优秀毕业论文摘要摘要复合钎焊铝箔制热交换器已广泛应用于汽车行业，代替传统的铜合金热交换器，以 减轻汽车自重和降低生产成本复合钎焊铝箔芯材3xxx铝合金基体中固溶Mn元素含 量是影响芯材再结晶组织的重要因素铝合金中Fe，Si元素能够与Mn元素产生强烈 的相互作用，进而影响合金中固溶Mn元素含量本文以Fe，Si含量不同的四种A1．Mn 变形铝合金为研究对象，分析了合金在均质处理过程中Fe，Si元素对Mn元素脱溶动 力学及析出行为的影响，并研究了其对合金再结晶过程及微观组织的影响本文首先研究了Fe，Si元素对A1．Mn变形铝合金析出行为的影响研究结果表明： Fe，Si元素的加入能够降低Mn元素在铸态合金中的过饱和度，而Si元素的影响更加 显著在均质过程中Fe，Si元素能够加快Mn元素脱溶速度在600C均质过程中，高 Si成分的A1和A2合金在短时问退火时，析出相为A112(Mn，Fe)3Si和A112Mn3Si相，随 着均质时间的延长，A112(Mn，Fe)3Si逐渐溶解：均质时间延长至64h后，析出相均为 A112Mn3Si相；而低Si成分的A3合金在均质过程中析出相为A112Mn3Si相，64h退火后 出现A1MnTi相。
统计结果显示：高Si成分合金的析出相尺寸较小，但具有更高的数量 密度；而低Si成分合金则析出相尺寸较大，数量密度较小基体中固溶度较高时，析 出相长大符合抛物线生长规律；当过饱和度较低时，高Si成分A1与A2合金中析出相 符合LSW粗化理论，而低Si成分的A3合金中析出相的粗化行为与LSW理论偏差较 大AI—Mn变形铝合金再结晶过程的研究表明：未均质合金中固溶Mn元素含量越高， 对再结晶推迟越明显，析出先予再结晶发生，沿轧向链状分布的析出相能够钉扎晶界， 阻碍晶界法向移动，形成长条晶粒经600C×32h均质后基体中Mn元素含量显著降 低，再结晶的推迟效果减弱；均质过程中析出的第二相对晶界具有一定的钉扎效果，但 是效果并不显著通过均质处理将四种合金基体中固溶Mn含量均控制为O．5％时，四 种合金的Tc温度相近，约为475 6C基体中Mn含量是3xxx铝合金组织控制的主要因素，而Fe，Si元素能够通过与 Mn元素的交互作用，改变Mn元素的存在方式从而间接影响再结晶过程关键词：A1．Mn变形铝合金；Fe，si元素；均质：析出行为；再结晶过程；万方数据精品参考文献资料东南大学硕士学位论文AbstractHeat exchangers made of three—layer aluminum brazing sheets instead of traditional cooper alloys have been widely used in the automotive industry in order to reduce the weight of vehicle and production costs．Mn concent in solid solution(Mnss)in the core layer was considered as the main factor of recrystallized structure and propertities after brazing，and Fe，Si elements has strong interactions with Mn element．The effects of Fe，Si on the precipitationbehaviors during homogenization and recrystallization process duiring annealing within four different alloys which have different Fe，Si content were studied．The effects of Fe，Si on the precipitation behaviors during homogenization were studied． It was shown that the supersaturation of Mnss was decreased greatly with the increasing of Fe， Si content，especially the Si content．Fe，Si also could accelerate the dissolving rate of Mn during homogenization．When annealed at 600℃，A1 and A2 alloys precipitate A112(Mn，Fe)3Si and Ali2Mn3Si particles in the early stage and A112(Mn，Fe)3Si particles resolved with the homogenization time；However,A3 alloy precipitates AlnMn3Si only．The states show that alloys with high Si content have a small size and high number density of precipitations while the low Si alloy has a larger diameter and lower number density．The particles grow up according to the Parabolic Growth Law when the supersaturation was high enough，and when the supersaturation was close tO zero the particles coarsening following theLSW theory in A1 and A2 alloys while A3 alloy was not．The effects of Fe，Si on the recrystallization process were invetgated．The recrystallization was retarded in unhomogenizied alloys as Mnss was high，the precipitation happened before recrystallization and the precipitates distributed along the rolled direction(RD)pinned the dislocations and subgrain boundaries which lead to the growth of the recrystallization grain along the RD．After homogenizied at 600℃for 32h，The recrystallization postpone was weakened as Mnss was dropped significantly．The particles precipitated during homogenization has a certain effect of grain boundary pinning，but notobvious．When the Mnss was O．5％，obtained by homogenizied at different temperature，the Tc temperature of four alloys was almost the same(475。
C)，and Fe，Si did not have a directlyinfluence on the recrystallization process．The key factor of structure—control in 3xxx alloys was the content of Mn in the matrix， Fe，Si did’t affect the recrystallization process directly．But it is feasible to control Mnss within a reasonable range in order to obtain a proper structure by using the strong interactions among Mn，Al，Fe，Si during casting and homogenization．Keywords：AI—Mn wrought alloys；Fe，Si；Homogenization；Precipitation behavior；Recrystallization process；II万方数据目录目录摘要 IAbstract．． ． ． ． ．．．． ．．． ．． ．． ．．．． ．．．． ．．． ． ．．． ．．．． ．．．． ．．． ．．．． ．． ． ．．． ．．．． ． ．． ．．．．．II目勇t III第一章绪论 11．1汽车热交换器用复合钎焊铝箔 一11．1．1汽车热交换器用复合钎焊铝箔 11．1．2复合钎焊铝箔的生产工艺 21．2合金元素对复合钎焊铝箔组织和性能的影响 ．．41．2．1 Mn元素对铝合金组织和性能的影响 一41．2．2 Fe、Si等少量元素对铝合金组织和性能的影响 61．2．3稀土(RE)元素对铝合金组织和性能的影响 ～81．3芯材均质处理对复合钎焊铝箔组织和性能的影响 一8l_3．1均质处理过程中芯材铝合金的析出行为 91．3．2均质处理对复合钎焊铝箔组织和性能的影响 ．1l1．4析出与再结晶的相互作用研究 111．4．1退火过程中析出与再结晶的相互作用。
111．4．2析出与再结晶的相互作用对再结晶过程的影响 ．121．5复合钎焊铝箔芯材的组织控制研究现状 ．131．5．1加工工艺对复合铝箔芯材组织的影响 ．131．5．2热处理工艺对复合铝箔芯材组织的影响 ．141．5．3微合金化对复合铝箔芯材组织的影响 ．141．6研究背景及研究内容 151．6．1研究背景 ．151．6．2研究内容 ．16第二章实验材料及方法 ．172．1实验路线 172．2实验材料 182．3实验方法 182_3．1热处理及轧制 ．．182．3．2金相显微分析 ．182．3．3电阻率测试 ．192．3．4显微硬度测试 ．202．3．5扫描电子显微镜分析 ．．20III万方数据东南大学硕士学位论文2．3．6透射电子显微镜分析 ．20第三章 Fe，Si元素对AI—Mn变形铝合金析出行为的影响 ．21 3．1铸态合金 2l3．1．1铸态合金组织 ．213．1．2铸态含金固溶Mn含量 ．233-2 Fe，Si元素对Mn元素脱溶动力学的影响 ．243．2．1均质处理后合金显微组织 ．．243．2．2均质处理过程中电阻率的变化 ．253．2．3均质处理过程中M_n元素脱溶动力学 ．．273．3 Fe，Si元素对AI．Mn变形合金析出行为的影响 283-3．1析出相的形貌 ．．283．3．2析出相的成分及结构 ．293．3．3析出相的尺寸及分布统计 ．333．4分析与讨论 353．5本章小结 38第四章Fe，Si元素对A1．Mn变形铝合金再结晶过程的影响 394．1 Fe，si元素对未均质AI—Mn变形铝合金再结晶过程的影响 ．．394．1．1 Mn元素含量对AI．Mn变形铝合金显微组织的影响 394．1．2 Mn元素对合金再结晶T11(Time．Temperture—Transform)曲线的影响 ．．414．1．3 Mn元素对再结晶退火过程中的合金的析出行为的影响 414．1．4未均质A1一Mn变形铝合金析出与再结晶的交互作用 444．2 Fe．Si元素对均质A1．Mn变形铝合金再结晶过程的影响 一454．2．1 Fe，Si对不完全均质后A1．1vln变形铝合金的再结晶过程的影响 454．2．2 Fe，Si元素对0．5％Mn固溶量AI．Mn变形铝合金再结晶过程的影响 504．3分析与讨论 604．4本章小结 ．62第五章全文结论 ．．63参考文献 64致谢 ．69IV万方数据第一章绪论第一章绪论1．1汽车热交换器用复合钎焊铝箔近年来，我国汽车工业发展迅猛，2014年我国汽车产销量达到2300余万辆，连续 六年排名全球第一，汽车工业己成为国民经济的支柱产业 。
然而，随着全球环境和能 源危机的加剧，汽车行业的发展面临重要挑战与机遇我国社会的可持续发展战略对新 型汽车产品提出更高的要求，即轻量化有关数据表明车重每下降100kg，每百公里油 耗可减少0．5～0．8L，C02排放量也相应的减少【引可见，实现轻量化是汽车行业发展的 重要方向铝合金及其加工材料由于具有一系列优良的特性，例如密度小、比强度和比 刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良 好的加工成型性以及高的回收再生性等，成为汽车轻量化最理想的材料热交换器系统 是汽车采用铝合金最多的零部件之一，因此热交换器用铝合金的开发成为汽车轻量化的 一个重要方向刖】日本在20世纪80年代成功开发了钎焊热交换器散热片技术，并向全世界推广从此开始，美国生产的汽车采用复合铝合金的热交换器占50％以上目前， 复合铝合金已普遍应用于汽车热交换器，散热器的铝化率已经非常高，欧洲地区接近 100％，北美达到60％以上，而我国国产汽车中，热交换器铝化率较低，但随着轻量化 的发展，“铝代铜”已经逐渐发展起来并且增长迅速[5热交换系统包括水箱散热器、蒸 发器、冷凝器、中冷器、暖风器、机冷器等。
例如，随着涡轮增压汽车的增多，中冷器 在其中扮演的角色越来越重要中冷器是对发动机增压后的高温高压气体进行冷却的装 置，通过中冷器冷却可降低空气温度，从而提高进气密度，提高燃烧效率因此中冷器 的高温、高压条件下的力学性能直接关系到发动机及车辆的安全性能汽车热交换系统处于车身前端，工作时不仅承受雨水冲刷、路面挥发的盐分、砂土、 灰尘泥浆、汽车废气等的污染，还承受着反复冷热循环和周期性的振动作用，同时管道 还受到冷却液、防冻液等的长期腐蚀这些恶劣的服役条件对于热交换器的选材、防腐 蚀及接合技术等提出了严峻考验因此，热交换器材料应具有较好的强度、良好的焊接 性、较强的耐腐蚀性、优秀的导热性、良好的成型性和优良的经济性目前铝制热交换 器散热翅片和管道等最常用的材料为A1．Mn系变形铝合金17{】1．1．1汽车热交换器用复合钎焊铝箔汽车热交换器用复合钎焊铝箔是以AI—Mn变形合金为芯材，双面为包覆率10％左1万方数据东南大学硕士学位论文 右的AI．Si合金钎料，采用热轧工艺轧制复合而成的双金属“三明治式”复合箔材，其 断面结构如图1．1所示拶J根据热交换器的工作原理、服役环境和接合方式，要求作为 芯材的铝合金具有比较高的强度、优良的热传导性能、较高的熔点、良好的成型性能和 耐蚀性。
在铝合金体系中，A1．Mn变形系合金所具有的性能可以满足这方面的要求因 此，当前生产复合钎焊铝箔所使用的芯材主要是AI—Mn变形系合金包覆层铝合金材料 钎焊质量主要从包覆层的填隙能力、流动性、润湿性、熔蚀性和接头强度等方面进行评 价而Si含量较高的共晶Al—Si合金具有熔点低，流动性好的特点，能够较好的实现钎 焊过程中的填充、焊接及补缩等作用，因此，目前各国通常采用Al—Si系合金作为钎焊 剂和钎焊箔的包覆材料【10】发材(钎辩)：芯材(纂俸)图1．1复合钎焊铝箔截面不意图热交换器在钎焊加工过程中需将复合铝箔加热至580℃～610℃，由于皮材熔点仅为 565℃～575℃，皮材将熔化，而其熔液在表面张力、重力和其它效应的作用下通过毛细 管运动流到结合的缝隙处，浸润、扩展，随着表面温度的降低，钎料凝固，最终形成钎 焊接头[11-12】1．1．2复合钎焊铝箔的生产工艺目前生产这种三层复合钎焊铝箔、带主要有热轧复合、冷轧复合和反向凝固三种方 法，而国内运用最广泛的是热轧复合技术【13]复合钎焊铝箔的热轧复合是指将芯材铸锭和双面包覆的皮材以一定的包覆率(10％ 左右)叠合在一起并在一定的温度和压力条件下实现皮材一芯材相互结合的一种加工方 法【141。
复合钎焊铝箔的生产工艺流程如图1．2所示暑 》日图1．2复合钎焊铝箔的生产工艺流程2万方数据弟一苹绪论合金的熔炼和铸锭的浇铸是铝合金加工过程中首要的控制环节芯材AI—Mn合金的 熔炼温度为710C～760C，精炼和静置后，采用半连续法铸造，浇铸温度700C～730"C 皮材Al—Si合金的熔炼温度为700C～740*C，精炼和静置后，用变质剂进行变质处理， 浇铸温度690C～720C，铸造速度30～40mm／minAI—Si合金铸态组织中存在大量针片 状共晶Si，甚至出现粗大多角形块状初晶Si，严重割裂Al基体，使合金变脆，力学性 能尤其是塑性明显下降，导致变形、切削加工性能恶化因此熔炼过程中必须进行变质处理，使共晶si片细化成短杆状或粒状，从而改进其综合性斛15】由于铸造过程中，无论是皮材还是芯材都将出现不同程度的成分偏析，因此为了减 轻或者消除偏析，提高成品性能的稳定性，需对铸锭进行均质化处理同时，通过均质 还可以减轻铸造应力，改善铸造组织芯材的均质温度为610C～640C，保温15～20h， 皮材的均质温度约为510℃～540℃，保温12～14h同时，为了确保热轧复合的质量及复 合铝箔的表面质量，需对芯材和皮材合金铸锭进行铣面，避免深沟痕、铝屑、夹渣、表 面裂纹和疏松等缺陷。
考虑性能需求及成本代价，铸锭铣面厚度一般不超过10mm[1酣 将达到热轧复合要求的芯材和皮材铸锭叠放整齐，整体置于加热炉中加热根据不 同合金的特性和对轧制复合的影响，选择适合的加热温度，既降低变形抗力、增加待复 合面金属原子的能量又不至于增加大量的表面氧化，降低能源的消耗为了确保基体和 包覆板轧制变形时各部位更趋均匀，要求铸锭出炉温差<10CI"]热轧复合是复合带热 轧生产工艺中最重要的步骤在合金热轧复合初期，中间材料和包覆材料表面的覆盖层 和氧化膜在外界压力作用下破裂，致使新鲜金属基体裸露[18-19]界面两侧的新鲜金属相 互接触，开始形成结合界面尽管热轧开轧温度较高(490C)，然而扩散深度值与扩散 时间的平方根成正比【20-211，因此热轧初期扩散现象较弱，合金间结合强度不高，不足以 使表面原子间产生牢固连接随着轧制过程的进行，变形程度不断增长，两合金互相挤 入量增加，并形成更多结合点轧制时间进一步延长，界面两侧元素扩散加剧，使点结合转变为丽结合，界面结合强度得到提耐22]冷轧是生产铝合金复合箔(带、板)的重要工序，冷加工率和中间退火工艺参数对 复合箔(带、板)的组织、抗下垂性能、力学性能等有很大的影响，其中最后一道次前 退火工艺制度和最终道次压下率的影响尤为重要。
由于热轧复合采用的基体形态为铸锭，势必使得原料的原始厚度较厚在轧制到所 需的成品厚度时，其加工道次多，且加热过程中铸锭温度分布容易不均匀，这些因素会 影响包覆层的厚度比及其均匀性而且由于基体合金与包覆合金的塑性不同，轧制变形 时金属流动不均亦会影响包覆层的均匀性当前，国内各生产厂家联合高校分析了影响{万方数据东南大学硕士学位论文 包覆层厚度的因素，并做了大量的实验研究工作，寻找其变化规律，继而制订参数优化 工艺制度，控制包覆率及包覆层厚度的均匀性‘14，2311．2合金元素对复合钎焊铝箔组织和性能的影响复合铝箔的芯材A1．Mn变形铝合金属于不可热处理强化铝合金，具备优秀的耐腐蚀 性、焊接性以及较高的力学性能，这与其中的合金元素具有紧密的联系1．2．1 Mn元素对铝合金组织和性能的影响Mn作为3系铝合金的主要合金元素，对材料的强度、塑性、耐蚀性、加工性等性 能具有重要影响变形铝合金中Mn含量一般为1．0～1．6％，过高会影响合金的铸造性能， 过低会明显降低合金的力学性能‘2引Mn在AI．Mn合金中主要以两种形式存在：一是固 溶在c【(A1)基体中，二是在657C时形成共晶体，反应式如式(1—1)所示：L+A16Mn-÷(A1+A16Mn)：共晶体 (1—1)A16Mn是与A1．Mn固溶体相平衡的相，它除了能提高合金的强度，细化再结晶晶粒 外，另一重要的作用是溶解杂质Fe，形成A16(Mn，Ve)，减小铁的有害影响。
同时，M6Mn 的电极电位与铝的电极电位相等(-0．85V)，故而对抗蚀性没有影响图1．3 A1．Mn合金相图近铝角视图Mn元素不仅对铝合金的铸造性能和力学性能具有一定的影响，对合金的再结晶过 程也有强烈的影响S．TANGENt251等研究了3103铝合金中固溶Mn元素含量对再结晶 过程的影响，通过不同的均质工艺获得了固溶Mn元素含量均不相同的四种合金从合 金的TTT曲线(图1．4)可以看到，固溶Mn元素含量越高，由于过饱和度较大，其析 出开始越早，而再结晶则被推迟随着Mn元素含量的降低，再结晶的阻力逐渐降低， 而析出则被推迟万方数据第一章绪论一StⅣ!R《．O一St00RX．C SS—sf¨S×．1 S～SIM R×．3 OSl∞RX．3 0图1．4合金的TTT曲线从图1．5可以发现，Tc温度对Mn元素含量非常敏感随着固溶Mn含量的增加， 合金的Tc温度也逐渐升高图1．5固溶Mn含量对Tc温度的影响对不同温度下再结晶组织的尺寸统计结果(如图1．6所示)可以发现，若要在450℃ 以下等温退火获得细小的再结晶组织，必须控制均质处理后合金中固溶Mn元素含量在 0．2～0．3％；若需控制再结晶组织为粗大晶粒，Mn元素的固溶量变化范围则很大，对前 道次的热处理温度和时间要求将下降。
因此可以发现，合金的Mn元素含量不仅仅对铝合金的组织和性能具有重要影响， 固溶于合金中的Mn元素对合金冷轧后的等温退火过程也有非常巨大的作用万方数据东南大学硕士学位论文一￡奇J三#-v49"卜 蓁i一{猢I磐；麓搿一蘩缪孙I飞薯i蠢耋j戮糍麟{图1．6固溶Mn含量对再结晶晶粒尺寸的影响1．2．2 Fe、Si等少■元素对铝合金组织和性能的影响Fe是铝合金中最常见的杂质元素之一Fe原子在铝合金中可以形成各种形状的铁 相，其中以片状铁相最易形成、最为常见，该铁相的最大负作用是可以造成铝合金基体 的断裂，降低铝合金的机械性能不同的铁元素含量对铝合金主要机械性能影响情况见 表1．1[261表中可见，随着Fe元素含量的增加，Fe在合金中的存在形态将由汉字状a．Fe 向粗大针片状D相转变，从而使得铝合金的耐腐蚀性、强度、塑性等性能降低因此， 为了满足生产加工的需要，需要对铝合金中的Fe元素含量进行调整，从而消除Fe元素 的有害作用。
而加入“中和剂”来与Fe元素形成金属间化合物或者改变有害Fe相的分 布形态或者通过均匀化热处理改变析出相的尺寸及分布都是工业生产中常用的处理手 段表1．1 Fe元素对铝合金机械性能的影响在3xxx铝合金中，由于Mn元素的大量存在，可以有效地改善Fe元素的分布形态 由于AI、Mn具有形成析出相的强烈倾向，Fe元素在铝合金中经常以富Mn或含Si的 析出相形式存在，此类析出相一般质硬而脆胡冠奇等‘271在均匀化退火对3003冷轧板 组织的影响研究中发现：3003冷轧板中存在较多粗大的FeAl3相，均匀化退火后由于 Mn元素的脱溶析出，置换了FeAl3相中的部分Fe原子，从而形成了大量的A16(Mn，Fe) 相在再结晶退火过程中，这细小的析出相起到钉扎晶界和位错的作用，而粗大的初生6万方数据第一犟绪论 相可以起到促进非均匀形核的作用，使再结晶形核能降低，因此合金中含一定量的Fe 能使板材在退火时得到较细的晶粒Si是复合铝箔生产过程中一种重要的添加元素在Al—Si二元体系中，当Si含量低 于12．6％时，随着Si含量的增加，合金的结晶温度范围逐渐缩小，组织中共晶体的数量 不断增多，合金的流动性增强；Si相的增加提高了材料抗拉强度。
而在3xxx铝合金体 系中，Si具有提高铸造时铝液的流动能力，减少缩孔，改善合金的耐压性及焊接性，减 小热膨胀系数等作用在铸造过程中，Si能够与Mn元素形成杂质三元相T(A112Mn3Si2))， 这种杂质三元相可以溶解Fe元素，减轻Fe的有害作用在AI．Mn合金中若同时存在 Fe元素和Si元素，那么Si的含量对析出相的类型及铝合金的性能具有重要影响：若Si 含量较高，Al(Mn，Fe)Si相是稳定析出相，而没有AI(Mn，Fe)相；反之，当Si含量较低 时，AI(Mn，Fe)相则为稳定析出相，AI(Mn，Fe)Si相可以在低温下析出但在高温下将无法 稳定存在[28-29]而YJ．Li等‘301的研究认为在加热过程中析出的半共格AI(Mn，Fe)Si相具 有较高的数量密度、良好的热稳定性，能够推迟再结晶的发生并提高铝合金的高温性能， 如图1．7所示图1．7 Al(Mn，Fe)Si相对铝合金尚温力学性能的影Ⅱ向M．DEHMAS[311等的研究表明均质退火过程中Si元素的快速扩散能力对AI．Mn合金 中Mn元素的脱溶及析出相的转变具有重要影响：在退火过程中，Si可以快速扩散至初 生A16(Mn，Fe)相界面处，从而在界面处形核析出al(Mn，Fe)Si相，或者在晶粒内部位错 处与富集的Mn、Fe形核析出AI(Mn，Fe)Si相。
由此可见，Si元素的扩散对Mn元素的 脱溶具有一定的影响有学者研究【32-351认为Fe，Si元素可以降低Mn元素在铝合金基体 中的固溶极限，并且可以加快Mn元素的脱溶速率在3xxx铝合金中，Mn作为主要合金元素，对材料的组织和性能影响毋庸置疑，而 Fe，Si元素含量虽然较少，但是从以上论述中可以发现它们与Mn，AI等元素之间的相 互作用非常复杂且非常重要除了Fe、Si元素以外，3系铝合金中还经常添加镁、铜、钛、锌等元素以提高合金7万方数据查堕查堂堡主堂望堡奎的综合挫能|)6JMg对钽合垒的醒化作用j}常显墓，每增加1睨的Mg，坑垃醒度大约羿 高34MPa；Mn可以使A18M95均匀沉淀，改善合金的抗蚀I_'-L*D焊接性能：Mg与si配合 可析出强化相M92Si相Cu是重要的合金化元素，具有一定的固溶强化作用，A12Cu 具有明显的时效强化效果Zn单独加入铝中，在变形条件下对合金的强度的提高很有限，同时有应力腐蚀开裂倾向，但是zn可以提高Al的电极电位，zn与Mg还可以形 成强化相MgZn2，提高了合金的强度的同时大大降低了应力腐蚀抗力T．是铝合金中常 用的添加元素，主要作用是细化铸造组织和焊缝组织，减小开裂倾向，提高材料的力学 性能。
Ni在铝中固溶度小，室温时以难溶化合物的形式存在，Ni与Fe同时存在能够明显的提高室温及高温强度Cr室温时基本不溶解，以A112(Cr,Mn)化合物的形式存在， 阻碍再结晶形核和长大，对合金具有一定的强化作用1．2．3稀土(RE)元素对铝合金组织和性能的影响稀土在铝及铝合金中具有很积极作用，主要表现在3个方面[37-39]：(1)净化作用； (2)变质作用；(3)微合金化作用稀土具有降低铝及铝合金中氢、氧和硫含量的效果，在铝液中加入0．10／，0．3％的 RE，有助于更好地清除有害杂质、细化杂质或改变其形貌，使之晶粒细化并分布均匀：另外，RE与低熔点有害杂质形成RES、REAs、REPb等二元化合物，而这些化合物具有熔点高、密度小、化学性质稳定的特点，可以上浮成渣、捞除，从而净化铝液；遗留的 微细质点成为铝的异质晶核从而细化晶粒140]稀土变质作用主要表现在细化晶粒和枝 晶，抑制粗片状T2相出现，消除原晶内分布的粗大块状相并形成球状相，使晶界处条 状及碎块状化合物明显减少稀土在铝合金中的强化作用主要有细晶强化、固溶强化和 第二相强化等当稀土加入量不同时，稀土在铝合金中主要以三种形式存在：固溶在基 体tt(A1)中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；以化合物形式存在。
稀土在铝及铝合金中的存在形式与其加入量有很大关系，一般当RE含量小于O．1％时，RE的作用主要以细晶强化和有限固溶强化为主；当RE含量为0．25％--0．30％时，RE与Al等形成大量球状或 短棒状的金属间化合物，分布在晶粒内或晶界中，并出现大量位错及细晶粒球化组织和 弥散稀土化合物，会产生第二相强化等微合金化效果14011．3芯材均质处理对复合钎焊铝箔组织和性能的影响3xxx合金在凝固过程中，大部分的Mn原子(约90％)固溶于铝基体当中【411，这表明Mn元素在基体中具有很大的过饱和度在热处理过程中，过饱和固溶体将以析出8万方数据墨二里堡垒 相的形式发生脱溶析出现象对于直流铸造的铸锭，在热轧或者热挤压工艺之前必须进 行均质处理，以减小Mn元素在基体中的过饱和度，同时还可以获得具有一定尺寸、数 量密度及分布的析出相，这将对变形铝合金的再结晶过程、织构、晶粒尺寸及机械性能 产生重要强烈的影响1．3．1均质处理过程中芯材铝合金的析出行为许多学者对A1．Mn二元合金及商用A1．Mn变形铝合金第--N的析出行为做了深入 的研究，3系铝合金在热处理过程中可能存在的析出相及其结构等参数见表1．2f33，42‘481。
表1．2 3系铝合金中可能出现的析出相及其结构参数在纯A1一Mn二元体系中，过饱和Mn元素的脱溶析出非常缓慢Goel[33】研究发现： A16Mn是AI—Mn合金的平衡析出相，但是在A16Mn相析出之前，合金先析出两种亚稳 相：体心立方结构的Gl相(AIl2Mn)以及斜方G2相(A17Mn)；在更高的温度下这两 种亚稳相将转变成温度的斜方结构的A16Mn相Nes[421对A1．1．8％Mn(含有微量杂质元 素Fe和Si)的研究发现：在低温退火过程中合金将析出3种类型的析出相，分别为亚稳的体心立方G相、简单立方G’相和六方G”相AI．Mn合金中加入合金元素降低合金的析出产生重要的影响Furrerl49】对直流铸造 3003合金在热处理过程中的析出相转变作了一系列的研究当合金在3000c力n热168h 和350CJJ[1热16h后，合金中分别析出了共格和非共格的析出相当合金在更高的温度 下均质时，从合金基体中直接析出了A112Mn3Si相，然而对析出在均质初期的晶体结构 并不了解Cheng[50J等研究了AA3003铝箔的析出行为，结果表明：在退火初期阶段，合金析出了立方0E相和三角a’相。
Hansen[51】等研究了Al-1．59—0．29Fe．0．09Si合金在冷轧 后的析出行为，在400C短时间退火后，基体中与a-Al(Mn，Fe)Si和A16(Mn，Fe)一起析出 了二十面体准晶相，认为准晶相是a-Al(Mn，Fe)Si和A16(Mn，Fe)相的析出第一阶段当 AI．Mn合金中存在Mg元素时，合金的析出行为将因为Mg元素的存在而发生变化这 时由于合金在工业退火过程(加热速率低)中首先析出于基体共格的13'-M92Si相，在更 9万方数据垄堕奎堂堡主堂垡丝茎高的温度退火时，0【一AI(Mn，Fe)Si相将在预析出针状MgzSi相周围优先形核，这将导致 M92Si相的溶解【52-53]；Lodgaard和Ryum[541的研究表明在13'相与Ⅱ相之间还存在着中间u过渡相Kamat掣551研究了热轧3004合金在退火过程中o【．AI(Mn，Fe)Si相的析出，研究发现Q相可以在A16(Mn，Fe)相的界面处形核生长M．DEHMAS【3l】等研究了析出相与 初生相之间的相互作用，析出相之间由于浓度梯度的存在使析出相不断的溶解、析出、 粗化在热处理过程中，颗粒尺寸随均质温度的升高和保温时间的延长而逐渐变化，许多 学者析出相尺寸进行统计，并探讨了其演变规律[44,56-57J。
VHansen，J qonncs等‘删对热 处理过程中的析出相尺寸进行了统计，如图1．9所示，但是并未对析出相的尺寸演变规 律作深入的研究YJ-Li和L．Arnberg[56‘571定量计算了直流铸造AA3003在加热和均质处 理过程中析出相的演变规律，在加热过程中400C时合金析出相数量密度最大，而析出 相尺寸随着温度升高而增大，如图1．7(a)所示而在600C均质保温过程中，数量密 度逐渐降低，析出相尺寸先增大随后略有降低，这与高温下Mn元素的扩散以及富Mn、 Fe的析出相重溶有关R削tve Relativefroquence仃eauence∞ l 疆卜 氆A【6Mn ∞夕ll 一8一q2Mnphase盛甜母ha铑墨 20{．]图窜圈鬻瑟圈鋈謇豳_2015 1510 105 5．26 5,5 120 260 570 12fi0(rim) 12 26 55 12260 570 1250(rim)12Mc=ximum length图1．9铝合金在热处理过程中的析出相尺寸变化180诵D 140r堇 2’∞害 点100喜 嚣8D童 帕∞量 40 {c'I_3嘉¨霪k$薹flz2D ∞鸲柏豁∞籀∞俘∞SO O图1．10析出相尺寸及数量密度随温度和时间的变化 (a)加热过程(b)600。
C保温过程10万方数据第一章绪论1．3．2均质处理对复合钎焊铝箔组织和性能的影响刘建文等人㈣对铸轧AA3003铝箔的研究表明，均匀化处理可显著降低其再结晶温 度，并得到细小的再结晶组织袁婷例研究了均质处理对4343／3203／4343复合钎焊铝箔 芯材组织和性能的影响研究结果表明：经均匀化处理后芯材在钎焊后形成细小的等轴 晶；而芯材未经均匀化处理的试样则形成沿轧向分布的长条状大晶粒组织，如图1．11所示蘩■删囊擎攀 鬣'|||}荔蕤蔓蠢l攀黪i謦i 缀 ■_麟爹≥鎏 ．；；鬃熬 i攀■■‘ 攀霎篓黪 7≮蹭豢图1．11两种试样的显微组织对比童贞【60】对4343／3003／4343复合钎焊铝箔的研究表明：605C钎焊时，芯材未经均匀 化处理的试样获得粗大长条状晶粒，这种晶粒组织中小角度晶界所占比例明显高于经过 均质处理试样在钎焊中所获得的细小等轴晶组织因此，粗大长条晶粒试样中的晶界密 度不仅比细小等轴晶试样低的多，而且小角晶界比例更高，皮材中的Si向芯材扩散所 需克服的能垒更大，即钎焊过程中大晶粒试样具有更好的抗晶界侵蚀能力，从而显著提 高复合钎焊铝箔的抗下垂性能孙兴隆【6l】对AA3003的再结晶组织研究表明不经过高温均匀化处理，合金元素的过 饱和状态无法得到缓解，这就导致了铸锭经过冷轧在后续的退火过程中，合金元素迅速 脱溶，加剧了析出与再结晶的相互作用。
由于具有很高的过饱和度，合金元素的析出在 610℃退火条件下亦可以先于再结晶之前进行，并且析出相严重阻碍了合金回复时位错 的移动以及再结晶核心的生成，造成最后的再结晶晶粒的粗大1．4析出与再结晶的相互作用研究1．4．1退火过程中析出与再结晶的相互作用‘62石71过饱和固溶体在形变后的退火过程中，其析出常常伴随着再结晶发生这种情形往 往十分复杂，这是由于一方面析出动力学受到退火前变形的影响，另一方面析出与回复 再结晶之间可以产生交互作用图1．12为析出与再结晶的相互作用示意图再结晶始末 曲线与析出开始曲线分别交于B点和A点A、B两点所对应的退火温度TA、TB将 图1．12分为I、II、III三．个区域TA、TB以及其所对应的时间取决于合金本身11万方数据杂南大学硕士学位论支 在I区，即TTA，再结晶完全先于析出进行。
再结晶的进行使得基体内位错 等缺陷迅速合并、消失，不利于析出相的形核，使析出不同程度的受到推迟此时合金 的再结晶行为与单相合金类似在II区，TB
S．TANGENl251等研究了A1．Mn台金中析出与再结晶的交互作用对 合金再结晶组织的影响，研究者通过对试样硬度及电阻率的测量，获得了不同Mn含量 的AI．Mn合金的析出开始与再结晶开始的曲线，两曲线交点所对应的退火温度定为临界温度，以Tc表示研究结果表明，在临界温度Tc以上退火，此时再结晶先于析出进行， 再结晶不受析出的影响，合金最终获得细小的等轴品(图1．13a)；而在Tc以下退火，万方数据析出先于再结晶，合金倾向于获得粗大的长条状再结晶晶粒(图1．13b)并且Tc随着 Mn含量的升高而升高，即退火温度越高，Mn含量越低，合金越容易获得细小的等轴晶， 反之，则越容易获得粗大的长条晶刘文昌‘691等对CC AA3003铝合金析出与再结晶相 互作用的研究也得到了类似的结果图1．13 Al-Mn合金再结晶组织 (a)等轴组织(b)长条组织1．5复合钎焊铝箔芯材的组织控制研究现状在高温钎焊的过程中，作为翅片材的复合钎焊铝箔的强度降低，从而发生软化变形， 由此可能导致流体导管与散热翅片焊合不牢固，甚至产生虚焊或脱焊现象，从而影响散 热器的散热效果因此，抗下垂性能(箔材高温力学性能)成为衡量复合钎焊铝箔质量的重要指标㈣。
而增大晶粒尺寸减少晶界数量，即减少熔融的皮材向芯部金属的扩散渠道，是提高钎焊铝箔抗下垂性的关键【7¨故而，芯材的组织控制是复合铝箔生产过程中 的重要出发点和落脚点1．5．1加工工艺对复合铝箔芯材组织的影响 孙海安等吲研究发现随退火温度的提高，成品复合箔的强度降低，延伸率上升温度高于250℃时，强度迅速降低，到350℃左右时，强度呈线性变化，高于400C后，强度基本保持稳定，延伸率下降这可能是由于温度较低时材料处于回复阶段，在外界热 能的驱动下，残余应变能逐渐释放使材料发生软化；随着温度的升高，残余应变能释放 的愈充分，并可能发生了局部再结晶；而温度较高时，皮材中的Si元素会有轻微的渗 透，从而降低了试样的延伸率然而随着退火温度的升高和退火时间的延长，复合箔的 下垂值先降低后增加可能是因为在退火过程中，再结晶形核、晶粒长大过程和皮材中 Si向芯材的扩散行为同步发生温度较低或者退火时间较短时，芯材再结晶不完全，还。