屈强比更高（H14状态），再结晶退火后的塑性更好。结合图3的试验结果，可以认为，对钎焊带芯材3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，更有利于控制合金的组织和力学性能的稳定性。

3 结 论

（1）钎焊带材冷轧变形量约90%时，再结晶开始温度为375℃。

（2）在钎焊带芯材3003铝合金铸锭没有均匀化处理时，采用低温再结晶退火处理后，合金的晶粒较大且大小不一；高温快速退火处理后，其合金晶粒相对细小、均匀。

（3）热轧复合前对钎焊带芯材3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，可获得均匀的合金组织和稳定的力学性能。

[1]黄光杰，段成银.加工工艺对钎焊箔材抗下垂性能的影响[J].材料导报，2007, 21(5A):414-415

[2]甘卫平，韦家弘，肖亚庆，等.三层复合铝合金带材热轧复合包覆率的计算[J].中国有色金属学报，1998,8（2）：206-208

[3]彭志辉，甘卫平，罗春辉.高频钎焊铝管用硬钎焊带的研制[J].中南工业大学学报，1996，27(4)：447-451

[4]彭志辉，罗春辉，甘卫平.加工工艺对汽车热交换器复合铝合金钎焊带抗下垂性能的影响[J].中南矿冶学院学报，1994，25(3):333-337

[5]彭志辉，甘卫平，庞欣，等.热处理工艺对铝合金复合硬钎焊板力学性能的影响[J].金属热处理，2000,5:22-24

[6]张新明，吴文祥，蹇雄，等.退火过程中AA3003铝合金的析出行为[J].中国有色金属学报，2005，15(5):675-679

[7]刘建文，涂益友，孙玉琴.析出相对3003铝箔再结晶组织的影响[J].材料导报，2009，29（11）:1067-1069