一種全鋁微通道換熱扁管固溶處理工藝的研究

張仁國，王鵬程，回方順，安星州

(貴州合潤鋁業(yè)新材料科技股份有限公司，貴州貴陽550003)

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一種全鋁微通道換熱扁管固溶處理工藝的研究

張仁國，王鵬程，回方順，安星州

(貴州合潤鋁業(yè)新材料科技股份有限公司，貴州貴陽550003)

摘要：研究了不同固溶處理溫度對一種全鋁微通道換熱扁管組織性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)固溶溫度低于520 ℃時(shí)，固溶溫度較低不利于合金元素的均勻固溶，在晶界處存在大量的第二相；當(dāng)固溶溫度高于550 ℃時(shí)，固溶溫度過高破壞了合金的晶界，造成過燒，嚴(yán)重?fù)p害了合金的力學(xué)性能，拉伸斷口出現(xiàn)冰糖狀形貌，是典型的沿晶脆性斷裂；較合理的固溶溫度為530 ℃-550 ℃，其組織較為均勻，斷口出現(xiàn)大量韌窩，同時(shí)還有少量的撕裂棱,屬塑性斷裂。

關(guān)鍵詞:鋁銅合金熱處理連續(xù)擠壓

0引言

全鋁微通道換熱器作為一種新型高效換熱器正成為目前國內(nèi)外空調(diào)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在同等制冷效率下，全鋁微通道換熱器的能效可以平均提高30%以上，而體積可減少30%以上，材料重量減輕約50%，制冷劑使用量可節(jié)省30%以上，其節(jié)能降耗效果顯而易見。本文研究了一種制造汽車空調(diào)微通道扁管的固溶處理工藝，確定了較合理的固溶溫度。

1實(shí)驗(yàn)方法

1.1原材料制備

本實(shí)驗(yàn)的鋁合金化學(xué)成份見表1。將高溫電解鋁液轉(zhuǎn)運(yùn)至15T保溫爐，按表1配制相應(yīng)的化學(xué)成分后，進(jìn)行爐內(nèi)精煉、爐外過濾以及在線噴吹氮?dú)馓幚砗螅?jīng)過連鑄連軋工藝制成直徑為φ12的鋁桿。鋁桿經(jīng)高溫退火處理后，經(jīng)康豐連續(xù)擠壓機(jī)擠壓成鋁扁管，其幾何尺寸如圖1所示。最后扁管經(jīng)固溶時(shí)效處理后得到成品。

表1　合金化學(xué)成份

圖1　鋁扁管斷面尺寸

1.2固溶處理工藝及表征手段

本實(shí)驗(yàn)的固溶處理溫度分別按520 ℃、530 ℃、540 ℃、550 ℃、560 ℃，固溶時(shí)間均為4 h；后續(xù)時(shí)效處理均按150 ℃，5 h進(jìn)行處理。將處理后的成品在CMT5205萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫單向拉伸力學(xué)性能測試，在OLMPUSPMG3型光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行金相分析，在KYKY2800G型掃描電鏡上進(jìn)行掃描電鏡分析。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1力學(xué)性能

表2為力學(xué)性能測試結(jié)果，可以看出：隨著固溶溫度升高，合金抗拉強(qiáng)度呈先升高后降低的趨勢，在540 ℃時(shí)達(dá)到最大值129 MPa，當(dāng)固溶溫度由550 ℃進(jìn)一步提高到560 ℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度從120 MPa急劇下降到82 MPa。同時(shí)，隨著固溶溫度的升高，塑性呈緩慢下降的趨勢，到560 ℃時(shí)，塑性從17%急劇下降到8%。

表2　力學(xué)性能測試結(jié)果

2.2微觀組織分析

從圖2的光學(xué)組織可以看出：固溶溫度為520℃時(shí)，其晶界有大量的第二相未溶入基體(圖2a)；540℃固溶時(shí)，組織較為均勻，晶界殘留的第二相較少(圖2b)；當(dāng)固溶溫度進(jìn)一步提高到560℃時(shí)，光學(xué)金相表明出現(xiàn)了大量的復(fù)熔球、復(fù)熔三角和復(fù)熔晶界，且晶界變寬，這說明合金出現(xiàn)了明顯的過燒現(xiàn)象(圖2c)[1]。出現(xiàn)上述結(jié)果的原因在于在較低的固溶溫度下(520℃)，其固熔度較小，合金元素?cái)U(kuò)散速度較慢，第二相未完全溶入基體，因此表現(xiàn)出組織不均勻現(xiàn)象，特別在晶界上殘留了大量第二相，使合金強(qiáng)化效果不佳，因此強(qiáng)度較低，塑性較高。當(dāng)固溶溫度過高(560℃)，合金在鑄造成型時(shí)，冷卻速度較快，發(fā)生了不平衡結(jié)晶，會(huì)發(fā)生一定的共晶轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生共晶體，大量的分布在晶界上，隨后在高溫固溶時(shí)，較大的共晶體因未較快地溶入基體而產(chǎn)生復(fù)熔，引起力學(xué)性能大幅降低[2]。

(a)520℃固溶　　　(b)540℃固溶　　　　(c)560℃固溶圖2　光學(xué)組織分析

圖3是拉伸斷口的SEM。從圖3(a)可以看出540℃固溶合金斷口則出現(xiàn)了大量的韌窩，同時(shí)還有少量的撕裂棱，為微孔聚集和準(zhǔn)解理的混合斷裂模式，為塑性斷裂；而從圖3(b)可以看出560 ℃固溶合金的斷口主要為冰糖狀形貌，是典型的沿晶脆性斷裂[3]。

(b)560℃固溶圖3　拉伸斷口掃描電鏡分析

3結(jié)論

本文對比了不同固溶溫度對全鋁微通道換熱扁管的影響，經(jīng)過力學(xué)性能、光學(xué)組織分析和SEM分析得出如下結(jié)論：

1)固溶溫度過低，合金元素?cái)U(kuò)散較慢和合金固溶度較低，不利于合金力學(xué)性能的提高。

2)過高的固溶溫度會(huì)使得合金產(chǎn)生部分復(fù)熔而引起過燒，力學(xué)性能大幅下降。

3)經(jīng)研究，該合金較佳的固溶溫度為530～550℃。

參考文獻(xiàn)

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[3]王利波, 于寶義, 王影, 于海朋.熱處理時(shí)間對鋁銅合金組織和性能的影響[J]. 熱加工工藝, 2006,35(6): 25-36.

中圖分類號：TS912+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-6886(2016)03-0081-03

作者簡介：張仁國(1986-)，學(xué)歷：本科，職位：工程師，主要研究方向：鋁及鋁合金加工工藝。

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