一种全铝微通道换热扁管固溶处理工艺的研究

张仁国，王鹏程，回方顺，安星州

(贵州合润铝业新材料科技股份有限公司，贵州贵阳550003)



一种全铝微通道换热扁管固溶处理工艺的研究

张仁国，王鹏程，回方顺，安星州

(贵州合润铝业新材料科技股份有限公司，贵州贵阳550003)

摘要：研究了不同固溶处理温度对一种全铝微通道换热扁管组织性能的影响。结果表明：当固溶温度低于520 ℃时，固溶温度较低不利于合金元素的均匀固溶，在晶界处存在大量的第二相；当固溶温度高于550 ℃时，固溶温度过高破坏了合金的晶界，造成过烧，严重损害了合金的力学性能，拉伸断口出现冰糖状形貌，是典型的沿晶脆性断裂；较合理的固溶温度为530 ℃-550 ℃，其组织较为均匀，断口出现大量韧窝，同时还有少量的撕裂棱,属塑性断裂。

关键词:铝铜合金热处理连续挤压

0引言

全铝微通道换热器作为一种新型高效换热器正成为目前国内外空调领域研究的重点之一。相关实验数据表明：在同等制冷效率下，全铝微通道换热器的能效可以平均提高30%以上，而体积可减少30%以上，材料重量减轻约50%，制冷剂使用量可节省30%以上，其节能降耗效果显而易见。本文研究了一种制造汽车空调微通道扁管的固溶处理工艺，确定了较合理的固溶温度。

1实验方法

1.1原材料制备

本实验的铝合金化学成份见表1。将高温电解铝液转运至15T保温炉，按表1配制相应的化学成分后，进行炉内精炼、炉外过滤以及在线喷吹氮气处理后，经过连铸连轧工艺制成直径为φ12的铝杆。铝杆经高温退火处理后，经康丰连续挤压机挤压成铝扁管，其几何尺寸如图1所示。最后扁管经固溶时效处理后得到成品。

表1　合金化学成份

图1　铝扁管断面尺寸

1.2固溶处理工艺及表征手段

本实验的固溶处理温度分别按520 ℃、530 ℃、540 ℃、550 ℃、560 ℃，固溶时间均为4 h；后续时效处理均按150 ℃，5 h进行处理。将处理后的成品在CMT5205万能试验机上进行室温单向拉伸力学性能测试，在OLMPUSPMG3型光学显微镜上进行金相分析，在KYKY2800G型扫描电镜上进行扫描电镜分析。

2实验结果与分析

2.1力学性能

表2为力学性能测试结果，可以看出：随着固溶温度升高，合金抗拉强度呈先升高后降低的趋势，在540 ℃时达到最大值129 MPa，当固溶温度由550 ℃进一步提高到560 ℃时，抗拉强度从120 MPa急剧下降到82 MPa。同时，随着固溶温度的升高，塑性呈缓慢下降的趋势，到560 ℃时，塑性从17%急剧下降到8%。

表2　力学性能测试结果

2.2微观组织分析

从图2的光学组织可以看出：固溶温度为520℃时，其晶界有大量的第二相未溶入基体(图2a)；540℃固溶时，组织较为均匀，晶界残留的第二相较少(图2b)；当固溶温度进一步提高到560℃时，光学金相表明出现了大量的复熔球、复熔三角和复熔晶界，且晶界变宽，这说明合金出现了明显的过烧现象(图2c)[1]。出现上述结果的原因在于在较低的固溶温度下(520℃)，其固熔度较小，合金元素扩散速度较慢，第二相未完全溶入基体，因此表现出组织不均匀现象，特别在晶界上残留了大量第二相，使合金强化效果不佳，因此强度较低，塑性较高。当固溶温度过高(560℃)，合金在铸造成型时，冷却速度较快，发生了不平衡结晶，会发生一定的共晶转变，产生共晶体，大量的分布在晶界上，随后在高温固溶时，较大的共晶体因未较快地溶入基体而产生复熔，引起力学性能大幅降低[2]。

(a)520℃固溶　　　(b)540℃固溶　　　　(c)560℃固溶图2　光学组织分析

图3是拉伸断口的SEM。从图3(a)可以看出540℃固溶合金断口则出现了大量的韧窝，同时还有少量的撕裂棱，为微孔聚集和准解理的混合断裂模式，为塑性断裂；而从图3(b)可以看出560 ℃固溶合金的断口主要为冰糖状形貌，是典型的沿晶脆性断裂[3]。

(b)560℃固溶图3　拉伸断口扫描电镜分析

3结论

本文对比了不同固溶温度对全铝微通道换热扁管的影响，经过力学性能、光学组织分析和SEM分析得出如下结论：

1)固溶温度过低，合金元素扩散较慢和合金固溶度较低，不利于合金力学性能的提高。

2)过高的固溶温度会使得合金产生部分复熔而引起过烧，力学性能大幅下降。

3)经研究，该合金较佳的固溶温度为530～550℃。

参考文献

[1]高强.最新有色金属金相图谱大全[M]. 北京: 中国冶金工业出版,2005.

[2]全国铸造标准化技术委员会.铸造铝合金金相—铸造铝硅合金过烧:JB/T 7946.2—1999[S].国家机械行业标准,2000.

[3]王利波, 于宝义, 王影, 于海朋.热处理时间对铝铜合金组织和性能的影响[J]. 热加工工艺, 2006,35(6): 25-36.

中图分类号：TS912+.3

文献标识码：A

文章编号：1002-6886(2016)03-0081-03

作者简介：张仁国(1986-)，学历：本科，职位：工程师，主要研究方向：铝及铝合金加工工艺。

收稿日期：2015-10-27

The solid solution treatment technique of a full aluminum microchannel heat-exchanging flat tube

ZHANG Renguo, WANG Pengcheng, HUI Fangshun, AN Xingzhou

Abstract:We studied the influence of different solid solution treatment temperatures on the structural property of a full aluminum microchannel heat-exchanging flat tube. The results showed that, when the solid solution temperature was below 520 ℃, the alloy elements could not form homogeneous solid solution, and a large amount of elements would be in second phase on the grain boundary; when the solid solution temperature was over 550 ℃, the grain boundary would be destroyed, the mechanical property of the alloy damaged, and the fracture appeared rock candy like, which was typical brittle fracture. Therefore, the ideal solid solution temperature was 530 ℃-550 ℃, when the solution was homogeneous with many dimple fractures and some tearing edges, which was typical ductile fracture.

Keywords:Al-Cu alloy; heat treatment; continuous extrusion