熱處理對汽車散熱器用鋁合金釬焊帶材組織和性能的影響

姚 勇，林順巖，田 士

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

0 前 言

鋁合金復合釬焊帶材具有優良的抗腐蝕性能、導電和導熱性能，被廣泛應用于各種熱交換器中，如汽車水箱散熱器等。但自上世紀九十年代中期以來，我國主要是依賴進口，國產化率很低，而且產品質量較差。因此，研究開發汽車水箱散熱器焊管用鋁合金復合釬焊帶生產工藝，提高產品質量替代進口，具有很好的經濟效益和發展前景[1～5]。

鋁合金復合釬焊帶一般都是由Al-Mn系芯材（一般為3003鋁合金）、Al-Si系釬焊層（一般為4343鋁合金）和Al-Zn系水側層（一般為7072鋁合金）構成。釬焊帶材的橫截面如圖1所示。

圖1 釬焊帶材截面示意圖

高溫抗下垂性能是衡量釬焊帶質量的重要技術指標。一般來說，相對較大的晶粒具有較好的高溫抗下垂性能，而熱處理工藝對于晶粒組織有很大影響，因此，研究不同的熱處理工藝對釬焊帶材組織和性能的影響，可為工業生產制定合適的工藝提供參考。

1 試驗材料及方法

試驗選取由4343鋁合金、3003鋁合金和7072鋁合金熱軋復合而成的釬焊帶材。釬焊帶材三種鋁合金成分均符合GB3190化學成分標準，帶材厚度約0.38mm，其冷軋變形總加工率約90%。

釬焊帶材的加工工藝為：熔鑄→均勻化→銑面→加熱→一次熱軋→剪切→蝕洗包鋁→二次熱軋（復合）→熱精軋→冷軋至預留厚度→中間退火→冷軋至成品厚度→精整→分切→成品檢測→包裝。

選取3003鋁合金鑄錠（芯材）未均勻化和520℃均勻化的兩種釬焊帶材進行對比試驗，其它加工工藝相同，研究中間退火對合金組織和性能的影響。

中間退火試驗選取不同的退火溫度：370℃，375℃，390℃，400℃，410℃，420℃，500℃，520℃，530℃和540℃；不同的退火保溫時間：5min、30min、2h和3h。中間退火后對釬焊帶材進行顯微組織和力學性能檢測。

2 試驗結果及分析

釬焊帶材冷軋后中間退火熱處理的目的，一是消除合金材料的變形抗力，增加材料塑性以利于后續加工；二是控制合金的晶粒尺寸和均勻分布，以獲得較好的高溫抗下垂性能和穩定的力學性能。釬焊帶材需經過600℃左右的高溫方可進行釬焊，為防止合金釬焊后力學性能大幅下降，保證合金在釬焊后具有一定的強度，必須控制合金的組織形態。相對來說，具有較大的、一定尺寸的晶粒組織，其高溫抗下垂性能較好，但并不是單純讓晶粒長大，同時應兼顧合金高頻焊接使用性能，防止包覆層合金元素向芯材過量擴散[5]。因此，應根據合金（主要是約占80%的芯材3003鋁合金）的特性，選擇合理的中間退火工藝控制合金的組織。

2.1 釬焊帶中間退火后高倍組織

圖2 釬焊帶材不同退火溫度和保溫時間的偏光顯微組織

圖3 釬焊帶材380℃/3h退火和冷軋后的偏光顯微組織比較

圖2為釬焊帶材（合金芯材3003鋁合金沒有均勻化處理）不同中間退火制度下的偏光組織。圖2的結果表明，中間退火溫度為370℃時，材料組織仍為明顯的纖維組織，未見再結晶。中間退火溫度升高至375℃時，已經發生完全再結晶，但晶粒等軸性不強，可能與退火時間較長，晶粒沿原始變形方向優先較大有關。中間退火溫度為390～420℃，均保溫5min時，組織均已發生完全再結晶，晶粒尺寸較小。中間退火溫度為500～540℃、均保溫5min時，組織均已發生完全再結晶，晶粒尺寸較390～420℃時明顯減小，且晶粒組織較均勻，500～540℃溫度范圍內晶粒尺寸基本一致，可能與該溫度范圍內短時退火時彌散化合物固溶及析出程度無大的變動有關。500℃下退火、保溫5min和30min時，晶粒尺寸無明顯改變，保溫3h后，晶粒已經明顯長大，且組織均勻性較差。

圖3為合金芯材3003鋁合金均勻化和非均勻化后的釬焊帶材在380℃/3h退火和冷軋后的顯微組織比較。圖3的結果表明，釬焊帶材的芯材3003鋁合金鑄錠是否均勻化熱處理，對合金晶粒形貌有較大的影響，這與均勻化處理改善Mn元素的偏析和促進其彌散析出有關。3003鋁合金均勻化熱處理后，采用低溫長時間再結晶退火，合金晶粒較小，且相對均勻，同高溫快速退火處理時晶粒組織基本相當。芯材3003鋁合金鑄錠均勻化熱處理，有利于更好地控制釬焊帶材的晶粒組織。

3003鋁合金再結晶退火，除與合金元素Mn的偏析有關外，還有不同于其它合金的特性。試驗表明，3003鋁合金在沒有進行均勻化熱處理時，合金冷軋加工率在臨界變形量以上，采用高溫快速加熱退火，同常規再結晶退火（較低的再結晶退火溫度下）相比，其合金晶粒反而細小。這與再結晶晶粒尺寸隨著退火溫度升高而增大的傳統再結晶規律相反。其機理有兩種解釋：一是第二相的析出抑制再結晶理論，二是顆粒促進形核理論（PSN）。前一種理論認為，高溫退火時再結晶發生在含Mn粒子析出之前，再結晶抑制析出，因此可獲得較為細小、均勻的再結晶晶粒；后一種理論認為，高溫退火時形成了更多的再結晶核心，從而得到了更細小的再結晶晶粒[6、7]。

2.2 中間退火和冷軋后力學性能

表1示出了釬焊帶材380℃/3h退火時和冷軋后的力學性能比較。

表1 釬焊帶材380℃/3h退火時和冷軋后力學性能比較

表1的結果表明，釬焊帶芯材3003鋁合金鑄錠均勻化熱處理對合金帶材的力學性能有一定的影響。在相同的加工工藝條件下，均勻化退火處理后合金帶材的屈強比更高（H14狀態），再結晶退火后的塑性更好。結合圖3的試驗結果，可以認為，對釬焊帶芯材3003鋁合金鑄錠進行均勻化熱處理，更有利于控制合金的組織和力學性能的穩定性。

3 結 論

（1）釬焊帶材冷軋變形量約90%時，再結晶開始溫度為375℃。

（2）在釬焊帶芯材3003鋁合金鑄錠沒有均勻化處理時，采用低溫再結晶退火處理后，合金的晶粒較大且大小不一；高溫快速退火處理后，其合金晶粒相對細小、均勻。

（3）熱軋復合前對釬焊帶芯材3003鋁合金鑄錠進行均勻化熱處理，可獲得均勻的合金組織和穩定的力學性能。

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[3]彭志輝，甘衛平，羅春輝.高頻釬焊鋁管用硬釬焊帶的研制[J].中南工業大學學報，1996，27(4)：447-451

[4]彭志輝，羅春輝，甘衛平.加工工藝對汽車熱交換器復合鋁合金釬焊帶抗下垂性能的影響[J].中南礦冶學院學報，1994，25(3):333-337

[5]彭志輝，甘衛平，龐欣，等.熱處理工藝對鋁合金復合硬釬焊板力學性能的影響[J].金屬熱處理，2000,5:22-24

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[7]劉建文，涂益友，孫玉琴.析出相對3003鋁箔再結晶組織的影響[J].材料導報，2009，29（11）:1067-1069