ES2779052T3 - Starting material for high strength aluminum alloy fin for heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Un material de partida para aleta de aleación de aluminio que comprende 0,9-1,3 % en peso de Si, 0,45-0,75 % en peso de Fe, 0,10-0,3 % en peso de Cu, 1,3-1,7 % en peso de Mn y 1,30-2,2 % en peso de Zn, con el resto como Al, en donde opcionalmente Cr y/o Zr están presentes en el material de partida para aleta de aleación de aluminio en una cantidad de hasta 0,03 % en peso cada uno, y en donde opcionalmente además el material de partida para aleta de aleación de aluminio contiene otros elementos minoritarios en una cantidad inferior a 0,05 % en peso.A starting material for aluminum alloy fin comprising 0.9-1.3% by weight of Si, 0.45-0.75% by weight of Fe, 0.10-0.3% by weight of Cu , 1.3-1.7% by weight of Mn and 1.30-2.2% by weight of Zn, with the balance being Al, where optionally Cr and / or Zr are present in the starting material for fin of aluminum alloy in an amount of up to 0.03% by weight each, and wherein optionally in addition the starting material for aluminum alloy fin contains other minor elements in an amount of less than 0.05% by weight.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Material de partida para aleta de aleación de aluminio de alta resistencia para intercambiador de calorStarting material for high strength aluminum alloy fin for heat exchanger
Campo de la invenciónField of the invention
La presente invención se refiere a los campos de la ciencia de materiales, química de materiales, metalurgia, aleaciones de aluminio, fabricación de aluminio y campos relacionados. La presente invención proporciona nuevas aleaciones de aluminio para su uso en la producción de aletas de intercambiador de calor, que se emplean, a su vez, en diversos dispositivos intercambiadores de calor, por ejemplo, radiadores de vehículos a motor, condensadores, evaporadores y dispositivos relacionados.The present invention relates to the fields of materials science, materials chemistry, metallurgy, aluminum alloys, aluminum fabrication, and related fields. The present invention provides new aluminum alloys for use in the production of heat exchanger fins, which are in turn used in various heat exchange devices, for example, motor vehicle radiators, condensers, evaporators and devices. related.
AntecedentesBackground
Existe la necesidad de un material de partida para aleta de aluminio de alta resistencia, para su uso en diversas aplicaciones de intercambiadores de calor, incluyendo radiadores para automóviles. También existe la necesidad de obtener un material de partida para aleta de aleación de aluminio con excelentes propiedades mecánicas previas a la soldadura, buen comportamiento durante la soldadura, es decir, mayor resistencia al pandeo del material soldado y reducción de la erosión de las aletas, así como buenas características de resistencia y conductividad posteriores a la soldadura, para su uso en aplicaciones de intercambiadores de calor de alto rendimiento.There is a need for a high strength aluminum fin starting material for use in various heat exchanger applications, including automotive radiators. There is also a need to obtain a starting material for aluminum alloy fin with excellent mechanical properties prior to welding, good behavior during welding, that is, greater resistance to buckling of the welded material and reduced erosion of the fins, as well as good post-weld conductivity and resistance characteristics for use in high performance heat exchanger applications.
El documento JP 2002-161324 A está dirigido a un material de aleta de aleación de aluminio para un intercambiador de calor, en donde el material de aleta de aleación de aluminio comprende de 1,0 % a 2,0 % de Mn, de 0,5 a 1,3 % de Si, de 0,1 a 0,8% de Fe, de 0,21 a 0,5% de Cu, de 1,1 a 5% de Zn, una relación de componentes de Mn:Si (%Mn/%Si) es de 1,0 a 3,5, una relación de componentes de Zn:Cu (%Zn/%Cu) que es de 5 a 15, además uno o dos tipos de 0,05 a 0,3 % de Zr o de 0,05 a 0,3 % de Cr, siendo el resto Al con impurezas inevitables y una resistencia a la tracción de 160 a 270 MPa.JP 2002-161324 A is directed to an aluminum alloy fin material for a heat exchanger, wherein the aluminum alloy fin material comprises 1.0% to 2.0% Mn, 0 , 5 to 1.3% Si, 0.1 to 0.8% Fe, 0.21 to 0.5% Cu, 1.1 to 5% Zn, a Mn component ratio : Si (% Mn /% Si) is 1.0 to 3.5, a component ratio of Zn: Cu (% Zn /% Cu) that is 5 to 15, plus one or two kinds of 0.05 at 0.3% Zr or from 0.05 to 0.3% Cr, the remainder being Al with unavoidable impurities and a tensile strength of 160 to 270 MPa.
El documento JP H10-88265 A está dirigido a un material para aleta de aleación de aluminio para intercambiadores de calor, en donde la aleación de aluminio tiene una composición que consiste en, en peso, > 1,5 a 2,2 % de Mn, de 0,5 a 1,2 % de Si, de 0,1 a 0,6 % de Fe, > 2 a 5 % de Zn, de 0,1 a 0,6 % de Cu, y el resto Al con impurezas inevitables y que contiene, si fuese necesario, uno o ambos de <0,05 % de In y <0,05 % de Sn y que contiene, además, si fuese necesario, uno o más tipos de <0,2 % de Mg, <0,25 % de Zr y <0,25 % de Cr.JP H10-88265 A is directed to an aluminum alloy fin material for heat exchangers, wherein the aluminum alloy has a composition consisting of, by weight,> 1.5 to 2.2% Mn , from 0.5 to 1.2% of Si, from 0.1 to 0.6% of Fe,> 2 to 5% of Zn, from 0.1 to 0.6% of Cu, and the rest Al with unavoidable impurities and containing, if necessary, one or both of <0.05% In and <0.05% Sn and further containing, if necessary, one or more types of <0.2% of Mg, <0.25% Zr and <0.25% Cr.
SumarioSummary
La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.The invention is defined in the appended claims.
La presente invención proporciona un material de partida para aleta de aleación de aluminio para su uso en aplicaciones de intercambiadores de calor, tales como intercambiadores de calor de automóvil. Este material de partida de aleación para aleta de aleación de aluminio fue fabricado mediante colada por enfriamiento directo (ED). El material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención tiene una o más de las siguientes propiedades: alta resistencia, propiedades mecánicas deseables posteriores a la soldadura, resistencia al pandeo deseable, resistencia a la corrosión deseable y conductividad deseable. El material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención muestra dispersoides de grano más grandes y resistencia mejorada antes de la soldadura. Algunas realizaciones del material de partida para aletas de aleación de aluminio se producen en un templado previo a la soldadura deseable, por ejemplo, H14.The present invention provides an aluminum alloy fin starting material for use in heat exchanger applications, such as automotive heat exchangers. This aluminum alloy fin alloy starting material was manufactured by direct chill (ED) casting. The aluminum alloy fin starting material according to embodiments of the present invention has one or more of the following properties: high strength, desirable post-weld mechanical properties, desirable sag resistance, desirable corrosion resistance, and desirable conductivity. The aluminum alloy fin starting material according to some embodiments of the present invention shows larger grain dispersoids and improved strength before welding. Some embodiments of the starting material for aluminum alloy fins are produced in a desirable pre-weld temper, eg, H14.
El material de partida para aleta de aleación de aluminio mejorado se puede utilizar en diversas aplicaciones, por ejemplo, intercambiadores de calor. En una realización, el material de partida para aleta de aleación de aluminio se puede utilizar en intercambiadores de calor de automóvil, tales como radiadores, condensadores y evaporadores. En algunas realizaciones, el material de partida para aleta de aleación de aluminio es útil para intercambiadores de calor de automóvil de alto rendimiento y peso ligero. En algunas otras realizaciones, el material de partida para aleta de aleación de aluminio se puede utilizar para otras aplicaciones soldadas, incluyendo, aunque sin limitación, aplicaciones de climatización HVAC. Otros objetos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones de la invención.The improved aluminum alloy fin starting material can be used in various applications, for example heat exchangers. In one embodiment, the aluminum alloy fin starting material can be used in automobile heat exchangers, such as radiators, condensers, and evaporators. In some embodiments, the aluminum alloy fin starting material is useful for high performance, light weight automobile heat exchangers. In some other embodiments, the aluminum alloy fin stock can be used for other welded applications, including, but not limited to, HVAC HVAC applications. Other objects and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description of embodiments of the invention.
DescripciónDescription
La presente invención proporciona un material de material de partida para aleta de aleación de aluminio como se define en la reivindicación 1. Este material de partida de aleación para aleta de aleación de aluminio fue fabricado mediante colada por enfriamiento directo (ED). Algunas realizaciones del material de partida para aleta de aleación de aluminio tienen una o más de resistencia mejorada, resistencia mejorada a la corrosión o resistencia mejorada al pandeo. En algunas realizaciones, el material de partida para aleta de aleación de aluminio exhibe propiedades mecánicas durante el templado previo a la soldadura (H14) deseables y propiedades mecánicas posterior a la soldadura deseables, resistencia al pandeo, resistencia a la corrosión y conductividad. En algunas otras realizaciones, el material de partida para aleta de aleación de aluminio muestra un tamaño de grano más grande después de la soldadura y una resistencia previa a la soldadura mejorada. El material de partida para aleta de aleación de aluminio se puede utilizar en diversas aplicaciones, por ejemplo, intercambiadores de calor. En un ejemplo, el material de partida para aleta de aleación de aluminio se puede utilizar en intercambiadores de calor de automóvil, tales como radiadores, condensadores y evaporadores.The present invention provides an aluminum alloy fin starting material as defined in claim 1. This aluminum alloy fin alloy starting material was manufactured by direct cooling casting (ED). Some embodiments of the aluminum alloy fin starting material have one or more of improved strength, improved corrosion resistance, or improved buckling resistance. In some embodiments, the aluminum alloy fin stock exhibits desirable pre-weld tempering (H14) mechanical properties and desirable post-weld mechanical properties, buckling resistance, corrosion resistance, and conductivity. In some other embodiments, the aluminum alloy fin stock exhibits a larger post-weld grain size and improved pre-weld strength. The starting material for fin Aluminum alloy can be used in various applications, for example, heat exchangers. In one example, the aluminum alloy fin starting material can be used in automobile heat exchangers, such as radiators, condensers, and evaporators.
Las composiciones de un material de partida para aletas de aleación de aluminio están dentro del alcance de la presente invención. Se describen a continuación algunas realizaciones ejemplares de las composiciones de material de partida para aleta de aleación de aluminio. Todos los valores de % utilizados a continuación y a lo largo de este documento en referencia a las cantidades de constituyentes de las composiciones de material de partida para aleta de aleación de aluminio están en % en peso (% p.).Compositions of a starting material for aluminum alloy fins are within the scope of the present invention. Some exemplary embodiments of the aluminum alloy fin starting material compositions are described below. All% values used hereinafter and throughout this document in reference to constituent amounts of aluminum alloy fin starting material compositions are% by weight (wt%).
El material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con la presente invención comprende 0,9-1,3 % de Si, 0,45-0,75 % de Fe, 0,10-0,30% de Cu, 1,3-1,7 % de Mn y 1,30-2,2% de Zn, resto aluminio, en donde opcionalmente Cr y/o Zr están presentes en el material de partida para aleta de aleación de aluminio en una cantidad de hasta 0,03 % en peso cada uno, y en donde opcionalmente además el material de partida para aleta de aleación de aluminio contiene otros elementos minoritarios en una cantidad inferior a 0,05 % en peso.The starting material for aluminum alloy fin according to the present invention comprises 0.9-1.3% Si, 0.45-0.75% Fe, 0.10-0.30% Cu, 1.3-1.7% Mn and 1.30-2.2% Zn, remainder aluminum, where optionally Cr and / or Zr are present in the starting material for aluminum alloy fin in an amount of up to 0.03% by weight each, and wherein optionally furthermore the starting material for aluminum alloy fin contains other minor elements in an amount less than 0.05% by weight.
En una realización, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,9-1,2 % de Si, 0,50-0,75 % de Fe, 0,15-0,30 % de Cu, 1,4-1,6 % de Mn y 1,4-2,1 % de Zn, resto aluminio.In one embodiment, the starting material for aluminum alloy fin comprises 0.9-1.2% Si, 0.50-0.75% Fe, 0.15-0.30% Cu, 1, 4-1.6% Mn and 1.4-2.1% Zn, rest aluminum.
En otra realización, el material de partida para aleta ED comprende 0,9-1,1 % de Si, 0,10-0,25 % de Cu, 0,45-0,7 % de Fe, 1,4-1,6 % de Mn, y 1,4-1,7 % de Zn siendo el resto Al.In another embodiment, the starting material for ED fin comprises 0.9-1.1% Si, 0.10-0.25% Cu, 0.45-0.7% Fe, 1.4-1 , 6% Mn, and 1.4-1.7% Zn, the rest being Al.
En otra realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,90-1,0 % de Si, 0,15 0,25 % de Cu, 0,5-0,6 % de Fe, 1,5-1,6 % de Mn, y 1,5-1,6 % de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the aluminum alloy fin starting material comprises 0.90-1.0% Si, 0.15-0.25% Cu, 0.5-0.6% Fe, 1, 5-1.6% Mn, and 1.5-1.6% Zn, rest Al.
En otra realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,9-1 % de Si, 0,2,% de Cu, 0,5-0,6 % de Fe, 1,5-1,6 % de Mn, y 1,5-1,6 % de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the starting material for aluminum alloy fin comprises 0.9-1% Si, 0.2% Cu, 0.5-0.6% Fe, 1.5-1, 6% Mn, and 1.5-1.6% Zn, rest Al.
En otra realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,9-0,95 % de Si, 0,2,% de Cu, 0,5-0,6% de Fe, 1,5-1,6 % de Mn, y 1,5-1,6 % de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the aluminum alloy fin starting material comprises 0.9-0.95% Si, 0.2% Cu, 0.5-0.6% Fe, 1.5- 1.6% Mn, and 1.5-1.6% Zn, rest Al.
En otra realización, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,90-0,95 % de Si, 0,15 0,20 % de Cu, 0,55 % de Fe, 1,5 % de Mn y 1,5 % de Zn, resto Al.In another embodiment, the aluminum alloy fin starting material comprises 0.90-0.95% Si, 0.15 0.20% Cu, 0.55% Fe, 1.5% Mn and 1.5% Zn, rest Al.
En otra realización más, El material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,95 % de Si, 0,15 % de Cu, 0,55 % de Fe, 1,5 % de Mn y 1,5 % de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the aluminum alloy fin starting material comprises 0.95% Si, 0.15% Cu, 0.55% Fe, 1.5% Mn, and 1.5% Zn. , rest Al.
En otra realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,90-0,95 % de Si, 0,15-0,20 % de Cu, 0,5-0,6 % de Fe, 1,5 % de Mn y 1,5 % de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the starting material for aluminum alloy fin comprises 0.90-0.95% Si, 0.15-0.20% Cu, 0.5-0.6% Fe, 1 , 5% Mn and 1.5% Zn, rest Al.
En otra realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 1,0-1,2% de Si, 0,2 0,3 % de Cu, 0,5-0,6 % de Fe, 1,4-1,55 % de Mn, y 1,9-2,1 % de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the aluminum alloy fin starting material comprises 1.0-1.2% Si, 0.2 0.3% Cu, 0.5-0.6% Fe, 1, 4-1.55% Mn, and 1.9-2.1% Zn, rest Al.
En otra realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 0,95 % ± 0,05 de Si, 0,2 % ± 0,05 de Cu, 0,6 % ± 0,1 de Fe, 1,45 % ± 0,05 de Mn, y 1,55 % ± 0,1 de Zn, resto Al.In yet another embodiment, the aluminum alloy fin starting material comprises 0.95 ± 0.05% Si, 0.2% ± 0.05 Cu, 0.6% ± 0.1 Fe, 1 , 45% ± 0.05 of Mn, and 1.55% ± 0.1 of Zn, rest Al.
En una realización más, el material de partida para aleta de aleación de aluminio comprende 1,15% ± 0,05 de Si, 0,25 % ± 0,05 de Cu, 0,6% ± 0,1 de Fe, 1,5 % ± 0,05 de Mn, y 2,0% ± 0,1 de Zn, resto Al.In a further embodiment, the starting material for the aluminum alloy fin comprises 1.15% ± 0.05 of Si, 0.25% ± 0.05 of Cu, 0.6% ± 0.1 of Fe, 1 , 5% ± 0.05 of Mn, and 2.0% ± 0.1 of Zn, rest Al.
Opcionalmente, Cr y/o Zr u otros elementos de control del tamaño de grano pueden estar presentes en las composiciones de material de partida para aleta de aleación de aluminio en una cantidad de hasta 0,03 % cada uno. Debe entenderse que las composiciones de material de partida para aleta de aleación de aluminio descritas en el presente documento pueden contener otros elementos minoritarios, en ocasiones denominados como elementos no intencionales, en una cantidad típicamente inferior al 0,05 %.Optionally, Cr and / or Zr or other grain size control elements may be present in the aluminum alloy fin starting material compositions in an amount of up to 0.03% each. It should be understood that the aluminum alloy fin starting material compositions described herein may contain other minor elements, sometimes referred to as unintentional elements, in an amount typically less than 0.05%.
Algunas realizaciones de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio de la presente invención muestran una temperatura de solidus más alta, denominada como inicio de fusión, que conduce a una mejor contracción del núcleo, un fenómeno en el que las unidades de aleación de aluminio soldadas no tienen la forma deseada. Si bien no se desea quedar ligado a la siguiente declaración, se cree, basándose en mediciones de calorimetría diferencial de barrido (DSC) y simulaciones del software Thermo-Calc® (Estocolmo, Suecia), que reducir el contenido de Si y el contenido de Zn y aumentar el contenido de Mn en las composiciones de material de partida para aleta de aleación de aluminio puede conducir a una mayor temperatura de inicio de la fusión (solidus), que contribuye a la reducción de la contracción del núcleo. En un ejemplo, una composición de material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención muestra una temperatura de solidus superior a 617 °C y un tamaño de grano grueso posterior a la soldadura de aproximadamente 400 pm. En un ejemplo más, limitar el contenido de Si de la aleación al 0,9-1 % (preferiblemente al 0,9-0,95 %) y el contenido de Zn al 1,5-1,6 %, mientras se mantiene el contenido de Mn relativamente alto (por ejemplo, aproximadamente al 1,5 %) aumenta la temperatura de solidus de la aleación, lo que, a su vez, fortalece el material a la temperatura de soldadura, para que pueda resistir el pandeo o la fluencia a alta temperatura que puede provocar la contracción del núcleo.Some embodiments of the aluminum alloy fin starting materials of the present invention show a higher solidus temperature, referred to as melt onset, which leads to better core shrinkage, a phenomenon in which alloy units of Welded aluminum does not have the desired shape. While not wishing to be bound by the following statement, it is believed, based on differential scanning calorimetry (DSC) measurements and Thermo-Calc® software (Stockholm, Sweden) simulations, that reducing the Si content and the Si content Zn and increasing Mn content in aluminum alloy fin starting material compositions can lead to a higher melt initiation temperature (solidus), which contributes to reduced core shrinkage. In one example, an aluminum alloy fin starting material composition according to embodiments of the present invention exhibits a solidus temperature greater than 617 ° C and a post weld coarse grain size of about 400 pm. In a further example, limit the Si content of the alloy to 0.9-1% (preferably 0.9-0.95%) and the Zn content to 1.5-1.6%, while keeping the Mn content relatively high (for example, about 1.5%) increases the solidus temperature of the alloy, which, in turn, strengthens the material to the solder temperature, so that it can resist buckling or high temperature creep that can cause core shrinkage.
Algunas realizaciones de la presente invención se refieren a materiales de partida para aletas de aleación de aluminio que tienen una composición definida y se obtienen mediante procesos que incluyen etapas y condiciones definidas del proceso. Una combinación de composición definida y proceso de producción puede conducir a propiedades mejoradas de los materiales de partida para aleta de aluminio. Un ejemplo de tales propiedades mejoradas son las propiedades mecánicas mejoradas previas a la soldadura. Las propiedades mecánicas mejoradas previas a la soldadura (también denominadas propiedades "en la condición de previa a la soldadura") dan como resultado una resistencia mejorada al aplastamiento de aletas durante el montaje, mientras se mantiene una resistencia al pandeo y una conductividad térmica adecuadas después de la soldadura (posteriores a la soldadura). Some embodiments of the present invention relate to starting materials for aluminum alloy fins that have a defined composition and are obtained by processes that include defined process steps and conditions. A combination of defined composition and production process can lead to improved properties of the aluminum fin starting materials. An example of such improved properties is improved pre-weld mechanical properties. Improved pre-weld mechanical properties (also referred to as "in pre-weld condition" properties) result in improved resistance to fin crushing during assembly, while maintaining adequate buckling resistance and thermal conductivity afterward. welding (post-welding).
Los procesos de producción de materiales de partida para aletas de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención implican la etapa de producir un lingote mediante un proceso de colada por enfriamiento directo (ED), que se usa comúnmente en toda la industria del aluminio, mediante el cual se cuela un lingote grande de ~1,5 m x 0,6 m x 4 m desde un horno de retención grande que suministra metal a un molde o moldes poco profundos a los que se suministra agua de refrigeración. El lingote en solidificación se enfría continuamente por el impacto directo del agua de enfriamiento y se extrae lentamente de la base del molde hasta que se completa el lingote o lingotes completos. Una vez enfriado tras el proceso de colada, las superficies de laminado de lingotes se mecanizan para eliminar la segregación y las irregularidades de la superficie. El lingote mecanizado se precalienta para laminado en caliente. La temperatura y la duración del precalentamiento se controlan a niveles bajos para preservar un tamaño de grano grande y una alta resistencia después de la soldadura del material de partida para aleta terminado. Se cargan varios lingotes (aproximadamente de 8 a 30) en un horno y se precalientan con gas o electricidad a la temperatura de laminado. El periodo de mantenimiento de una temperatura alcanzada por precalentamiento también puede denominarse "remojo" o "remojado". En una realización, el tiempo mínimo de remojo a aproximadamente 480 °C es de aproximadamente 2 horas (en otras palabras, al menos 2 horas). En otra realización, el tiempo de remojo es de 4-16 horas a 480 °C. Las aleaciones de aluminio se laminan típicamente en el intervalo de aproximadamente 450 °C a aproximadamente 560 °C. Si la temperatura es demasiado fría, las cargas de laminado son demasiado altas, y si la temperatura es demasiado alta, el metal puede ser demasiado blando y romperse en el laminador.The processes of producing starting materials for aluminum alloy fins in accordance with embodiments of the present invention involve the step of producing an ingot by a direct chill (DE) casting process, which is commonly used throughout the industry. of aluminum, whereby a large ingot of ~ 1.5 mx 0.6 mx 4 m is cast from a large holding furnace supplying metal to a shallow mold or molds supplied with cooling water. The solidifying ingot is continuously cooled by the direct impact of the cooling water and is slowly withdrawn from the base of the mold until the complete ingot or ingots are completed. After cooling after the casting process, the ingot rolling surfaces are machined to eliminate segregation and surface irregularities. The machined ingot is preheated for hot rolling. Preheat temperature and duration are controlled at low levels to preserve large grain size and high post-weld strength of the finished fin stock. Several ingots (approximately 8 to 30) are loaded into a furnace and preheated with gas or electricity to rolling temperature. The period of maintaining a temperature reached by preheating can also be called "soaking" or "soaking". In one embodiment, the minimum soak time at about 480 ° C is about 2 hours (in other words, at least 2 hours). In another embodiment, the soak time is 4-16 hours at 480 ° C. Aluminum alloys are typically rolled in the range of about 450 ° C to about 560 ° C. If the temperature is too cold, the rolling loads are too high, and if the temperature is too high, the metal can be too soft and break in the rolling mill.
Los procesos para la fabricación de materiales de partida para aleta de aleación de aluminio implican uno o más etapas de laminado en frío. Cada una de las etapas de laminado en frío, a su vez, puede implicar múltiples pasadas de laminado en frío. Una etapa de laminado en frío se caracteriza por un "% de trabajado en frío" o % de TF logrado. Generalmente, El % TF se puede definir como el grado de laminado en frío aplicado al material de partida para aleta de aleación de aluminio. Como se usa en el presente documento, el %TF se calcula como:The processes for the manufacture of aluminum alloy fin starting materials involve one or more cold rolling steps. Each of the cold rolling stages, in turn, may involve multiple cold rolling passes. A cold rolling stage is characterized by a "% cold working" or% TF achieved. Generally,% TF can be defined as the degree of cold rolling applied to the starting material for aluminum alloy fin. As used herein,% TF is calculated as:
0y Y p — caH^re in ic ia l-c a lib re fin a l^ ^ Q Q 0y0y Y p - caH ^ re in ic ia l-c a lib re end a l ^ ^ Q Q 0y
calibre inicialinitial gauge
Lograr un intervalo o valor especificado de %TF puede ser deseable para alcanzar el intervalo de resistencia requerido del material de partida para aleta de aluminio. Algunas realizaciones de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio se producen mediante procesos que implican una etapa de laminado en frío que alcanza un TF del 25-35 %. En algunos ejemplos, puede emplearse una etapa de laminado en frío que logre un %TF del 25 % o 29 %. En algunos casos, aumentar el %TF, por ejemplo, hasta un 35 %, conduce a un aumento en la resistencia a la tracción previa a la soldadura del material de partida para aleta de aleación de aluminio, lo que, a su vez, reduce beneficiosamente el aplastamiento de la aleta durante el montaje del radiador. En algunos otros casos, aumentar el %TF, sin embargo, puede ser indeseable, ya que puede conducir a un tamaño de grano más fino posterior a la soldadura debido a un aumento en la fuerza impulsora para la recristalización, dando como resultado una resistencia reducida al pandeo.Achieving a specified range or value of% TF may be desirable to achieve the required strength range of the aluminum fin starting material. Some embodiments of the starting materials for aluminum alloy fins are produced by processes that involve a cold rolling step that achieves a TF of 25-35%. In some examples, a cold rolling step that achieves a% TF of 25% or 29% may be employed. In some cases, increasing the% TF, for example up to 35%, leads to an increase in the pre-weld tensile strength of the aluminum alloy fin starting material, which in turn reduces beneficially flattening the fin during radiator mounting. In some other cases, increasing the% TF, however, may be undesirable, as it can lead to a finer post-weld grain size due to an increase in driving force for recrystallization, resulting in reduced strength. to buckling.
Los procesos para fabricar los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio implican una etapa de inter recocido para lograr las propiedades deseadas del material de partida para aletas de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. El término "inter-recocido" o "inter-recocer" (IR) se refiere a un tratamiento térmico aplicado entre las etapas de laminado en frío. La temperatura de IR puede afectar las propiedades de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. Por ejemplo, una investigación de la temperatura de IR utilizada en los procesos para hacer ciertas realizaciones de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio mostró que reducir la temperatura de IR de 400 °C a 350 °C daba como resultado un tamaño de grano más grueso después de la soldadura. En algunas realizaciones de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio, una combinación de %TF y temperatura de IR empleada en el proceso de producción da como resultado propiedades deseables. En un ejemplo, una combinación de temperatura de IR de 350 °C y un %TF del 35% condujo a una combinación beneficiosa del tamaño de grano posterior a la soldadura y la resistencia al pandeo del material de partida para aleta de aluminio. En otro ejemplo, una combinación de temperatura de IR de 300 °C y un %TF del 25 % condujo a una combinación beneficiosa del tamaño de grano posterior a la soldadura y la resistencia al pandeo del material de partida para aleta de aluminio. En otro ejemplo, una combinación de temperatura de IR y %TF durante el procesamiento del material de partida para aleta de aleación de aluminio durante el templad H14 dio como resultado una resistencia mejorada al aplastamiento de las aletas. Por tanto, los procesos de producción de materiales de partida para aleta de aleación de aluminio que emplean temperatura de IR y un %TF especificados, que conducen, en algunos ejemplos, a una mayor resistencia a la tracción previa a la soldadura y una mejor resistencia al aplastamiento de las aletas durante el montaje, están incluidos dentro de las realizaciones de la presente invención.The processes for making aluminum alloy fin starting materials involve an inter annealing step to achieve the desired properties of the aluminum alloy fin starting material in accordance with embodiments of the present invention. The term "inter-anneal" or "inter-anneal" (IR) refers to a heat treatment applied between cold rolling stages. IR temperature can affect the properties of starting materials for aluminum alloy fins according to embodiments of the present invention. For example, an investigation of the IR temperature used in processes to make certain embodiments of the starting materials for aluminum alloy fins showed that reducing the IR temperature from 400 ° C to 350 ° C resulted in a size of coarser grain after welding. In some embodiments of the aluminum alloy fin starting materials, a combination of% TF and IR temperature employed in the production process results in desirable properties. In one example, a combination of IR temperature of 350 ° C and 35%% TF led to a beneficial combination of post weld grain size and buckling resistance of the aluminum fin starting material. In another example, a combination of IR temperature of 300 ° C and% TF of the 25 % led to a beneficial combination of post weld grain size and sag resistance of the aluminum fin starting material. In another example, a combination of IR temperature and% TF during aluminum alloy fin starting material processing during H14 tempering resulted in improved fin crush resistance. Therefore, aluminum alloy fin starting material production processes employing specified IR temperature and% TF, leading, in some examples, to higher pre-weld tensile strength and better strength flattening of the fins during assembly is included within the embodiments of the present invention.
Una vez precalentado, el lingote se lamina en caliente para formar una bobina que luego se lamina en frío. El proceso de laminado en frío tiene lugar en varias etapas, y se emplea una etapa de inter-recocido entre las etapas de laminado en frío para recristalizar el material antes de la etapa final de laminado en frío. Se emplea una temperatura de IR en el intervalo de 275-400 °C. Puede emplearse una temperatura de IA en el intervalo de aproximadamente 300-400 °C, 300-450 °C, 340-460 °C o 325-375 °C. Por ejemplo, se puede emplear una temperatura de IA de aproximadamente 300 °C, 350 °C o 400 °C en los procesos de producción de materiales de aletas de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. Después del inter recocido, el material de partida para aleta de aleación de aluminio se lamina en frío en la etapa final de laminado en frío para obtener el calibre o espesor final deseado. Después de la etapa final de laminado en frío, el material de partida para aleta de aleación de aluminio se puede cortar en tiras estrechas adecuadas para la fabricación de radiadores y otros intercambiadores de calor de automóviles. En los procesos de producción de materiales de partida para aleta de aleación de aluminio, el %TF empleado en la etapa final de laminado en frío es del 20-35 % o del 25-35 %, por ejemplo, aproximadamente del 25 % o 29 %.Once preheated, the ingot is hot rolled to form a coil which is then cold rolled. The cold rolling process takes place in several stages, and an inter-annealing stage is employed between the cold rolling stages to recrystallize the material before the final cold rolling stage. An IR temperature in the range of 275-400 ° C is employed. An AI temperature in the range of about 300-400 ° C, 300-450 ° C, 340-460 ° C, or 325-375 ° C can be employed. For example, an IA temperature of about 300 ° C, 350 ° C, or 400 ° C can be employed in aluminum alloy fin material production processes in accordance with embodiments of the present invention. After inter annealing, the aluminum alloy fin starting material is cold rolled in the final cold rolling stage to obtain the desired final gauge or thickness. After the final cold rolling stage, the aluminum alloy fin starting material can be cut into narrow strips suitable for making radiators and other automobile heat exchangers. In the production processes of aluminum alloy fin starting materials, the% TF used in the final cold rolling stage is 20-35% or 25-35%, for example approximately 25% or 29 %.
Se pueden emplear beneficiosamente diversas combinaciones de parámetros de producción en los procesos para procesos de producción de materiales de aletas de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. En un ejemplo, se emplea un %TF en el intervalo del 25-35 % en la etapa final de laminado, dando como resultado una resistencia a la fluencia previa a la soldadura y una resistencia a la tracción mejoradas de los materiales de partida para aleta de aleación de aluminio, lo que, a su vez, conduce a la reducción en la ocurrencia del aplastamiento de las aletas durante el montaje. En otro ejemplo, seleccionar una temperatura de IR de aproximadamente 350 °C da como resultado un tamaño de grano posterior a la soldadura más grande. En un ejemplo más, el uso de un %TF de aproximadamente el 29 % durante la etapa final de laminado en frío aumenta aún más el tamaño de grano posterior a la soldadura. En otro ejemplo más, se emplea inter-recocido a 350 °C durante 4 horas en combinación con un 29 % de TF en la etapa final de laminado en frío, lo que da como resultado un material con características deseables de buena resistencia previa a la soldadura y un tamaño de grano grande posterior a la soldadura, alta conductividad térmica y buen comportamiento frente al pandeo. En otro ejemplo más, se emplea inter-recocido a 400 °C durante un promedio de aproximadamente 3 horas, seguido de la aplicación de un % de trabajado en frío (TF) de aproximadamente 29 % para lograr el calibre final. En otro ejemplo más, se emplea remojo a aproximadamente 480 °C durante un promedio de 4 horas durante la etapa de laminado en caliente, en combinación con inter-recocido a aproximadamente 300-400 °C y un %TF en la etapa final de laminado en frío de aproximadamente 25-35 % al calibre final. En otro ejemplo más, se emplea remojo a 480 °C durante 4-16 horas en la etapa de laminado en caliente en combinación con inter-recocido a 350 °C y un %TF del 29 % en la etapa de laminado final. En otro ejemplo más, se emplea remojo a 480 °C durante 4-16 horas en la etapa de laminado en caliente en combinación con inter-recocido a 400 °C y un %TF del 29 % en la etapa de laminado final. En un ejemplo más, se emplea remojo a 480 °C durante un promedio de 4 horas en la etapa de laminado en caliente en combinación con inter-recocido a 350 °C y un %Tf del 35 % en la etapa de laminado final. En un ejemplo más, se emplea inter-recocido a 325-375 °C y un 20-35 % de TF, tal como inter-recocido a 300 °C y 25 % de TF en la etapa final de laminado en frío.Various combinations of production parameters may be beneficially employed in the processes for aluminum alloy fin material production processes in accordance with embodiments of the present invention. In one example,% TF in the range of 25-35% is employed in the final rolling stage, resulting in improved pre-weld creep strength and tensile strength of the fin starting materials. made of aluminum alloy, which, in turn, leads to a reduction in the occurrence of fin crushing during assembly. In another example, selecting an IR temperature of about 350 ° C results in a larger post weld grain size. In a further example, the use of a% TF of about 29% during the final cold rolling stage further increases the post weld grain size. In yet another example, inter-anneal at 350 ° C for 4 hours in combination with 29% TF is used in the final cold rolling stage, resulting in a material with desirable characteristics of good pre-heat resistance. welding and large post-weld grain size, high thermal conductivity and good buckling behavior. In yet another example, interanneal at 400 ° C is employed for an average of about 3 hours, followed by the application of a% cold work (TF) of about 29% to achieve the final gauge. In yet another example, soaking at about 480 ° C is employed for an average of 4 hours during the hot rolling stage, in combination with inter-annealing at about 300-400 ° C and% TF in the final rolling stage. cold of approximately 25-35% to the final size. In yet another example, soak at 480 ° C for 4-16 hours is employed in the hot rolling stage in combination with inter-anneal at 350 ° C and 29% TF% in the final rolling stage. In yet another example, soak at 480 ° C for 4-16 hours is employed in the hot rolling stage in combination with inter-anneal at 400 ° C and a% TF of 29% in the final rolling stage. In a further example, soak at 480 ° C for an average of 4 hours is employed in the hot rolling stage in combination with inter-anneal at 350 ° C and 35%% Tf in the final rolling stage. In a further example, inter-anneal at 325-375 ° C and 20-35% TF is employed, such as inter-anneal at 300 ° C and 25% TF in the final stage of cold rolling.
Los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio producidos de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención se producen como láminas cuyo calibre (espesor) varía entre 45 pm y 80 pm. El material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención tiene una o más de las siguientes propiedades: resistencia a la tracción final mínima (UTS) de 130 MPa (en otras palabras, 130 MPa o más, o al menos 130 MPa) medida después de la soldadura (por ejemplo, 134 o 137 MPa); valor de conductividad promedio de aproximadamente 43%, aproximadamente 41,5%, aproximadamente 42,7% o aproximadamente 43,3 % (Norma Internacional de Cobre Recocido (IACS)); un valor de corrosión potencial de circuito abierto frente a electrodo estándar de calomelano (SCE) de -680mV o menos, -700 mV o menos o -740 o menos (por ejemplo, -710mv, -720 mv, -724 mv, -725 mv, -743 mv, -740mV o -758 mV); un valor de pandeo entre 7 mm, donde el calibre final era de 47,5 pm y 5 mm, donde el calibre final era de 50 pm, con una longitud en voladizo de 35 mm. Las propiedades anteriores de las láminas de material de partida para aleta de aleación de aluminio se miden después de aplicar un ciclo de soldadura más rápido, por lo que el material se calienta a una temperatura de 605 °C y se enfría a temperatura ambiente en un periodo de aproximadamente 20 minutos, para simular el perfil de tiempo y temperatura de un proceso de soldadura comercial. El material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención puede tener una soldadura previa UTS en el intervalo de 180 220 MPa (por ejemplo, 185 o 190 MPa). El material de partida para aleta de aleación de aluminio de acuerdo con las realizaciones de la presente invención también puede tener un tamaño de grano > 200 pm, por ejemplo, 200 o 400 pm. The starting materials for aluminum alloy fins produced in accordance with some embodiments of the present invention are produced as sheets whose gauge (thickness) varies between 45 µm and 80 µm. The starting material for aluminum alloy fin according to the embodiments of the present invention has one or more of the following properties: minimum ultimate tensile strength (UTS) of 130 MPa (in other words, 130 MPa or more, or at least 130 MPa) measured after welding (eg, 134 or 137 MPa); average conductivity value of about 43%, about 41.5%, about 42.7% or about 43.3% (International Annealed Copper Standard (IACS)); a standard calomel electrode (SCE) open circuit potential corrosion value of -680mV or less, -700mV or less, or -740 or less (e.g. -710mv, -720mv, -724mv, -725 mv, -743 mv, -740mV or -758 mV); a buckling value between 7 mm, where the final gauge was 47.5 pm and 5 mm, where the final gauge was 50 pm, with a cantilever length of 35 mm. The above properties of aluminum alloy fin starting material sheets are measured after applying a faster welding cycle, whereby the material is heated to a temperature of 605 ° C and cooled to room temperature in a period of approximately 20 minutes, to simulate the time and temperature profile of a commercial welding process. The starting material for aluminum alloy fin according to embodiments of the present invention may have a UTS pre-weld in the range of 180-220 MPa (eg 185 or 190 MPa). The starting material for aluminum alloy fin according to embodiments of the present invention may also have a grain size> 200 µm, eg 200 or 400 µm.
Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar adicionalmente la presente invención, sin embargo, sin al mismo tiempo constituir ninguna limitación a los mismos.The following examples will serve to further illustrate the present invention, however, without at the same time constituting any limitation thereto.
Ejemplo 1Example 1
Se fabricó un material de partida para aleta de aleación de aluminio mediante un proceso que implicaba colada por ED, precalentando el lingote a 480 °C durante aproximadamente 8 horas, seguido de laminado en caliente a aproximadamente 2,5 mm, laminado en frío, e inter-recocido a 350 °C durante aproximadamente 2 horas antes de la etapa final de laminado en frío. El intervalo de composición del material de partida para aleta de aleación de aluminio estaba dentro de la siguiente especificación: 1,1±0,1 % de Si, 0,6±0,1 % de Fe, 0,2±0,05 % de Cu, 1,4±0,1 % de Mn y 1,50±0,1 % de Zn, con el resto Al. El material de partida para aleta de aleación de aluminio producido tenía un calibre que variaba entre 49 y 83 pm. El material de partida para aleta de aleación de aluminio tenía una resistencia a la tracción máxima mínima de ~130MPa. El material de partida para aleta de aleación de aluminio tenía una conductividad promedio después de la soldadura de ~43 IACS y un valor de corrosión potencial de circuito abierto frente a SCE de -741 mV. Estos valores se midieron después de aplicar un ciclo de soldadura simulado, por lo que la muestra se calentó a una temperatura de 605 °C y se enfrió a temperatura ambiente en un periodo de aproximadamente 20 minutos para simular el perfil de tiempo y temperatura de un proceso de soldadura comercial.An aluminum alloy fin stock was manufactured by a process involving ED casting, preheating the ingot at 480 ° C for about 8 hours, followed by hot rolling to about 2.5mm, cold rolling, and inter-annealed at 350 ° C for approximately 2 hours before the final cold rolling stage. The starting material composition range for aluminum alloy fin was within the following specification: 1.1 ± 0.1% Si, 0.6 ± 0.1% Fe, 0.2 ± 0.05 % Cu, 1.4 ± 0.1% Mn and 1.50 ± 0.1% Zn, with the remainder Al. The starting material for aluminum alloy fin produced had a gauge that varied between 49 and 83 pm. The starting material for aluminum alloy fin had a minimum maximum tensile strength of ~ 130MPa. The aluminum alloy fin starting material had an average post-weld conductivity of ~ 43 IACS and an open-circuit potential corrosion value against SCE of -741 mV. These values were measured after applying a simulated welding cycle, whereby the sample was heated to a temperature of 605 ° C and cooled to room temperature over a period of approximately 20 minutes to simulate the time and temperature profile of a commercial welding process.
Ejemplo 2Example 2
Se fabricaron dos muestras de material de partida para aleta de aleación de aluminio mediante un proceso que implicaba colada por ED, seguido de laminado en caliente con precalentamiento a 480 °C durante 4-16 horas, laminado en frío, e inter-recocido a 350 °C para la primera muestra y a 400 °C para la segunda muestra, antes del laminado en frío final un % TF del 29 %. La composición de la primera muestra era: 0,95 % de Si, 0,6 % de Fe, 0,2,% de Cu, 1,45 % de Mn y 1,55 % de Zn, con el resto Al. La composición de la segunda muestra era: 1,15 % de Si, 0,6 % de Fe, 0,25 % de Cu, 1,5 % de Mn y 2 % de Zn, con el resto Al. El material de partida para aleta de aleación de aluminio tenía una resistencia a la tracción final posterior a la soldadura de ~134 MPa para la primera muestra y de ~137 MPa para la segunda muestra. El material de partida para aleta de aleación de aluminio tenía una conductividad promedio después de la soldadura de ~42,7 IACS para la primera muestra y de ~43,3 IACS para la segunda muestra. El material de partida para aleta de aleación de aluminio tenía un valor de corrosión potencial de circuito abierto frente a SCE de -710 mV para la primera muestra y de -743mV para la segunda muestra. El material de partida para aleta de aleación de aluminio tenía un tamaño de grano de 400 pm para la primera muestra y de 200 pm para la segunda muestra. El material de partida para aleta de aleación de aluminio exhibió UTS previa a la soldadura de 185 MPa para la primera muestra y de 190 MPa para la segunda muestra. La comparación entre las dos muestras reveló que ambas muestras producían propiedades mecánicas atractivas, aunque el valor de corrosión potencial de circuito abierto de la primera muestra era menor, lo que indicaba que el aumento en el contenido de Zn puede ser deseable. La segunda muestra tenía un valor de corrosión potencial de circuito abierto ventajosamente más bajo. Two aluminum alloy fin starting material samples were fabricated by a process involving ED casting, followed by hot rolling with preheating at 480 ° C for 4-16 hours, cold rolling, and inter-annealing at 350 ° C for the first sample and 400 ° C for the second sample, before the final cold rolling a% TF of 29%. The composition of the first sample was: 0.95% Si, 0.6% Fe, 0.2% Cu, 1.45% Mn and 1.55% Zn, with the remainder Al. The composition of the second sample was: 1.15% Si, 0.6% Fe, 0.25% Cu, 1.5% Mn and 2% Zn, with the remainder Al. The starting material for Aluminum alloy fin had a post-weld ultimate tensile strength of ~ 134 MPa for the first sample and ~ 137 MPa for the second sample. The aluminum alloy fin stock had an average post-weld conductivity of ~ 42.7 IACS for the first sample and ~ 43.3 IACS for the second sample. The aluminum alloy fin starting material had an open circuit potential corrosion value against SCE of -710mV for the first sample and -743mV for the second sample. The aluminum alloy fin starting material had a grain size of 400 µm for the first sample and 200 µm for the second sample. The starting material for aluminum alloy fin exhibited pre-weld UTS of 185 MPa for the first sample and 190 MPa for the second sample. Comparison between the two samples revealed that both samples produced attractive mechanical properties, although the potential open-circuit corrosion value of the first sample was lower, indicating that an increase in Zn content may be desirable. The second sample had an advantageously lower open circuit potential corrosion value.
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