热轧4343/3003/7072铝合金钎焊板的组织与性能

2015-09-19谢建雄周沛朱科杰谢红聚李滔王顺成

有色金属加工 2015年2期

谢建雄，周沛，朱科杰，谢红聚，李滔，王顺成

(1.广东星湖新材料有限公司，广东肇庆526070;2.广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)，广东广州510650)

铝合金钎焊板是一种高附加值的层状金属复合材料，具有重量轻、耐腐蚀、钎焊性好、热导性好等优点，被广泛应用于汽车、电子电器、化工、柴油机械等领域制造热交换器，如水箱散热器、蒸发器、空调冷凝器、暖风机、电器元件散热器等［1－2］。热轧复合是目前生产铝合金钎焊板的主要方法［3－4］，该方法将两种或多种异类金属板坯互相叠轧，通过大轧制变形量产生的剧烈塑性变形作用和高温热效应，使两种或多种异类金属板坯产生冶金结合，获得铝合金钎焊板［5－8］。4343/3003/7072 是一种新型的铝合金钎焊板，与传统的4343/3003/4343、4045/3003/4045等铝合金钎焊板相比，4343/3003/7072铝合金钎焊板具有更好的耐腐蚀性能和钎焊性能。本文采用热轧复合工艺生产4343/3003/7072铝合金钎焊板，研究了铝合金钎焊板的包覆率、显微组织和力学性能。

1 实验材料与方法

热轧复合4343/3003/7072铝合金钎焊板用材料为3003、4343和7072铝合金扁锭，扁锭外形尺寸为480 mm ×1350 mm ×5500 mm，经 SPECTORMAXx直读光谱议测定，3003、4343和7072铝合金扁锭的化学成分如表1所示。

4343/3003/7072铝合金钎焊板的热轧复合生产工艺如下:

表1 铝合金扁锭的化学成分(质量分数，%)Tab.1 Chemical composition of aluminum alloy ingot

(1)对包覆层4343和7072铝合金扁锭铣面，去除表面的冷隔层和氧化皮，然后置于加热炉中加热至520℃并保温3h后，热轧至45mm，剪切成45mm×1280mm×5300mm规格的包覆层铝合金，冷却待用;

(2)将芯材3003铝合金扁锭置于加热炉中加热至600℃并保温6h进行均匀化热处理，冷却后铣面待用;

(3)将制备好的包覆层和芯材铝合金锭进行清洗擦拭，去除表面的异物和油污，然后以三明治的方式叠放，并用钢带捆紧，形成 480mm×1350mm×5500mm的三明治“复合锭”;

(4)将复合配对后的“复合锭”置于加热炉中加热至520℃，保温3h后，热轧至7.0mm;

(5)将7.0mm的热轧复合板坯进行冷轧、拉矫、切边、410℃ ×2h退火，最终得到厚度为1.5mm的4343/3003/7072铝合金钎焊板。

对4343/3003/7072铝合金钎焊板取金相试样，试样经磨制、抛光和腐蚀后，在LEICA-DMI3000M金相显微镜上进行显微组织观察，测量铝合金钎焊板包覆层的厚度，并计算包覆率，即单面包覆层厚度占铝合金钎焊板总厚度的百分比(包覆率 =A/B×100%)［9］，如图1所示。在铝合金钎焊板上沿轧制方向取样并加工成标准矩形拉伸试样，如图2所示，在DNS200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速度为2 mm/min，检测铝合金钎焊板的抗拉强度和伸长率，在JEOL JXA-733型场发射扫描电镜上对拉伸试样断口形貌进行观察。

图1 铝合金钎焊板包覆率计算示意图Fig.1 Schematic illustration of cladding rate calculation of aluminum alloy brazing sheet

图2 拉伸试样形貌及尺寸Fig.2 Tensile test sample size

2 实验结果与分析

2.1 铝合金钎焊板的包覆率

图3为4343/3003/7072铝合金钎焊板的宏观组织。铝合金钎焊板的基体金属为3003铝合金，包覆层分别为4343铝合金和7072铝合金。从图3可见，铝合金钎焊板的复合界面平整，包覆层厚度均匀，表明铝合金钎焊板的复合质量良好。铝合金钎焊板的总厚度为1.5 mm，其中4343铝合金和7072铝合金的包覆厚度分别为0.135 mm和0.122 mm，对应的包覆率分别为9.0%和8.1%。

图3 4343/3003/7072铝合金钎焊板的宏观组织Fig.3 Macrostructure of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet

2.2 铝合金钎焊板的显微组织

图4为4343/3003/7072铝合金钎焊板的显微组织。从图4可见，铝合金钎焊板中4343/3003、3003/7072的复合界面清晰，界面结合良好，没有裂纹、夹渣、孔洞等缺陷。

图4 4343/3003/7072铝合金钎焊板的显微组织Fig.4 Microstructure of 4343/3003/7072 aluminum alloy brazing sheet

热轧复合前，对基体3003铝合金和包覆层4343铝合金、7072铝合金扁锭都进行了均匀化处理和表面预处理。均匀化处理可以缓解铸造应力，改善铸造组织，减轻铸锭内部成分偏析，并降低变形抗力。表面预处理清除了铸锭表面的氧化层、裂纹、疏松等缺陷，形成了良好的平直金属界面，有利于热轧复合时基体金属和包覆层金属形成紧密的物理接触，便于原子扩散，实现冶金复合。

对基体和包覆层铝合金扁锭进行预热，提高双金属接触界面处原子的能量。热轧首道次，采取了较大的压下量，基体金属和包覆层金属表层破裂，新鲜金属露出并接触，形成双金属间物理接触。接触界面处的原子依靠剧烈塑性变形，在接触面上逐渐接近，直至形成紧密的物理接触。随着双金属原子距离减小和轧制变形热效应加剧，金属原子间足以产生弱化学作用。弱化学作用越来越强，激活双金属接触表面原子相互作用并形成较强的化学键，实现双金属间的初步冶金结合。随着热轧复合工艺的进行，基体和包覆层金属进入冶金复合阶段。新鲜金属原子在大压力和高温下稳定扩散，在基体和包覆层金属接触界面处形成元素扩散层。随着原子稳定均匀扩散和元素扩散层厚度加厚，复合界面强度逐渐提高。最终，热轧钎焊板达到等强复合状态，形成具有良好冶金复合界面特征的铝合金钎焊板。通过后续的中间退火和冷轧工艺，形成尺寸精确、表面质量良好，界面冶金结合良好的铝合金钎焊板。

2.3 铝合金钎焊板的力学性能

4343/3003/7072铝合金钎焊板的抗拉强度为118.62 MPa，屈服强度为 56.21 MPa，伸长率为32.48%。图5为铝合金钎焊板的拉伸试样断口形貌。经扫描电镜能谱分析，图5中左侧为7072铝合金包覆层，中部为3003铝合金基体，右侧为4343铝合金包覆层，从图5可见，基体3003铝合金断裂方式为韧性断裂，韧窝特征明显，而包覆层4343和7072铝合金断裂方式主要为脆性断裂。