ES2980376T3 - Aluminum alloy for heat exchanger fins - Google Patents
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Abstract
Un material de aleta de aleación de aluminio que comprende aproximadamente 0,9-1,4 % en peso de Si, 0,3-0,6 % en peso de Fe, 0,20-0,60 % en peso de Cu, 1,0-1,7 % en peso de Mn, 0,01-0,25 % en peso de Mg, 0,01-3,0 % en peso de Zn, hasta 0,10 % en peso de Ti, con el resto de Al e impurezas a <0,15 % en peso. El material de aleta de aleación de aluminio se produce mediante un proceso que incluye los pasos de colada en frío directa de un lingote, laminado en caliente del lingote después de la colada en frío directa, laminado en frío de la aleación de aluminio a un espesor intermedio, recocido intermedio de la aleación de aluminio laminada en frío a un espesor intermedio a una temperatura entre 200 y 400 °C, y laminado en frío del material después del recocido intermedio para lograr un % de trabajo en frío (%CW) de 20 a 40 %. El material de las aletas de aleación de aluminio posee una combinación mejorada de resistencia antes y después de la soldadura, conductividad térmica, resistencia al pandeo y/o potencial de corrosión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)An aluminum alloy fin material comprising about 0.9-1.4 wt% Si, 0.3-0.6 wt% Fe, 0.20-0.60 wt% Cu, 1.0-1.7 wt% Mn, 0.01-0.25 wt% Mg, 0.01-3.0 wt% Zn, up to 0.10 wt% Ti, with the balance Al and impurities at <0.15 wt%. Aluminum alloy fin material is produced by a process that includes the steps of direct cold casting of an ingot, hot rolling of the ingot after direct cold casting, cold rolling of the aluminum alloy to an intermediate thickness, intermediate annealing of the cold-rolled aluminum alloy to an intermediate thickness at a temperature between 200 and 400 °C, and cold rolling of the material after intermediate annealing to achieve a % cold work (%CW) of 20 to 40%. Aluminum alloy fin material possesses an improved combination of pre- and post-weld strength, thermal conductivity, buckling resistance, and/or corrosion potential. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Aleación de aluminio para aletas de intercambiadores de calor Aluminum alloy for heat exchanger fins
Reivindicación de prioridad Claim of priority
Con esta Solicitud se reivindica prioridad de la Solicitud Provisional de EE. UU. n.° 62/727,806, presentada el 6 de septiembre de 2018. This Application claims priority from U.S. Provisional Application No. 62/727,806, filed Sep. 6, 2018.
Campo Field
La presente invención se refiere a los campos de la ciencia de los materiales, la química de los materiales, la metalurgia, las aleaciones de aluminio, la fabricación de aluminio y los campos relacionados. La presente invención proporciona novedosas aleaciones de aluminio para su uso en la producción de aletas de intercambiadores de calor, que, a su vez, se emplean en diversos dispositivos de intercambiador de calor, por ejemplo, radiadores de vehículos de motor, condensadores, evaporadores y dispositivos relacionados. The present invention relates to the fields of materials science, materials chemistry, metallurgy, aluminum alloys, aluminum manufacturing and related fields. The present invention provides novel aluminum alloys for use in the production of heat exchanger fins, which are in turn used in various heat exchanger devices, for example, motor vehicle radiators, condensers, evaporators and related devices.
Antecedentes Background
La industria de los intercambiadores de calor para automóviles presenta una serie de demandas sobre los materiales de aluminio usados para la producción de aletas de intercambiadores de calor (“materiales de partida para aletas”). Estas demandas pueden ser difíciles de equilibrar. Existe una necesidad de aletas de aleación de aluminio con alta resistencia tanto en condiciones previas como posteriores a la soldadura fuerte, mejor oposición al pandeo que signifique un buen comportamiento durante la soldadura fuerte y una reducción de la erosión de las aletas. Para aligerar los automóviles, es deseable reducir el tamaño y el peso de los intercambiadores de calor de los automóviles para ahorrar recursos y energía. Se han estudiado varios métodos para lograr este objetivo y una de las soluciones deseables es reducir el espesor del material de las aletas de aluminio. Para reducir el espesor del material de las aletas, es importante lograr una mayor resistencia después de la soldadura fuerte y garantizar una soldabilidad adecuada. Al mismo tiempo, las aletas del intercambiador de calor deben tener una alta conductividad y un mejor comportamiento frente a la corrosión en comparación con el resto de componentes del intercambiador de calor. Por ejemplo, las aletas del intercambiador de calor pueden ser más anódicas que el material del tubo del intercambiador de calor, de modo que las aletas actúen de manera sacrificial. El material de partida para aletas de aluminio deseable poseería las propiedades y los parámetros que equilibraran los requisitos anteriores. En el documento WO 2016/022457 A1 se hace referencia a un material de partida para aletas de aleación de aluminio que comprende aproximadamente del 0,9 % al 1,2 % en peso de Si, del 0,3 % al 0,5 % en peso de Fe, del 0,20 % al 0,40 % en peso de Cu, del 1,0 % al 1,5 % en peso de Mn, del 0 % al 0,1 % en peso de Mg y del 0,0 % al 3,0 % en peso de Zn, con el resto de Al e impurezas <0,15 % en peso. En el documento μm a EP 1323839 A1 se hace referencia a una aleación de soldadura fuerte de aluminio, idealmente adecuada como material de partida para aletas que tiene la composición en porcentaje en peso: Si 0,7-1,2, Mn 0,7-1,2, Mg <0,2, Fe hasta 0,8, Zn hasta 3,0, Ni hasta 1,5, Cu hasta 0,5, opcionalmente uno o más seleccionados del grupo que comprende Ti hasta 0,20, In hasta 0,20, Zr hasta 0,25, V hasta 0,25, Sn hasta 0,25, Cr hasta 0,25, impurezas hasta 0,05 cada uno, hasta 0,15 en total, el resto de Al. The automotive heat exchanger industry places a number of demands on the aluminium materials used for the production of heat exchanger fins (“fin feedstocks”). These demands can be difficult to balance. There is a need for aluminium alloy fins with high strength in both pre- and post-brazing conditions, improved buckling resistance meaning good brazing behaviour, and reduced fin erosion. To make automobiles lighter, it is desirable to reduce the size and weight of automotive heat exchangers to save resources and energy. Various methods have been studied to achieve this goal and one of the desirable solutions is to reduce the material thickness of the aluminium fins. To reduce the material thickness of the fins, it is important to achieve higher strength after brazing and ensure adequate weldability. At the same time, the heat exchanger fins must have high conductivity and improved corrosion behaviour compared to the other components of the heat exchanger. For example, heat exchanger fins may be more anodic than the heat exchanger tube material such that the fins act sacrificially. A desirable aluminium fin starting material would possess properties and parameters that balance the above requirements. WO 2016/022457 A1 refers to an aluminium alloy fin starting material comprising about 0.9 to 1.2 wt % Si, 0.3 to 0.5 wt % Fe, 0.20 to 0.40 wt % Cu, 1.0 to 1.5 wt % Mn, 0 to 0.1 wt % Mg and 0.0 to 3.0 wt % Zn, with the balance being Al and impurities <0.15 wt %. In μm a EP 1323839 A1 reference is made to an aluminium brazing alloy, ideally suitable as a starting material for fins having the composition in weight percent: Si 0.7-1.2, Mn 0.7-1.2, Mg <0.2, Fe up to 0.8, Zn up to 3.0, Ni up to 1.5, Cu up to 0.5, optionally one or more selected from the group comprising Ti up to 0.20, In up to 0.20, Zr up to 0.25, V up to 0.25, Sn up to 0.25, Cr up to 0.25, impurities up to 0.05 each, up to 0.15 in total, the balance Al.
Compendio Compendium
Las realizaciones abarcadas de la invención están definidas por las reivindicaciones, no por este compendio. Este compendio es una visión general de alto nivel de diversos aspectos de la invención e introduce algunos de los conceptos que se describen con más detalle más abajo en la sección Descripción detallada. En este compendio no se identifican los rasgos clave o esenciales de la materia objeto reivindicada, ni se pretende que se use de forma aislada para determinar el alcance de la materia objeto reivindicada. La materia objeto debería entenderse por referencia a las partes apropiadas de la memoria descriptiva completa, cualquiera o todos los dibujos y a cada reivindicación. The encompassed embodiments of the invention are defined by the claims, not by this summary. This summary is a high-level overview of various aspects of the invention and introduces some of the concepts that are described in more detail below in the Detailed Description section. This summary does not identify key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used in isolation to determine the scope of the claimed subject matter. The subject matter should be understood by reference to the appropriate portions of the entire specification, any or all of the drawings, and each claim.
Es deseable producir material de partida para aletas de aluminio que tenga una combinación requerida de espesor (calibre), que pueda soportar la soldadura fuerte y muestre características mecánicas apropiadas antes y después de la soldadura fuerte, así como durante esta, características de resistencia y conductividad adecuadas para aplicaciones de intercambiadores de calor de alto rendimiento y potencial de corrosión adecuado. Es más, es deseable producir material de partida para aletas de aluminio a partir de un metal de entrada que incorpore chatarra de aluminio para producir material de partida para aletas de una manera rentable y respetuosa con el medio ambiente. Se explica un material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor que posee una combinación de características y propiedades que lo hacen adecuado para la producción de aletas de intercambiadores de calor, para su uso, por ejemplo, en intercambiadores de calor, tal como los empleados en la industria automotriz. En un ejemplo, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor se puede producir en forma de hoja con el espesor deseado (calibre) que es adecuado para la producción de unidades de intercambiadores de calor de peso ligero. El material de partida para aletas de aleación de aluminio puede soldarse y muestra características de resistencia antes y después de la soldadura fuerte, así como durante esta, que lo hacen atractivo para aplicaciones de intercambiadores de calor de automóviles. Más específicamente, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor posee características de resistencia previa a la soldadura fuerte que reducen los problemas de aplastamiento de las aletas durante la soldadura fuerte. El material de partida para aletas de aleación de aluminio explicadas también posee una conductividad térmica suficientemente alta adecuada para aplicaciones de intercambiadores de calor, y tiene un potencial de corrosión que es suficientemente negativo para que las aletas actúen de manera sacrificial durante la corrosión del intercambiador de calor. En resumen, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor tiene una o más de las siguientes propiedades: alta resistencia, propiedades mecánicas posteriores a la soldadura fuerte deseables, oposición al pandeo deseable, resistencia a la corrosión deseable y conductividad deseable. Al mismo tiempo, el material de partida para aletas de aleación de aluminio se puede producir a partir de aluminio de entrada que es, al menos en parte, apto para el reciclaje. Más específicamente, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor contiene concentraciones de constituyentes distintos del aluminio, por ejemplo, Cu, Fe, Mn y Zn, que son compatibles con las concentraciones de estos elementos que se encuentran en determinada chatarra de aluminio como metal de entrada. It is desirable to produce aluminum fin stock having a required combination of thickness (gauge), that can withstand brazing and exhibit appropriate mechanical characteristics before, during, and after brazing, strength and conductivity characteristics suitable for high performance heat exchanger applications, and suitable corrosion potential. Furthermore, it is desirable to produce aluminum fin stock from an input metal incorporating aluminum scrap to produce fin stock in a cost effective and environmentally friendly manner. An improved aluminum alloy fin stock is disclosed that possesses a combination of characteristics and properties that make it suitable for the production of heat exchanger fins, for use, for example, in heat exchangers such as those employed in the automotive industry. In one example, the improved aluminum alloy fin stock can be produced in sheet form with the desired thickness (gauge) that is suitable for the production of lightweight heat exchanger units. The aluminum alloy fin stock can be brazed and exhibits strength characteristics before, during, and after brazing that make it attractive for automotive heat exchanger applications. More specifically, the aluminum alloy fin stock better possesses pre-brazing strength characteristics that reduce fin crushing problems during brazing. The explained aluminum alloy fin stock also possesses sufficiently high thermal conductivity suitable for heat exchanger applications, and has a corrosion potential that is sufficiently negative for the fins to act sacrificially during heat exchanger corrosion. In summary, the aluminum alloy fin stock better has one or more of the following properties: high strength, desirable post-brazing mechanical properties, desirable buckling resistance, desirable corrosion resistance, and desirable conductivity. At the same time, the aluminum alloy fin stock can be produced from input aluminum that is, at least in part, suitable for recycling. More specifically, the starting material for aluminum alloy fins best contains concentrations of non-aluminum constituents, e.g., Cu, Fe, Mn, and Zn, that are compatible with the concentrations of these elements found in certain aluminum scrap as input metal.
El material de partida para aletas de aleación de aluminio explicado se produce en forma de hoja, en forma de placa o en forma de plancha. También se explican procedimientos para producir material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor, que incorporan una o más etapas de colada, laminación y recocido. En algunos casos, las etapas del procedimiento empleadas durante la producción del material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor confieren propiedades y características beneficiosas al material. En un procedimiento ejemplar, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor se produce usando una o más etapas de laminación en frío. Cada una de las etapas de laminación en frío puede implicar, a su vez, múltiples pasadas de laminación en frío. Una etapa de laminación en frío puede caracterizarse por “porcentaje de trabajo en frío” o “% TF” logrado. Puede ser deseable lograr un intervalo o valor específico de % TF para conseguir el intervalo de resistencia requerido del material de partida para aletas de aleación de aluminio. En un ejemplo, el material de partida para aletas de aleación de aluminio puede producirse mediante un procedimiento que implica colada en frío directa y trabajo en frío (laminado en frío) para producir un templado previo a la soldadura fuerte deseable, por ejemplo, un templado H14. En algunos ejemplos, el material de aleación de aluminio de partida para aletas mejor se puede producir en diversos temples diferentes previos a la soldadura fuerte endurecidos por deformación, tales como H16, H18 u otros temples H1X. El procedimiento para producir el material de partida para aletas de aleación de aluminio también puede implicar el laminado en caliente después de la colada en frío directa, y el recocido intermedio antes de las etapas finales de laminación en frío (por ejemplo, entre las etapas intermedias y finales de laminación en frío). El término “recocido intermedio (RI)” se refiere a un tratamiento térmico aplicado entre las etapas de laminación en frío. La temperatura de RI puede afectar las propiedades de los materiales de partida para aletas de aluminio. Por ejemplo, reducir la temperatura de RI de 400 °C a 350 °C da como resultado un tamaño de grano más grueso posterior a la soldadura fuerte. Una combinación de % TF y temperatura de RI empleada en la producción, junto con otros factores como la composición de la aleación de aluminio, da como resultado propiedades deseables. The aluminum alloy fin stock discussed herein is produced in sheet form, plate form, or slab form. Also discussed are processes for producing better aluminum alloy fin stock that incorporate one or more casting, rolling, and annealing steps. In some cases, the process steps employed during production of the better aluminum alloy fin stock impart beneficial properties and characteristics to the material. In an exemplary process, the better aluminum alloy fin stock is produced using one or more cold rolling steps. Each of the cold rolling steps may, in turn, involve multiple cold rolling passes. A cold rolling step may be characterized by “percent cold work” or “%TF” achieved. It may be desirable to achieve a specific range or value of %TF to achieve the required strength range of the aluminum alloy fin stock. In one example, the aluminum alloy fin stock may be produced by a process involving direct cold casting and cold working (cold rolling) to produce a desirable pre-brazing temper, for example, an H14 temper. In some examples, the aluminum alloy fin stock may best be produced in a variety of different strain-hardened pre-brazing tempers, such as H16, H18, or other H1X tempers. The process for producing the aluminum alloy fin stock may also involve hot rolling after direct cold casting, and intermediate annealing prior to the final cold rolling stages (e.g., between the intermediate and final cold rolling stages). The term “intermediate annealing (IR)” refers to a heat treatment applied between the cold rolling stages. The IR temperature may affect the properties of the aluminum fin stock. For example, reducing the RI temperature from 400°C to 350°C results in a coarser grain size after brazing. A combination of % TF and RI temperature employed in production, along with other factors such as the composition of the aluminum alloy, results in desirable properties.
El material de partida para aletas de aleación de aluminio explicado se puede usar en diversas aplicaciones, por ejemplo, para manufacturar aletas para intercambiadores de calor. En algunos casos, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor es útil para intercambiadores de calor de automóviles ligeros y de alto rendimiento. Como ejemplos no limitantes, el material de partida para aletas de aleación de aluminio se puede usar en intercambiadores de calor de automóviles, tales como radiadores, condensadores y evaporadores. Sin embargo, los usos y las aplicaciones del material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor no se limitan a intercambiadores de calor de automóviles y se prevén otros usos, ya que las características y propiedades del material de partida para aletas de aleación de aluminio también pueden ser beneficiosas para usos y aplicaciones distintos de la producción de aletas para intercambiadores de calor para automóviles. Por ejemplo, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor se puede usar para manufacturar diversos dispositivos en que se emplean intercambiadores de calor y se producen por soldadura fuerte, tales como los dispositivos empleados en calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVAC&R). The aluminum alloy fin stock discussed above can be used in a variety of applications, for example, to manufacture fins for heat exchangers. In some cases, the aluminum alloy fin stock is useful for lightweight, high-performance automotive heat exchangers. As non-limiting examples, the aluminum alloy fin stock can be used in automotive heat exchangers, such as radiators, condensers, and evaporators. However, the uses and applications of the aluminum alloy fin stock are not limited to automotive heat exchangers and other uses are anticipated, as the characteristics and properties of the aluminum alloy fin stock may also be beneficial for uses and applications other than the production of automotive heat exchanger fins. For example, aluminum alloy fin stock can best be used to manufacture various devices where heat exchangers are used and produced by brazing, such as devices used in heating, ventilation, air conditioning and refrigeration (HVAC&R).
Como se analizó anteriormente, las composiciones y los procedimientos para producir el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor conducen a un material que posee una combinación de características y propiedades beneficiosas que lo hacen adecuado para manufacturar aletas de intercambiadores de calor. Por ejemplo, el material de partida para aletas de aleación de aluminio muestra combinaciones beneficiosas de una o más de las siguientes características: propiedades mecánicas previas y posteriores a la soldadura fuerte, tales como resistencia a la tracción y oposición al pandeo posterior a la soldadura fuerte, conductividad térmica y potencial de corrosión. La reivindicación 1 de la presente invención se refiere a una aleación de aluminio que comprende del 0,9 % al 1,4 % en peso de Si, del 0,3 % al 0,6 % en peso de Fe, del 0,40 % al 0,55 % en peso de Cu, del 1,0 % al 1,7 % en peso de Mn, del 0,10 % al 0,25 % de Mg y del 1,9 % al 2,6 % en peso de Zn, hasta el 0,10 % en peso de Ti, con el resto de Al e impurezas cada uno en una cantidad del 0%al 0,05%en peso y en total <0,15%en peso, en donde opcionalmente las impurezas incluyen Ga, V, Ni, Sc, Ag, B, Bi, Zr, Li, Pb, Sn, Ca, Hf, Sr, o combinaciones de estos. En las aleaciones de aluminio explicadas, uno o más de Zr, V, Cr o Ni pueden estar presentes en una cantidad por debajo del 0,05 % en peso, por debajo del 0,04 % en peso, por debajo del 0,03 % en peso, por debajo del 0,02 % en peso, o por debajo del 0,01 % en peso. En algunos casos, uno o más de Zr, V, Cr o Ni están ausentes (es decir, 0 % en peso). As discussed above, the compositions and processes for producing aluminum alloy fin stock best result in a material that possesses a combination of beneficial characteristics and properties that make it suitable for manufacturing heat exchanger fins. For example, aluminum alloy fin stock exhibits beneficial combinations of one or more of the following characteristics: pre- and post-brazing mechanical properties, such as tensile strength and resistance to post-brazing buckling, thermal conductivity, and corrosion potential. Claim 1 of the present invention relates to an aluminum alloy comprising 0.9% to 1.4% by weight of Si, 0.3% to 0.6% by weight of Fe, 0.40% to 0.55% by weight of Cu, 1.0% to 1.7% by weight of Mn, 0.10% to 0.25% of Mg and 1.9% to 2.6% by weight of Zn, up to 0.10% by weight of Ti, with the balance of Al and impurities each in an amount of 0% to 0.05% by weight and in total <0.15% by weight, wherein optionally the impurities include Ga, V, Ni, Sc, Ag, B, Bi, Zr, Li, Pb, Sn, Ca, Hf, Sr, or combinations thereof. In the aluminum alloys discussed, one or more of Zr, V, Cr, or Ni may be present in an amount below 0.05% by weight, below 0.04% by weight, below 0.03% by weight, below 0.02% by weight, or below 0.01% by weight. In some cases, one or more of Zr, V, Cr, or Ni is absent (i.e., 0% by weight).
En algunos ejemplos, las aleaciones de aluminio explicadas pueden tener una resistencia máxima a la tracción de uno o ambos de lo siguiente: al menos 200 MPa, medidos en condición previa a la soldadura fuerte, o al menos 150 MPa, medidos posteriormente a la soldadura fuerte. En un ejemplo, la aleación de aluminio tiene una resistencia máxima a la tracción de uno o ambos de lo siguiente: de 200 MPa a 230 MPa, medidos en condición previa a la soldadura fuerte, o más de 170 MPa medidos posteriormente a la soldadura fuerte. La aleación de aluminio puede tener un potencial de corrosión de -760 mV o menos, medidos posteriormente a la soldadura fuerte. La aleación de aluminio puede tener una conductividad térmica mayor que el 40 % IACS (Estándar Internacional de Cobre Recocido) que supone la conductividad del cobre puro del 100 %), medido posteriormente a la soldadura fuerte. In some examples, the aluminum alloys discussed may have an ultimate tensile strength of one or both of the following: at least 200 MPa, measured in the pre-brazing condition, or at least 150 MPa, measured post-brazing. In one example, the aluminum alloy has an ultimate tensile strength of one or both of the following: from 200 MPa to 230 MPa, measured in the pre-brazing condition, or greater than 170 MPa measured post-brazing. The aluminum alloy may have a corrosion potential of -760 mV or less, measured post-brazing. The aluminum alloy may have a thermal conductivity greater than 40% IACS (International Annealed Copper Standard) which assumes the conductivity of 100% pure copper, measured post-brazing.
Las aleaciones de aluminio explicadas se pueden producir mediante un procedimiento que comprende: colada en frío directa de la aleación de aluminio en un lingote; laminación en caliente del lingote después de la colada en frío directa; después del laminado en caliente, laminado en frío de la aleación de aluminio hasta un espesor intermedio; después del laminado en frío, recocido intermedio de la aleación de aluminio laminada hasta el espesor intermedio a una temperatura entre 200 °C y 400 °C (200 °C a 400 °C); y, después del recocido intermedio, laminado en frío de la aleación de aluminio para lograr un porcentaje de reducción de trabajo en frío (%TF) en espesor del 20 % al 40 %, lo que da como resultado una hoja con un espesor de 45 μm a 100 |jm, 45 μm a 90 μm, 47 μm a 85 μm, o 50 μm a 83 μm. En otros procedimientos, se puede usar la colada continua. El % TF logrado en los procedimientos descritos anteriormente puede ser del 30 % al 40 %. El recocido intermedio se puede realizar a una temperatura entre 320 °C y 370 °C (320 °C a 370 °C), entre 290 °C y 360 °C (290 °C a 360 °C) o entre 340 °C y 360 °C (340 °C a 360 °C). El tiempo de recocido intermedio puede ser de 30 a 60 minutos. También se explica un intercambiador de calor que comprende aleaciones de aluminio mejores. El intercambiador de calor puede ser un intercambiador de calor de un vehículo de motor. El intercambiador de calor puede ser un radiador, un condensador o un evaporador. También se explican procedimientos para hacer objetos y aparatos que comprenden las aleaciones mejores. Un ejemplo de dicho procedimiento es un procedimiento para hacer un intercambiador de calor, que comprende unir mediante soldadura fuerte al menos una primera forma de aleación de aluminio fabricada a partir de la aleación de aluminio con una segunda forma de aleación de aluminio, que comprende: ensamblar y asegurar las dos o más conformaciones de aluminio entre sí; y calentar las dos o más conformaciones de aluminio a una temperatura de soldadura fuerte hasta que se creen juntas entre las dos o más conformaciones de aluminio por acción capilar. Los usos de las aleaciones de aluminio mejores para la fabricación de aletas de intercambiadores de calor y otros objetos y aparatos también se incluyen dentro del alcance de la presente descripción. Otros objetivos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada. The aluminum alloys explained may be produced by a process comprising: direct cold casting of the aluminum alloy into an ingot; hot rolling of the ingot after direct cold casting; after hot rolling, cold rolling the aluminum alloy to an intermediate thickness; after cold rolling, intermediate annealing of the rolled aluminum alloy to the intermediate thickness at a temperature between 200 °C and 400 °C (200 °C to 400 °C); and, after intermediate annealing, cold rolling the aluminum alloy to achieve a cold work reduction percentage (%TF) in thickness of 20% to 40%, resulting in a sheet with a thickness of 45 μm to 100 μm, 45 μm to 90 μm, 47 μm to 85 μm, or 50 μm to 83 μm. In other processes, continuous casting may be used. The % TF achieved in the processes described above may be 30% to 40%. Intermediate annealing may be performed at a temperature between 320°C and 370°C (320°C to 370°C), between 290°C and 360°C (290°C to 360°C), or between 340°C and 360°C (340°C to 360°C). The intermediate annealing time may be 30 to 60 minutes. A heat exchanger comprising improved aluminum alloys is also discussed. The heat exchanger may be a heat exchanger of a motor vehicle. The heat exchanger may be a radiator, a condenser, or an evaporator. Processes for making objects and apparatus comprising the improved alloys are also discussed. An example of such a method is a method for making a heat exchanger, comprising brazing together at least a first aluminum alloy form made from the aluminum alloy with a second aluminum alloy form, comprising: assembling and securing the two or more aluminum forms together; and heating the two or more aluminum forms to a brazing temperature until seals are created between the two or more aluminum forms by capillary action. Uses of the improved aluminum alloys for the manufacture of heat exchanger fins and other objects and apparatus are also included within the scope of the present disclosure. Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
Las Figuras 1A-I muestran fotografías de la estructura de partículas para muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación antes de la soldadura fuerte. Figures 1A-I show photographs of the particle structure for aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure prior to brazing.
Las Figuras 2A-I muestran fotografías de la estructura de partículas para muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación después de la soldadura fuerte estándar. Figures 2A-I show photographs of the particle structure for aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure after standard brazing.
Las Figuras 3A-I muestran fotografías de la estructura de partículas para muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación después de la soldadura fuerte rápida. Figures 3A-I show photographs of the particle structure for aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure after rapid brazing.
Las Figuras 4A-I muestran fotografías del tamaño de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación después de la soldadura fuerte. Figures 4A-I show photographs of the grain size of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure after brazing.
Las Figuras 5A-I muestran fotografías del tamaño de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación después de la soldadura fuerte rápida. Figures 5A-I show photographs of the grain size of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure after rapid brazing.
Las Figuras 6A-I muestran fotografías de la estructura de grano para muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación antes de la soldadura fuerte. Figures 6A-I show photographs of the grain structure for aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure prior to brazing.
Las Figuras 7A-I muestran fotografías de la estructura de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación después de la soldadura fuerte estándar. Figures 7A-I show photographs of the grain structure of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure after standard brazing.
Las Figuras 8A-I muestran fotografías de la estructura de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación después de la soldadura fuerte rápida. Figures 8A-I show photographs of the grain structure of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure after rapid brazing.
Las Figuras 9A-D muestran el efecto del porcentaje de trabajo en frío y el recocido intermedio sobre diferentes propiedades de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación. Figures 9A-D show the effect of cold working percentage and intermediate annealing on different properties of aluminum alloy samples prepared according to the present discussion.
Las Figuras 10A-D muestran fotografías de la estructura de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación y sometidas a soldadura fuerte estándar. Figures 10A-D show photographs of the grain structure of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure and subjected to standard brazing.
Las Figuras 11A-D muestran fotografías de la estructura de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación y sometidas a soldadura fuerte estándar. Figures 11A-D show photographs of the grain structure of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure and subjected to standard brazing.
Las Figuras 12A-D muestran fotografías de la estructura de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación y sometidas a soldadura fuerte rápida. Figures 12A-D show photographs of the grain structure of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure and subjected to rapid brazing.
Las Figuras 13A-D muestran fotografías de la estructura de grano de muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación y sometidas a soldadura fuerte rápida. Figures 13A-D show photographs of the grain structure of aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure and subjected to rapid brazing.
Las Figuras 14A-E muestran fotografías de los resultados de las pruebas de corrosión para especímenes que comprenden muestras de aleación de aluminio preparadas según la presente explicación. Figures 14A-E show photographs of corrosion test results for specimens comprising aluminum alloy samples prepared according to the present disclosure.
Descripción detallada Detailed description
En este documento se describen aleaciones de aluminio que se oponen a la corrosión y de alta resistencia y métodos para hacerlas y procesarlas. Las aleaciones de aluminio descritas en este documento exhiben resistencia mecánica, oposición a la corrosión y/o conformabilidad mejores. Las aleaciones proporcionadas en este documento incluyen más silicio (Si), cobre (Cu), manganeso (Mn) y magnesio (Mg) en comparación con las aleaciones existentes. Las aleaciones proporcionadas en este documento pueden tener mejor resistencia posterior a la soldadura fuerte en comparación con las aleaciones existentes. El material de aleación puede conformarse como material de partida para aletas y se puede usar en intercambiadores de calor de automóviles, tales como radiadores, condensadores y evaporadores. El material de partida para aletas de aluminio se puede usar para otras aplicaciones soldadas, incluidas, entre otras, aplicaciones HVAC&R. Adicionalmente, el material de partida para aletas de aleación de aluminio es útil para intercambiadores de calor de automóviles ligeros y de alto rendimiento. El material para aletas está diseñado para ser menos noble que el tubo, de modo que el primero se corroe más rápido que el segundo. Los intercambiadores de calor están diseñados basándose en esta prevención sacrificial de la corrosión mediante material de partida para aletas sobre tubos. En consecuencia, el material de partida para aleta descrito en este documento ofrece esta protección sacrificial al tubo. This document describes high strength, corrosion resistant aluminum alloys and methods for making and processing them. The aluminum alloys described herein exhibit improved mechanical strength, corrosion resistance, and/or formability. The alloys provided herein include more silicon (Si), copper (Cu), manganese (Mn), and magnesium (Mg) compared to existing alloys. The alloys provided herein may have improved post-braze strength compared to existing alloys. The alloy material can be formed as a fin stock and can be used in automotive heat exchangers such as radiators, condensers, and evaporators. The aluminum fin stock can be used for other brazed applications including, but not limited to, HVAC&R applications. Additionally, the aluminum alloy fin stock is useful for high performance, lightweight automotive heat exchangers. Fin material is designed to be less noble than tube, so that the former corrodes faster than the latter. Heat exchangers are designed based on this sacrificial corrosion prevention by fin stock on tubes. Accordingly, the fin stock described in this document provides this sacrificial protection to the tube.
Definiciones y descripciones Definitions and descriptions
Los términos “invención” y “ la invención”, “esta invención” y “ la presente invención” usados en este documento se refieren ampliamente a toda la materia objeto de esta Solicitud de Patente y a las reivindicaciones que se muestran más adelante. The terms “invention” and “the invention”, “this invention” and “the present invention” used herein refer broadly to the entire subject matter of this Patent Application and the claims set forth below.
En esta descripción, se hace referencia a las aleaciones identificadas por las designaciones de la industria del aluminio, como “serie” o “1xxx”. Para comprender el sistema de designación numérica usado con más frecuencia para nombrar e identificar el aluminio y sus aleaciones, véanse “ International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” o “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados por The Aluminum Association. Throughout this discussion, alloys identified by aluminum industry designations such as “series” or “1xxx” are referred to. For an understanding of the numerical designation system most commonly used to name and identify aluminum and its alloys, see “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” or “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot,” both published by The Aluminum Association.
Como se usa en este documento, el significado de “un”, “una” o “el/la” incluye las referencias en singular y plural, a menos que el contexto indique claramente otra cosa. As used herein, the meaning of “a,” “an,” or “the” includes both singular and plural references, unless the context clearly indicates otherwise.
Como se usa en este documento, una placa, en general, tiene un espesor mayor que aproximadamente 15 mm. Por ejemplo, una placa puede referirse a un producto de aluminio que tenga un espesor mayor que aproximadamente 15 mm, mayor que aproximadamente 20 mm, mayor que aproximadamente 25 mm, mayor que aproximadamente 30 mm, mayor que aproximadamente 35 mm, mayor que aproximadamente 40 mm, mayor que aproximadamente 45 mm, mayor que aproximadamente 50 mm o mayor que aproximadamente 100 mm. As used herein, a plate generally has a thickness greater than about 15 mm. For example, a plate may refer to an aluminum product having a thickness greater than about 15 mm, greater than about 20 mm, greater than about 25 mm, greater than about 30 mm, greater than about 35 mm, greater than about 40 mm, greater than about 45 mm, greater than about 50 mm, or greater than about 100 mm.
Como se usa en este documento, una plancha (también conocida como palastro) tiene, en general, un espesor de aproximadamente 4 mm a aproximadamente 15 mm. Por ejemplo, una plancha puede tener un espesor de aproximadamente 4 mm, aproximadamente 5 mm, aproximadamente 6 mm, aproximadamente 7 mm, aproximadamente 8 mm, aproximadamente 9 mm, aproximadamente 10 mm, aproximadamente 11 mm, aproximadamente 12 mm, aproximadamente 13 mm, aproximadamente 14 mm o aproximadamente 15 mm. As used herein, a plank (also known as a slab) generally has a thickness of about 4 mm to about 15 mm. For example, a plank may have a thickness of about 4 mm, about 5 mm, about 6 mm, about 7 mm, about 8 mm, about 9 mm, about 10 mm, about 11 mm, about 12 mm, about 13 mm, about 14 mm, or about 15 mm.
Como se usa en este documento, una hoja, en general, se refiere a un producto de aluminio que tiene un espesor menor que aproximadamente 4 mm. Por ejemplo, una hoja puede tener un espesor menor que aproximadamente 4 mm, menor que aproximadamente 3 mm, menor que aproximadamente 2 mm, menor que aproximadamente 1 mm, menor que aproximadamente 0,5 mm, menor que aproximadamente 0,3 mm, menor que aproximadamente 0,1 mm, o menor que aproximadamente 0,05 mm. As used herein, a sheet generally refers to an aluminum product having a thickness of less than about 4 mm. For example, a sheet may have a thickness of less than about 4 mm, less than about 3 mm, less than about 2 mm, less than about 1 mm, less than about 0.5 mm, less than about 0.3 mm, less than about 0.1 mm, or less than about 0.05 mm.
En esta solicitud se hace referencia al temple o la condición de la aleación. Para comprender las descripciones de los temples de aleaciones usados con más frecuencia, véase el documento “American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems”. Una condición o temple F se refiere a una aleación de aluminio tal como se fabrica. Una condición o templado O se refiere a una aleación de aluminio después del recocido. Una condición o templado Hxx, también denominado en este documento templado Hxx, se refiere a una aleación de aluminio con o sin tratamiento térmico (por ejemplo, recocido) después de laminación en frío. Los templados H adecuados incluyen templados HX1, HX2, HX3 HX4, HX5,<h>X6, HX7, HX8 o HX9. Por ejemplo, la aleación de aluminio puede laminarse en frío para dar como resultado un posible templado H19. En un ejemplo más, la aleación de aluminio puede laminarse en frío y recocerse para dar como resultado un posible templado H23. This application refers to the temper or condition of the alloy. For descriptions of the most commonly used alloy tempers, see American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems. An F condition or temper refers to an aluminum alloy as manufactured. An O condition or temper refers to an aluminum alloy after annealing. An Hxx condition or temper, also referred to herein as an Hxx temper, refers to an aluminum alloy with or without heat treatment (e.g., annealing) after cold rolling. Suitable H tempers include HX1, HX2, HX3, HX4, HX5, X6, HX7, HX8, or HX9 tempers. For example, the aluminum alloy may be cold rolled to result in a possible H19 temper. In a further example, the aluminum alloy may be cold rolled and annealed to result in a possible H23 temper.
Las siguientes aleaciones de aluminio se describen en términos de su composición elemental en porcentaje en peso (% en peso) según el peso total de la aleación. El resto es aluminio, con un porcentaje en peso máximo de un 0,15 % para la suma de todas las impurezas. The following aluminium alloys are described in terms of their elemental composition in weight percent (wt%) based on the total weight of the alloy. The remainder is aluminium, with a maximum weight percent of 0.15% for the sum of all impurities.
Como se usa en este documento, “potencial electroquímico” se refiere a la capacidad de un material para una reacción redox. Se puede emplear potencial electroquímico para evaluar la oposición a la corrosión de las aleaciones de aluminio descritas en este documento. Un valor negativo puede describir un material que es más fácil de oxidar (por ejemplo, perder electrones o aumentar el estado de oxidación) en comparación con un material con un potencial electroquímico positivo. Un valor positivo puede describir un material que es más fácil de reducir (por ejemplo, ganar electrones o disminuir el estado de oxidación) en comparación con un material con un potencial electroquímico negativo. El potencial electroquímico, tal como se usa en este documento, es una cantidad vectorial que expresa magnitud y dirección. As used herein, “electrochemical potential” refers to a material’s capacity for a redox reaction. Electrochemical potential can be used to assess the corrosion resistance of the aluminum alloys described herein. A negative value may describe a material that is easier to oxidize (e.g., lose electrons or increase oxidation state) compared to a material with a positive electrochemical potential. A positive value may describe a material that is easier to reduce (e.g., gain electrons or decrease oxidation state) compared to a material with a negative electrochemical potential. Electrochemical potential, as used herein, is a vector quantity that expresses magnitude and direction.
Como se usa en este documento, el significado de “temperatura ambiente” puede incluir una temperatura de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 30 °C, por ejemplo, de aproximadamente 15 °C, aproximadamente 16 °C, aproximadamente 17 °C, aproximadamente 18 °C, aproximadamente 19 °C, aproximadamente 20 °C, aproximadamente 21 °C, aproximadamente 22 °C, aproximadamente 23 °C, aproximadamente 24 °C, aproximadamente 25 °C, aproximadamente 26 °C, aproximadamente 27 °C, aproximadamente 28 °C, aproximadamente 29 °C, o aproximadamente 30 °C As used herein, the meaning of “ambient temperature” may include a temperature of from about 15°C to about 30°C, for example, from about 15°C, about 16°C, about 17°C, about 18°C, about 19°C, about 20°C, about 21°C, about 22°C, about 23°C, about 24°C, about 25°C, about 26°C, about 27°C, about 28°C, about 29°C, or about 30°C.
Se ha de entender que todos los intervalos explicados en este documento abarcan todos y cada uno de los subintervalos incluidos en estos. Por ejemplo, se debería considerar que un intervalo establecido de “1 a 10” incluye todos y cada uno de los subintervalos entre (e inclusive) el valor mínimo de 1 y el valor máximo de 10; es decir, todos los subintervalos que comienzan con un valor mínimo de 1 o más, por ejemplo, de 1 a 6,1, y que terminan con un valor máximo de 10 o menos, por ejemplo, de 5,5 a 10. All intervals explained in this document should be understood to encompass any and all subintervals within them. For example, a stated interval of “1 to 10” should be considered to include any and all subintervals between (and including) the minimum value of 1 and the maximum value of 10; that is, all subintervals that begin with a minimum value of 1 or more, for example, 1 to 6.1, and end with a maximum value of 10 or less, for example, 5.5 to 10.
Composiciones de aleación Alloy compositions
A continuación, se describen las nuevas aleaciones de aluminio. Las propiedades de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio varían según su composición. El material de partida para aletas de aleación de aluminio en este documento explicado posee varias propiedades ventajosas. El material de partida para aletas de aleación de aluminio se puede producir en forma de hojas, planchas, o placas y posee una resistencia deseable antes y después de la soldadura fuerte, así como durante esta, incluso a calibres menores que 200 |jm o 100 |jm, que lo hace adecuado para la manufactura de aletas para aplicaciones de intercambiadores de calor. El material de aleación de aluminio también posee conductividad térmica y potencial de corrosión adecuados para la producción de material para aletas. The new aluminum alloys are described below. The properties of the aluminum alloy fin stock vary depending on their composition. The aluminum alloy fin stock discussed in this document possesses several advantageous properties. The aluminum alloy fin stock can be produced in the form of sheets, plates, or sheets and possesses desirable strength before, during, and after brazing, even at gauges less than 200 |jm or 100 |jm, making it suitable for the manufacture of fins for heat exchanger applications. The aluminum alloy material also possesses thermal conductivity and corrosion potential suitable for the production of fin stock.
El material de partida para aletas de aleación de aluminio según se explica en este documento puede contener un contenido mayor que uno o más de Cu, Si y Mg, en comparación con las aleaciones de partida para aletas conocidas. La composición del material de partida para aletas de aleación de aluminio y/o su procedimiento de producción conducen a propiedades mejores del material, tales como reducción del aplastamiento de las aletas durante la soldadura fuerte, mayor resistencia posterior a la soldadura fuerte, conductividad térmica mejor, oposición al pandeo mejor y mayor potencial de corrosión anódica. El material de partida para aletas de aleación de aluminio posee uno o más de resistencia, conductividad térmica y potencial de corrosión que se mejora en comparación con las aleaciones conocidas usadas para la producción de material de partida para aletas. Las concentraciones relativamente altas de los constituyentes que no son aluminio en el material de partida para aletas de aleación de aluminio permiten que se produzca a partir de metal de entrada que se incorpore aluminio apto para el reciclaje, lo que permite diferentes entradas de metal. The aluminum alloy fin feedstock as explained herein may contain a higher content of one or more of Cu, Si and Mg, compared to known fin feedstock alloys. The composition of the aluminum alloy fin feedstock and/or its production process lead to improved material properties, such as reduced fin crushing during brazing, increased post-brazing strength, improved thermal conductivity, improved buckling resistance and increased anodic corrosion potential. The aluminum alloy fin feedstock possesses one or more of strength, thermal conductivity and corrosion potential that is improved compared to known alloys used for fin feedstock production. The relatively high concentrations of non-aluminum constituents in the aluminum alloy fin feedstock allow it to be produced from input metal that incorporates recyclable aluminum, allowing for different metal inputs.
El material de partida para aletas de aleación de aluminio se produce mediante un procedimiento que incluye una etapa de tratamiento térmico (recocido intermedio) antes de una etapa final de laminación en frío. El recocido intermedio se lleva a cabo a una temperatura de 200 °C a 400 °C durante un periodo de aproximadamente 30 minutos a 2 horas (por ejemplo, durante un periodo de tiempo de aproximadamente 1 a 2 horas). El recocido intermedio es seguido por etapas de laminación en frío que conducen a una reducción especificada del espesor (“% de trabajo en frío”, definido más adelante en este documento). En algunos ejemplos, la combinación anterior de etapas del procedimiento (recocido intermedio seguido de laminado en frío) da como resultado un aumento de la resistencia previa a la soldadura fuerte y una estructura de grano grueso posterior a la soldadura fuerte mejor, lo que conduce a una oposición al pandeo mejor de los materiales de partida para aletas de aluminio mejores, y también afecta la conductividad térmica y el potencial de corrosión, conduciendo así a un material que tiene una combinación favorable de características y propiedades. Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 1 (no según la invención). The aluminum alloy fin starting material is produced by a process that includes a heat treatment step (intermediate annealing) prior to a final cold rolling step. The intermediate annealing is carried out at a temperature of 200°C to 400°C for a period of about 30 minutes to 2 hours (e.g., for a time period of about 1 to 2 hours). The intermediate annealing is followed by cold rolling steps leading to a specified thickness reduction (“% cold work,” defined later in this document). In some examples, the above combination of process steps (intermediate annealing followed by cold rolling) results in an increase in pre-braze strength and a better post-braze coarse grain structure, which leads to better buckling resistance of the better aluminum fin starting materials, and also affects thermal conductivity and corrosion potential, thus leading to a material having a favorable combination of characteristics and properties. The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 1 (not according to the invention).
Tabla 1 Table 1
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 2 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 2 (not according to the invention).
Tabla 2 Table 2
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 3 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 3 (not according to the invention).
Tabla 3 Table 3
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 4 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 4 (not according to the invention).
Tabla 4 Table 4
Las aleaciones según la invención tienen la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 5. The alloys according to the invention have the following elemental composition as given in Table 5.
Tabla 5 Table 5
Las aleaciones pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 6 (no según la invención). The alloys may have the following elemental composition as given in Table 6 (not according to the invention).
Tabla 6 Table 6
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 7 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 7 (not according to the invention).
Tabla 7 Table 7
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 8 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 8 (not according to the invention).
Tabla 8 Table 8
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 9 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 9 (not according to the invention).
Tabla 9 Table 9
Las aleaciones descritas en este documento pueden tener la siguiente composición elemental como se proporciona en la Tabla 10 (no según la invención). The alloys described herein may have the following elemental composition as given in Table 10 (not according to the invention).
Tabla 10 Table 10
La aleación explicada incluye silicio (Si) en una cantidad del 0,9 % al 1,4 % (por ejemplo, del 0,95 % al 0,35 %, del 1,0 % al 1,30 %, o del 1,10 % al 1,30 %) en base al peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 0,90 %, aproximadamente el 0,91 %, aproximadamente el 0,92 %, aproximadamente el 0,93 %, aproximadamente el 0,94 %, aproximadamente el 0,95 %, aproximadamente el 0,96 %, aproximadamente el 0,97 %, aproximadamente el 0,98 %, aproximadamente el 0,99 %, aproximadamente el 1,00 %, aproximadamente el 1,01 %, aproximadamente el 1,02 %, aproximadamente el 1,03 %, aproximadamente el 1,04 %, aproximadamente el 1,05 %, aproximadamente el 1,06 %, aproximadamente el 1,07 %, aproximadamente el 1,08 %, aproximadamente el 1,09 %, aproximadamente el 1,10 %, aproximadamente el 1,11 %, aproximadamente el 1,12 %, aproximadamente el 1,13 %, aproximadamente el 1,14 %, aproximadamente el 1,15 %, aproximadamente el 1,16 %, aproximadamente el 1.17 %, aproximadamente el 1,18 %, aproximadamente el 1,19 %, aproximadamente el 1,20 %, aproximadamente el 1,21 %, aproximadamente el 1,22 %, aproximadamente el 1,23 %, aproximadamente el 1.24 %, aproximadamente el 1,25 %, aproximadamente el 1,26 %, aproximadamente el 1,27 %, aproximadamente el 1,28 %, aproximadamente el 1,29 %, aproximadamente el 1,30 %, aproximadamente el 1.31 %, aproximadamente el 1,32 %, aproximadamente el 1,33 %, aproximadamente el 1,34 %, aproximadamente el 1,35 %, aproximadamente el 1,36 %, aproximadamente el 1,37 %, aproximadamente el 1.38 %, aproximadamente el 1,39 % o aproximadamente el 1,40 % de Si, Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. Entre otras cosas, el contenido de Si afecta la temperatura de fusión de una aleación de aluminio. El aumento del contenido de Si reduce el punto de fusión de la aleación de aluminio. En consecuencia, para que el material de partida para aletas de aleación de aluminio sea soldable, el contenido de Si de la aleación debe ser suficientemente bajo para que la aleación no funda durante el ciclo de soldadura fuerte. Por otro lado, un contenido de Si relativamente alto en la aleación conduce a la formación de dispersoides de AlMnSi que dan como resultado un fortalecimiento de dispersoides beneficioso de la matriz y mejores características de resistencia de la aleación. El contenido de Si usado en la aleación de material para aletas explicada equilibra los factores anteriores. The alloy explained includes silicon (Si) in an amount of 0.9% to 1.4% (e.g., 0.95% to 0.35%, 1.0% to 1.30%, or 1.10% to 1.30%) based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 0.90%, about 0.91%, about 0.92%, about 0.93%, about 0.94%, about 0.95%, about 0.96%, about 0.97%, about 0.98%, about 0.99%, about 1.00%, about 1.01%, about 1.02%, about 1.03%, about 1.04%, about 1.05%, about 1.06%, about 1.07%, about 1.08%, about 1.09%, about 1.10%, about 1.11%, about 1.12%, about 1.13%, about 1.14%, about 1.15%, about 1.16%, about 1.17%, about 1.18%, 1.19%, about 1.20%, about 1.21%, about 1.22%, about 1.23%, about 1.24%, about 1.25%, about 1.26%, about 1.27%, about 1.28%, about 1.29%, about 1.30%, about 1.31%, about 1.32%, about 1.33%, about 1.34%, about 1.35%, about 1.36%, about 1.37%, about 1.38%, about 1.39%, or about 1.40% Si, All percentages are expressed in weight percent. Among other things, the Si content affects the melting temperature of an aluminum alloy. Increasing the Si content lowers the melting point of the aluminum alloy. Therefore, for the aluminum alloy fin stock to be weldable, the Si content of the alloy must be low enough so that the alloy does not melt during the brazing cycle. On the other hand, a relatively high Si content in the alloy leads to the formation of AlMnSi dispersoids which result in beneficial dispersoid strengthening of the matrix and improved strength characteristics of the alloy. The Si content used in the explained fin stock alloy balances the above factors.
En algunos ejemplos, la aleación también incluye hierro (Fe) en una cantidad 0,30 % al 0,60 % (por ejemplo, del 0,35 % al 0,60 %, del 0,40 % al 0,60 %, o del 0,41 % al 0,47 %) basada en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 0,30 %, aproximadamente el 0,31 %, aproximadamente el 0,32 %, aproximadamente el 0,33 %, aproximadamente el 0,34 %, aproximadamente el 0,35 %, aproximadamente el 0,36 %, aproximadamente el 0,37 %, aproximadamente el 0,38 %, aproximadamente el 0,39 %, aproximadamente el 0,40 %, aproximadamente el 0,41 %, aproximadamente el 0,42 %, aproximadamente el 0,43 %, aproximadamente el 0,44 %, aproximadamente el 0,45 %, aproximadamente el 0,46 %, aproximadamente el 0,47 %, aproximadamente el 0,48 %, aproximadamente el 0,49 %, aproximadamente el 0,50 %, aproximadamente el 0,51 %, aproximadamente el 0,52 %, aproximadamente el 0,53 %, aproximadamente el 0,54 %, aproximadamente el 0,55 %, aproximadamente el 0,56 %, aproximadamente el 0,57 %, aproximadamente el 0,58 %, aproximadamente el 0,59 % o aproximadamente el 0,60 % de Fe. Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. En una aleación de aluminio, el Fe puede formar parte de constituyentes intermetálicos que pueden contener Mn, Si y otros elementos. A menudo es beneficioso controlar el contenido de Fe en una aleación de aluminio para influir en el contenido de constituyentes intermetálicos gruesos. In some examples, the alloy also includes iron (Fe) in an amount of 0.30% to 0.60% (e.g., 0.35% to 0.60%, 0.40% to 0.60%, or 0.41% to 0.47%) based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 0.30%, about 0.31%, about 0.32%, about 0.33%, about 0.34%, about 0.35%, about 0.36%, about 0.37%, about 0.38%, about 0.39%, about 0.40%, about 0.41%, about 0.42%, about 0.43%, about 0.44%, about 0.45%, about 0.46%, about 0.47%, about 0.48%, about 0.49%, about 0.50%, about 0.51%, about 0.52%, about 0.53%, about 0.54%, about 0.55%, about 0.56%, about 0.57%, about 0.58%, about 0.59%, about 0.60%, about 0.61%, about 0.62%, about 0.63%, about 0.64%, about 0.65%, about 0.66%, about 0.67%, about 0.68%, about 0.69%, about 0.70%, about 0.71%, about 0.72%, about 0.73%, about 0.74%, about 0.75%, about 0.76%, about 0.77%, about 0.78%, about 0.79%, about 0.80%, about 0.81%, about 0.82%, about 0.83%, about 0.84%, about 0.85%, about 0.86%, about 0.87%, about 0.88%, about 0.89%, about 0.90%, about 0.91%, about 0.92%, 0.59% or approximately 0.60% Fe. All percentages are expressed in weight percent. In an aluminum alloy, Fe may be part of intermetallic constituents that may contain Mn, Si, and other elements. It is often beneficial to control the Fe content in an aluminum alloy to influence the content of coarse intermetallic constituents.
La aleación explicada incluye cobre (Cu) en una cantidad del 0,40 % al 0,55 % basada en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 0,40 %, aproximadamente el 0,41 %, aproximadamente el 0,42 %, aproximadamente el 0,43 %, aproximadamente el 0,44 %, aproximadamente el 0,45 %, aproximadamente el 0,46 %, aproximadamente el 0,47 %, aproximadamente el 0,48 %, aproximadamente el 0,49 %, aproximadamente el 0,50 %, aproximadamente el 0,51 %, aproximadamente el 0,52 %, aproximadamente el 0,53 %, aproximadamente el 0,54 %, o aproximadamente el 0,55 % de Cu. Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. El Cu en solución sólida aumenta la resistencia de una aleación de aluminio. El aumento del contenido de Cu también puede conducir a la formación de dispersoides de AlMnCu que contienen Cu, que almacena Mn y se disuelve durante la soldadura fuerte, conduciendo así a la liberación de Mn en una solución sólida. Este procedimiento da como resultado mejor resistencia posterior a la soldadura fuerte. El contenido relativamente alto de Cu de las aleaciones de partida para aletas permite la reducción de costes y el aumento de la capacidad de reciclado. The alloy explained includes copper (Cu) in an amount of 0.40% to 0.55% based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 0.40%, about 0.41%, about 0.42%, about 0.43%, about 0.44%, about 0.45%, about 0.46%, about 0.47%, about 0.48%, about 0.49%, about 0.50%, about 0.51%, about 0.52%, about 0.53%, about 0.54%, or about 0.55% Cu. All percentages are expressed in weight percent. Cu in solid solution increases the strength of an aluminum alloy. Increasing the Cu content can also lead to the formation of Cu-containing AlMnCu dispersoids, which store Mn and dissolve during brazing, thus leading to the release of Mn into a solid solution. This procedure results in improved post-brazing strength. The relatively high Cu content of the fin starting alloys enables cost reduction and increased recyclability.
La aleación incluye manganeso (Mn) en una cantidad del 1,0 % al 1,7 % (por ejemplo, del 1,10 % al 1,65 %, del 1,15 % al 1,35 %, o del 1,2 % al 1,35 %) en base al peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 1,0 %, aproximadamente el 1,01 %, aproximadamente el 1,02 %, aproximadamente el 1,03 %, aproximadamente el 1,04 %, aproximadamente el 1,05 %, aproximadamente el 1,06 %, aproximadamente el 1,07 %, aproximadamente el 1,08 %, aproximadamente el 1,09 %, aproximadamente el 1,1 %, aproximadamente el 1,11 %, aproximadamente el 1,12 %, aproximadamente el 1,13 %, aproximadamente el 1,14 %, aproximadamente el 1,15 %, aproximadamente el 1,16 %, aproximadamente el 1.17 %, aproximadamente el 1,18 %, aproximadamente el 1,19 %, aproximadamente el 1,2 %, aproximadamente el 1,21 %, aproximadamente el 1,22 %, aproximadamente el 1,23 %, aproximadamente el 1.24 %, aproximadamente el 1,25 %, aproximadamente el 1,26 %, aproximadamente el 1,27 %, aproximadamente el 1,28 %, aproximadamente el 1,29 %, aproximadamente el 1,3 %, aproximadamente el 1.31 %, aproximadamente el 1,32 %, aproximadamente el 1,33 %, aproximadamente el 1,34 %, aproximadamente el 1,35 %, aproximadamente el 1,36 %, aproximadamente el 1,37 %, aproximadamente el 1.38 %, aproximadamente el 1,39 %, aproximadamente el 1,4 %, aproximadamente el 1,41 %, aproximadamente el 1,42 %, aproximadamente el 1,43 %, aproximadamente el 1,44 %, aproximadamente el 1,45 %, aproximadamente el 1,46 %, aproximadamente el 1,47 %, aproximadamente el 1,48 %, aproximadamente el 1,49 %, aproximadamente el 1,50 %, aproximadamente el 1,51 %, aproximadamente el 1,52 %, aproximadamente el 1,53 %, aproximadamente el 1,54 %, aproximadamente el 1,55 %, aproximadamente el 1,56 %, aproximadamente el 1,57 %, aproximadamente el 1,58 %, aproximadamente el 1,59 %, aproximadamente el 1,60 %, aproximadamente el 1,61 %, aproximadamente el 1,62 %, aproximadamente el 1,63 %, aproximadamente el 1,64 %, aproximadamente el 1,65 %, aproximadamente el 1,66 %, aproximadamente el 1,67 %, aproximadamente el 1,68 %, aproximadamente el 1,69%, o aproximadamente el 1,7 % de Mn. Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. El Mn en solución sólida aumenta la resistencia de una aleación de aluminio, pero también mueve el potencial de corrosión hacia un estado más catódico. El dispersoide (FeMn)-Al<6>o Al<15>Mn<3>Si<2>aumenta la resistencia de una aleación de aluminio mediante el fortalecimiento de partículas, cuando está presente en una dispersión fina y densa. Dependiendo de la composición y la tasa de solidificación, Fe, Mn, Al y Si se combinan durante la solidificación para formar diversos constituyentes intermetálicos, es decir, partículas dentro de la microestructura, como Al<15>(FeMn)<3>Si<2>, AbFeSi, o Al<s>FeMg<3>Si<6>, por nombrar algunos. Un contenido más alto de Mn, particularmente en combinación con un contenido más alto de Fe, puede conducir a la formación de constituyentes intermetálicos de Mn-Fe gruesos. The alloy includes manganese (Mn) in an amount of 1.0% to 1.7% (e.g., 1.10% to 1.65%, 1.15% to 1.35%, or 1.2% to 1.35%) based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 1.0%, about 1.01%, about 1.02%, about 1.03%, about 1.04%, about 1.05%, about 1.06%, about 1.07%, about 1.08%, about 1.09%, about 1.1%, about 1.11%, about 1.12%, about 1.13%, about 1.14%, about 1.15%, about 1.16%, about 1.17%, about 1.18%, about 1.19%, about 1.2%, about 1.21%, about 1.22%, about 1.23%, about 1.24%, about 1.25%, about 1.26%, about 1.27%, about 1.28%, about 1.29%, %, about 1.3%, about 1.31%, about 1.32%, about 1.33%, about 1.34%, about 1.35%, about 1.36%, about 1.37%, about 1.38%, about 1.39%, about 1.4%, about 1.41%, about 1.42%, about 1.43%, about 1.44%, about 1.45%, about 1.46%, about 1.47%, about 1.48%, about 1.49%, about 1.50%, about 1.51%, about 1.52%, about 1.53%, about 1.54%, about 1.55%, about 1.56%, about 1.57%, about 1.58%, about 1.59%, about 1.60% %, about 1.61 %, about 1.62 %, about 1.63 %, about 1.64 %, about 1.65 %, about 1.66 %, about 1.67 %, about 1.68 %, about 1.69 %, or about 1.7 % Mn. All percentages are in weight percent. Mn in solid solution increases the strength of an aluminum alloy, but also moves the corrosion potential toward a more cathodic state. The dispersoid (FeMn)-Al<6> or Al<15>Mn<3>Si<2> increases the strength of an aluminum alloy by particle strengthening, when present in a fine, dense dispersion. Depending on the composition and solidification rate, Fe, Mn, Al and Si combine during solidification to form various intermetallic constituents, i.e. particles within the microstructure, such as Al<15>(FeMn)<3>Si<2>, AbFeSi, or Al<s>FeMg<3>Si<6>, to name a few. Higher Mn content, particularly in combination with higher Fe content, can lead to the formation of coarse Mn-Fe intermetallic constituents.
La aleación incluye zinc (Zn) en una cantidad del 1,9 % al 2,6 % basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 1,9 %, aproximadamente el 1,91 %, aproximadamente el 1,92 %, aproximadamente el 1,93 %, aproximadamente el 1,94 %, aproximadamente el 1,95 %, aproximadamente el 1,96 %, aproximadamente el 1,97 %, aproximadamente el 1,98 %, aproximadamente el 1,99 %, aproximadamente el 2,0 %, aproximadamente el 2,01 %, aproximadamente el 2,02 %, aproximadamente el 2,03 %, aproximadamente el 2,04 %, aproximadamente el 2,05 %, aproximadamente el 2,06 %, aproximadamente el 2,07 %, aproximadamente el 2,08 %, aproximadamente el 2,09 %, aproximadamente el 2,1 %, aproximadamente el 2,11 %, aproximadamente el 2,12 %, aproximadamente el 2,13 %, aproximadamente el 2,14 %, aproximadamente el 2,15 %, aproximadamente el 2,16 %, aproximadamente el 2,17 %, aproximadamente el 2,18 %, aproximadamente el 2,19 %, aproximadamente el 2,2 %, aproximadamente el 2,21 %, aproximadamente el 2,22 %, aproximadamente el 2,23 %, aproximadamente el 2,24 %, aproximadamente el 2,25 %, aproximadamente el 2,26 %, aproximadamente el 2,27 %, aproximadamente el 2,28 %, aproximadamente el 2,29 %, aproximadamente el 2,3 %, aproximadamente el 2,31 %, aproximadamente el 2,32 %, aproximadamente el 2,33 %, aproximadamente el 2,34 %, aproximadamente el 2,35 %, aproximadamente el 2,36 %, aproximadamente el 2,37 %, aproximadamente el 2,38 %, aproximadamente el 2,39 %, aproximadamente el 2,4 %, aproximadamente el 2,41 %, aproximadamente el 2,42 %, aproximadamente el 2,43 %, aproximadamente el 2,44 %, aproximadamente el 2,45 %, aproximadamente el 2,46 %, aproximadamente el 2,47 %, aproximadamente el 2,48 %, aproximadamente el 2,49 %, aproximadamente el 2,5 %, aproximadamente el 2,51 %, aproximadamente el 2,52 %, aproximadamente el 2,53 %, aproximadamente el 2,54 %, aproximadamente el 2,55 %, aproximadamente el 2,56 %, aproximadamente el 2,57 %, aproximadamente el 2,58 %, aproximadamente el 2,59 %, o aproximadamente el 2,6 % Zn. Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. El Zn se añade típicamente a las aleaciones de aluminio para mover el potencial de corrosión hacia el extremo anódico de la escala. En la aleación de aluminio de partida para aletas, un contenido de Zn relativamente alto de hasta el 3 % en peso compensa el cambio en el potencial de corrosión debido al aumento del contenido de Si y Cu, dando como resultado así un mayor potencial de corrosión anódica, lo que permite que las aletas manufacturadas a partir de la aleación actúen de manera sacrificial y protejan los tubos del intercambiador de calor, mejorando así la oposición general a la corrosión del intercambiador de calor. The alloy includes zinc (Zn) in an amount of 1.9% to 2.6% based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 1.9%, about 1.91%, about 1.92%, about 1.93%, about 1.94%, about 1.95%, about 1.96%, about 1.97%, about 1.98%, about 1.99%, about 2.0%, about 2.01%, about 2.02%, about 2.03%, about 2.04%, about 2.05%, about 2.06%, about 2.07%, about 2.08%, about 2.09%, about 2.1%, about 2.11%, about 2.12%, about 2.13%, about 2.14%, about 2.15%, about 2.16%, about 2.17%, about 2.18%, about 2.19%, %, about 2.2%, about 2.21%, about 2.22%, about 2.23%, about 2.24%, about 2.25%, about 2.26%, about 2.27%, about 2.28%, about 2.29%, about 2.3%, about 2.31%, about 2.32%, about 2.33%, about 2.34%, about 2.35%, about 2.36%, about 2.37%, about 2.38%, about 2.39%, about 2.4%, about 2.41%, about 2.42%, about 2.43%, about 2.44%, about 2.45%, about 2.46%, about 2.47%, about 2.48%, about 2.49%, about 2.5%, about 2.51%, about 2.52%, about 2.53%, about 2.54%, about 2.55%, about 2.56%, about 2.57%, about 2.58%, about 2.59%, or about 2.6% Zn. All percentages are expressed in weight percent. Zn is typically added to aluminum alloys to move the corrosion potential toward the anodic end of the scale. In the starting aluminum alloy for fins, a relatively high Zn content of up to 3% by weight compensates for the change in corrosion potential due to increased Si and Cu contents, thus resulting in a higher anodic corrosion potential, allowing fins manufactured from the alloy to act sacrificially and protect the heat exchanger tubes, thereby improving the overall corrosion resistance of the heat exchanger.
La aleación incluye Mg en una cantidad del 0,10 % al 0,25 % (p. ej., del 0,10 % al 0,20 %) basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 0,1 %, aproximadamente el 0,11 %, aproximadamente el 0,12 %, aproximadamente el 0,13 %, aproximadamente el 0,14 %, aproximadamente el 0,15 %, aproximadamente el 0,16 %, aproximadamente el 0,17 %, aproximadamente el 0,18 %, aproximadamente el 0,19 %, aproximadamente el 0,2 %, aproximadamente el 0,21 %, aproximadamente el 0,22 %, aproximadamente el 0,23 %, aproximadamente el 0,24 %, o aproximadamente el 0,25 % de Mg. Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. El Mg contribuye a la resistencia de las aleaciones de aluminio descritas en este documento mediante el fortalecimiento de la solución sólida. The alloy includes Mg in an amount of 0.10% to 0.25% (e.g., 0.10% to 0.20%) based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 0.1%, about 0.11%, about 0.12%, about 0.13%, about 0.14%, about 0.15%, about 0.16%, about 0.17%, about 0.18%, about 0.19%, about 0.2%, about 0.21%, about 0.22%, about 0.23%, about 0.24%, or about 0.25% Mg. All percentages are expressed in weight percent. Mg contributes to the strength of the aluminum alloys described herein by solid solution strengthening.
En algunos ejemplos, la relación de Cu a Zn es de 2:1 a 1:15, por ejemplo, de 1:1 a 1:10, o de 1:5 a 1:10. La relación de Cu a Zn puede ser 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:11, 1:12, 1:13, 1:14, o 1:15. In some examples, the ratio of Cu to Zn is from 2:1 to 1:15, for example, from 1:1 to 1:10, or from 1:5 to 1:10. The ratio of Cu to Zn may be 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:11, 1:12, 1:13, 1:14, or 1:15.
Las aleaciones de aluminio como se describe en este documento puede incluir titanio (Ti) en una cantidad de hasta el 0,10 % (por ejemplo, del 0 al 0,05 %, del 0,001 % al 0,04 %, o del 0,01 % al 0,03 %) basada en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir aproximadamente el 0,001 %, aproximadamente el 0,002 %, aproximadamente el 0,003 %, aproximadamente el 0,004 %, aproximadamente el 0,005 %, aproximadamente el 0,006 %, aproximadamente el 0,007 %, aproximadamente el 0,008 %, aproximadamente el 0,009 %, aproximadamente el 0,01 %, aproximadamente el 0,02 %, aproximadamente el 0,03 %, aproximadamente el 0,04 %, aproximadamente el 0,05 %, aproximadamente el 0,06 %, aproximadamente el 0,07 %, aproximadamente el 0,08 %, aproximadamente el 0,09 %, o aproximadamente el 0,1%de Ti. En algunos casos, el Ti no está presente en la aleación (es decir, el 0 % en peso). Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. Aluminum alloys as described herein may include titanium (Ti) in an amount up to 0.10% (e.g., 0 to 0.05%, 0.001 to 0.04%, or 0.01 to 0.03%) based on the total weight of the alloy. For example, the alloy may include about 0.001%, about 0.002%, about 0.003%, about 0.004%, about 0.005%, about 0.006%, about 0.007%, about 0.008%, about 0.009%, about 0.01%, about 0.02%, about 0.03%, about 0.04%, about 0.05%, about 0.06%, about 0.07%, about 0.08%, about 0.09%, or about 0.1% Ti. In some cases, Ti is not present in the alloy (i.e., 0% by weight). All percentages are expressed as weight percent.
Las composiciones de las aleaciones pueden incluir, además, otros elementos minoritarios, a los que a veces se hace referencia como impurezas, cada uno en cantidades de aproximadamente el 0,05 % o menos del 0,04 % o menos del 0,03 % o menos del 0,02 % o menos, o 0,01 % o menos. Estas impurezas pueden incluir, entre otros, Ga, V, Ni, Sc, Ag, B, Bi, Zr, Li, Pb, Sn, Ca, Hf, Sr o combinaciones de estos. En consecuencia, los elementos Ga, V, Ni, Sc, Ag, B, Bi, Zr, Li, Pb, Sn, Ca, Hf, o Sr pueden estar presentes en las aleaciones en cantidades del 0,05 % o menos, del 0,04 % o menos, del 0,03 % o menos, del 0,02 % o menos, o del 0,01 % o menos. La suma de todas las impurezas no excede del 0,15 % (por ejemplo, 0,1 %). Todos los porcentajes se expresan en porcentaje en peso. El porcentaje restante de cada aleación es aluminio. Alloy compositions may further include other minor elements, sometimes referred to as impurities, each in amounts of about 0.05% or less, 0.04% or less, 0.03% or less, 0.02% or less, or 0.01% or less. These impurities may include, but are not limited to, Ga, V, Ni, Sc, Ag, B, Bi, Zr, Li, Pb, Sn, Ca, Hf, Sr, or combinations thereof. Accordingly, the elements Ga, V, Ni, Sc, Ag, B, Bi, Zr, Li, Pb, Sn, Ca, Hf, or Sr may be present in the alloys in amounts of 0.05% or less, 0.04% or less, 0.03% or less, 0.02% or less, or 0.01% or less. The sum of all impurities does not exceed 0.15% (e.g. 0.1%). All percentages are expressed as weight percent. The remaining percentage of each alloy is aluminum.
Procedimientos para hacer material de partida para aletas de aleación de aluminio Procedures for making raw material for aluminum alloy fins
En ciertos aspectos, las composiciones de aleación explicadas son un producto de un método explicado. Sin pretender limitar la explicación, las propiedades de la aleación de aluminio están parcialmente determinadas por la formación de microestructuras durante la preparación de la aleación. En ciertos aspectos, el método de preparación de una composición de aleación puede influir o incluso determinar si la aleación tendrá propiedades adecuadas para una aplicación deseada. In certain aspects, the alloy compositions discussed are a product of a discussed method. Without intending to limit the discussion, the properties of the aluminum alloy are partially determined by the formation of microstructures during the preparation of the alloy. In certain aspects, the method of preparing an alloy composition can influence or even determine whether the alloy will have suitable properties for a desired application.
Un procedimiento para producir materiales de partida para aletas de aleación de aluminio emplea colada en frío directa (DC) de una aleación de aluminio en un lingote. Después de la colada DC, el procedimiento incluye la laminación en caliente del lingote. La temperatura de precalentamiento y la duración del laminado en caliente se controlan con precisión para preservar un gran tamaño de grano y una alta resistencia después de soldar el material para aletas terminado. En algunos ejemplos, para la laminación en caliente, los lingotes se pueden precalentar a una temperatura de hasta aproximadamente 500 °C, por ejemplo, a una temperatura de 450 °C a 480 °C, en un horno durante hasta aproximadamente 12 horas a una tasa de calentamiento adecuada, por ejemplo 50 °C/h, seguido de mantener la temperatura (“remojar” o “remojo”) a una temperatura de aproximadamente 450 °C a 500 °C, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 470 °C a 480 °C, durante 5-7 horas. Después del precalentamiento y remojo, los lingotes se laminan en caliente hasta un espesor de 2 mm a 10 mm, por ejemplo, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, o 10 mm, que puede denominarse “calibre de salida” después del laminado en caliente. A process for producing aluminum alloy fin stock employs direct cold casting (DC) of an aluminum alloy into an ingot. Following DC casting, the process includes hot rolling of the ingot. The preheating temperature and duration of hot rolling are precisely controlled to preserve a large grain size and high strength after welding the finished fin stock. In some examples, for hot rolling, the ingots may be preheated to a temperature of up to about 500°C, e.g., at a temperature of 450°C to 480°C, in a furnace for up to about 12 hours at a suitable heating rate, e.g., 50°C/h, followed by holding the temperature (“soaking” or “dipping”) at a temperature of about 450°C to 500°C, e.g., at a temperature of about 470°C to 480°C, for 5-7 hours. After preheating and soaking, the ingots are hot rolled to a thickness of 2 mm to 10 mm, e.g. 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, or 10 mm, which may be referred to as “out gauge” after hot rolling.
Un procedimiento para producir materiales de partida para aletas de aleación de aluminio incluye después etapas de laminado en frío para producir el espesor (calibre) deseado y otras propiedades del material. Por ejemplo, después de una etapa de laminado en caliente, la aleación de aluminio laminado en caliente se lamina en frío para reducir el espesor del material a un valor de 1 mm a 2 mm, por ejemplo, a 1 mm, de espesor o calibre (calibre de laminado en frío inicial) durante una etapa de laminado en frío inicial, que puede incluir múltiples pasadas de laminación en frío, seguidas de una laminación en frío adicional a un espesor o calibre de 100 |jm a 200 jm (calibre de laminación en frío intermedio) durante una etapa intermedia de laminación en frío, que también puede implicar múltiples pasadas. Dependiendo del calibre de laminado en caliente, el espesor final deseable y otras propiedades que se analizan a continuación, una aleación de aluminio puede requerir más o menos pasadas de laminado en frío para lograr el calibre deseado. El número de pasadas de laminado en frío no está limitado y se puede ajustar de forma adecuada, por ejemplo, dependiendo del espesor deseable de la hoja final y otras propiedades del material. A process for producing aluminum alloy fin starting materials then includes cold rolling steps to produce the desired thickness (gauge) and other material properties. For example, after a hot rolling step, the hot rolled aluminum alloy is cold rolled to reduce the material thickness to a value of 1 mm to 2 mm, for example, 1 mm, thickness or gauge (initial cold rolling gauge) during an initial cold rolling step, which may include multiple cold rolling passes, followed by further cold rolling to a thickness or gauge of 100 µm to 200 µm (intermediate cold rolling gauge) during an intermediate cold rolling step, which may also involve multiple passes. Depending on the hot rolling gauge, the desirable final thickness, and other properties discussed below, an aluminum alloy may require more or fewer cold rolling passes to achieve the desired gauge. The number of cold rolling passes is not limited and can be adjusted appropriately, for example, depending on the desirable thickness of the final sheet and other material properties.
Después del laminado en frío intermedio, el procedimiento para producir materiales de partida para aletas de aleación de aluminio incluye una etapa de recocido intermedio para producir las propiedades deseadas del material de partida para aletas de aleación de aluminio. El término “recocido intermedio” se refiere a un tratamiento térmico aplicado entre las etapas de laminación en frío. Como se describe en este documento, el recocido intermedio se aplica entre las etapas intermedia y final de laminación en frío. El recocido intermedio implica calentar la aleación de aluminio a una temperatura de 200 °C a 400 °C, por ejemplo, de 225 °C a 400 °C, de 225 °C a 375 °C, de 225 °C a 350 °C, de 225 °C a 325 °C, de 300 °C a 375 °C, de 325 °C a 350 °C, de 340 °C a 360 °C, de 290 °C a 360 °C o de 345 °C a 350 °C (“temperatura de recocido intermedio”), y mantener la temperatura de recocido intermedio durante 3-5 horas, por ejemplo, durante 4 horas, seguido de enfriamiento. El periodo de mantenimiento a una temperatura de 200 °C a 400 °C también se puede denominar “remojar” o “remojo”. Para calentar y enfriar el material antes y después del remojo, se puede aplicar una tasa constante de 40 °C/h a 50 °C/h, por ejemplo, 50 °C/h. Las condiciones de recocido intermedio afectan la estructura y las propiedades del material de partida para aletas de aleación de aluminio de diversas formas. Por ejemplo, temperaturas de recocido intermedio más altas pueden conducir a una menor resistencia posterior a la soldadura fuerte. En consecuencia, las condiciones de recocido intermedio se seleccionan dentro de los intervalos especificados en este documento para dar como resultado las propiedades deseables del material de partida para aletas de aleación de aluminio. Following intermediate cold rolling, the process for producing aluminum alloy fin starting materials includes an intermediate annealing step to produce the desired properties of the aluminum alloy fin starting material. The term “intermediate annealing” refers to a heat treatment applied between cold rolling stages. As described herein, intermediate annealing is applied between the intermediate and final cold rolling stages. Intermediate annealing involves heating the aluminium alloy to a temperature of 200°C to 400°C, for example, 225°C to 400°C, 225°C to 375°C, 225°C to 350°C, 225°C to 325°C, 300°C to 375°C, 325°C to 350°C, 340°C to 360°C, 290°C to 360°C or 345°C to 350°C (“intermediate annealing temperature”), and holding the intermediate annealing temperature for 3-5 hours, for example, for 4 hours, followed by cooling. The holding period at 200°C to 400°C may also be referred to as “soaking” or “soaking”. For heating and cooling the material before and after soaking, a constant rate of 40 °C/h to 50 °C/h, e.g. 50 °C/h, may be applied. Intermediate annealing conditions affect the structure and properties of the aluminum alloy fin starting material in a number of ways. For example, higher intermediate annealing temperatures may lead to lower post-brazing strength. Accordingly, intermediate annealing conditions are selected within the ranges specified herein to result in desirable properties of the aluminum alloy fin starting material.
Después del recocido intermedio, se realiza un laminado en frío final para lograr el porcentaje de trabajo en frío (% TF) durante la etapa final de laminación en frío (que puede comprender múltiples pasadas de laminación en frío) del 20 % al 45 %, del 25 % al 40 %, del 20 % al 40 %, del 20 % al 35 %, del 25 % al 35 %, o del 5 % al 45 %, en donde: After intermediate annealing, final cold rolling is performed to achieve the percentage of cold work (%TF) during the final stage of cold rolling (which may comprise multiple cold rolling passes) of 20% to 45%, 25% to 40%, 20% to 40%, 20% to 35%, 25% to 35%, or 5% to 45%, where:
En algunas realizaciones, el % TF es menor o igual que el 35 % mientras que, en algunas otras realizaciones, el % TF es mayor que el 35 %. Después de las etapas finales de laminación en frío, el material de partida para aletas de aleación de aluminio de la presente invención posee un espesor (calibre) de 45 μm a 100 μm, 45 μm a 90 μm, 47 μm a 85 μm o 50 μm a 83 μm. In some embodiments, the % TF is less than or equal to 35% while in some other embodiments, the % TF is greater than 35%. After the final cold rolling steps, the aluminum alloy fin stock of the present invention has a thickness (gauge) of 45 μm to 100 μm, 45 μm to 90 μm, 47 μm to 85 μm, or 50 μm to 83 μm.
La etapa final de laminación en frío afecta a la estructura y propiedades del material de partida para aletas de aleación de aluminio. Por ejemplo, a medida que aumenta el % T F , aumenta la resistencia previa a la soldadura fuerte (resistencia máxima a la tracción (UTS, por sus siglas en inglés), el límite elástico ( Y s<,>por sus siglas en inglés), o ambos, medidos en condiciones de soldadura fuerte previa) del material de aluminio. En consecuencia, el % TF empleado se ajusta dentro de los intervalos especificados en este documento para lograr las propiedades deseables del material de partida para aletas de aleación de aluminio. The final stage of cold rolling affects the structure and properties of the aluminum alloy fin starting material. For example, as %TF increases, the pre-braze strength (ultimate tensile strength (UTS), yield strength (Ys), or both, measured under pre-brazed conditions) of the aluminum material increases. Accordingly, the %TF employed is adjusted within the ranges specified in this document to achieve desirable properties of the aluminum alloy fin starting material.
Los procedimientos de producción de materiales de partida para aletas de aleación de aluminio como se explican en este documento se pueden realizar de manera que conduzcan a un material de aluminio que tenga el temple deseado. Por ejemplo, los procedimientos se pueden realizar para proporcionar un material de aluminio que pueda describirse como “endurecido por deformación”, “trabajado en frío” y/o que tenga o esté en temple “H1X” (por ejemplo, temple H14). En algunos ejemplos, el material de aleación de aluminio de partida para aletas mejor descrito en este documento se puede producir en temples H14, H16 o H18. Debe entenderse que un intervalo particular de propiedades está asociado con la designación del temple. También debe entenderse que la designación del temple se refiere a las propiedades previas a la soldadura fuerte del material. The processes for producing aluminum alloy fin starting materials as explained herein can be performed in a manner that leads to an aluminum material having the desired temper. For example, the processes can be performed to provide an aluminum material that can be described as “strain hardened,” “cold worked,” and/or having or being in “H1X” temper (e.g., H14 temper). In some examples, the aluminum alloy fin starting material best described herein can be produced in H14, H16, or H18 tempers. It should be understood that a particular range of properties is associated with the temper designation. It should also be understood that the temper designation refers to the pre-brazing properties of the material.
Propiedades Properties
El material de partida para aletas de aleación de aluminio explicado en este documento posee una serie de propiedades, características o parámetros ventajosos. Estas propiedades, por separado o en diversas combinaciones, permiten que los materiales de aleación de aluminio descritos en este documento se usen en la producción de aletas para intercambiadores de calor. Sin embargo, debe entenderse que el alcance de la presente invención no se limita a usos o aplicaciones específicos, y las propiedades de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio pueden ser ventajosas para diversas aplicaciones diferentes. Algunas de estas propiedades se analizan a continuación. Algunas otras propiedades pueden no describirse específicamente, pero pueden resultar de la composición y/o los procedimientos de producción empleados para la fabricación del material de partida para aletas de aleación de aluminio descrito en este documento. The aluminum alloy fin starting material discussed herein possesses a number of advantageous properties, characteristics, or parameters. These properties, singly or in various combinations, allow the aluminum alloy materials described herein to be used in the production of heat exchanger fins. However, it should be understood that the scope of the present invention is not limited to specific uses or applications, and the properties of the aluminum alloy fin starting materials may be advantageous for a variety of different applications. Some of these properties are discussed below. Some other properties may not be specifically described, but may result from the composition and/or production processes employed to manufacture the aluminum alloy fin starting material described herein.
Algunas realizaciones de los materiales de aleación de aluminio descritos en este documento se manufacturan como hojas, por ejemplo, como hojas de menos de 4 mm de espesor, por ejemplo, de 45 μm a 100 μm de espesor. Las hojas de aleación de aluminio se pueden producir en temple H1X (por ejemplo, temple H14 H16 o H l 8). Los materiales de aleación de aluminio descritos en este documento pueden poseer una o más de las siguientes propiedades, en cualquier combinación: UTS de 210 MPa o más (en otras palabras, al menos 210 MPa) o de 210 MPa a 230 MPa, medidos en condición de previa soldadura fuerte; UTS de 150 MPa o más (en otras palabras, al menos 150 MPa) o de 150 MPa a 170 MPa, medidos posteriormente a la soldadura fuerte; oposición al pandeo de 25 mm a 33 mm medida posteriormente a la soldadura fuerte; conductividad térmica de 40-48, 43-47, o 44-45 IACS medida posteriormente a la soldadura fuerte; valor de corrosión de potencial en circuito abierto (en comparación con el electrodo de calomelanos estándar (SCE, por sus siglas en inglés), también denominado “potencial de corrosión”) de -740 mV o menos (por ejemplo, -750 mV); y/o microestructura de grano grueso posterior a la soldadura fuerte de 80 μm a 400 μm. Los parámetros medidos “después de la soldadura fuerte” o “posteriormente a la soldadura fuerte” también denominados “postsoldadura fuerte” se miden después de un ciclo de soldadura fuerte simulado, durante el cual las muestras de aleación de aluminio se calientan a una temperatura de 595 °C a 610 °C y se enfrían a temperatura ambiente en un periodo de aproximadamente 20 minutos. Los parámetros medidos antes de la soldadura fuerte (“previo a la soldadura fuerte” o en condición “previa a la soldadura fuerte”), también denominados parámetros de “presoldadura fuerte”, se miden antes o sin someter el material a ningún ciclo de soldadura fuerte. Some embodiments of the aluminum alloy materials described herein are manufactured as sheets, for example, as sheets less than 4 mm thick, for example, 45 µm to 100 µm thick. The aluminum alloy sheets can be produced in H1X temper (e.g., H14, H16, or H18 temper). The aluminum alloy materials described herein may possess one or more of the following properties, in any combination: UTS of 210 MPa or more (in other words, at least 210 MPa) or 210 MPa to 230 MPa, measured in the as-brazed condition; UTS of 150 MPa or more (in other words, at least 150 MPa) or 150 MPa to 170 MPa, measured post-brazing; buckling resistance of 25 mm to 33 mm measured post-brazing; Thermal conductivity of 40-48, 43-47, or 44-45 IACS measured post-brazing; Open circuit potential corrosion value (compared to standard calomel electrode (SCE), also referred to as “corrosion potential”) of -740 mV or less (e.g., -750 mV); and/or Post-brazing coarse-grained microstructure of 80 μm to 400 μm. Parameters measured “post-brazing” or “after brazing” also referred to as “post-brazing” are measured after a simulated brazing cycle, during which aluminum alloy samples are heated to 595 °C to 610 °C and cooled to room temperature over a period of approximately 20 minutes. Parameters measured before brazing (“pre-braze” or “pre-braze” condition), also called “pre-braze” parameters, are measured before or without subjecting the material to any brazing cycle.
El material de partida para aletas de aleación de aluminio explicado tiene mejores resistencia y conductividad y muestra valores de potencial de corrosión más bajos. El material de partida para aletas de aleación de aluminio explicado también puede soportar al menos 20 días de prueba de pulverización de sal acelerada con cobre (CASS) según ASTM B368 (2014) sin separarse de una junta soldada. La prueba CASS generalmente se lleva a cabo formando un espécimen de aleta y tubo, soldando para formar una junta y sometiendo el espécimen soldado a la prueba. Las propiedades y ventajas anteriores permiten que el material de partida para aletas de aleación de aluminio de la presente invención se emplee ventajosamente en diversos usos y aplicaciones, que se analizan con más detalle a continuación. The aluminum alloy fin stock explained has better strength and conductivity and exhibits lower corrosion potential values. The aluminum alloy fin stock explained can also withstand at least 20 days of copper accelerated salt spray (CASS) testing according to ASTM B368 (2014) without separating from a welded joint. The CASS test is generally carried out by forming a fin and tube specimen, welding to form a joint, and subjecting the welded specimen to the test. The above properties and advantages allow the aluminum alloy fin stock of the present invention to be advantageously employed in various uses and applications, which are discussed in more detail below.
Usos y aplicaciones Uses and applications
Los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio descritos en este documento se pueden usar en diversas aplicaciones, por ejemplo, entre otros, intercambiadores de calor. En un ejemplo, aunque no limitado, el material de partida para aletas de aleación de aluminio se puede usar en intercambiadores de calor de automóviles, tales como radiadores, condensadores y evaporadores. Por ejemplo, el material de partida para aletas de aleación de aluminio mejor se puede usar para manufacturar diversos dispositivos en que se emplean intercambiadores de calor y se producen por soldadura fuerte, tales como los dispositivos empleados en calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVAC&R). Los usos y aplicaciones de los materiales de partida para aletas de aleación de aluminio descritos en este documento se incluyen dentro del alcance de la presente invención, al igual que los objetos, formas, aparatos y cosas similares fabricados con las aleaciones de aluminio descritas en este documento, o que las comprenden. Los procedimientos para fabricar, producir o manufacturar dichos objetos, formas, aparatos y cosas similares también se incluyen dentro del alcance de la presente invención. The aluminum alloy fin starting materials described herein can be used in a variety of applications, for example, but not limited to, heat exchangers. In one example, but not limited to, the aluminum alloy fin starting material can be used in automotive heat exchangers, such as radiators, condensers, and evaporators. For example, the aluminum alloy fin starting material can best be used to manufacture a variety of devices where heat exchangers are employed and produced by brazing, such as devices used in heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVAC&R). The uses and applications of the aluminum alloy fin starting materials described herein are included within the scope of the present invention, as are objects, shapes, apparatus, and the like made from or comprising the aluminum alloys described herein. Methods for making, producing, or manufacturing such objects, shapes, apparatus, and the like are also included within the scope of the present invention.
Las aleaciones de aluminio descritas en este documento son adecuadas para procedimientos de fabricación o manufacturación que requieren la unión de superficies metálicas mediante soldadura fuerte. La soldadura fuerte es un procedimiento de unión de metales en el que el metal de aportación se calienta por encima de un punto de fusión y se distribuye entre dos o más piezas ajustadas por acción capilar. Los usos de las aleaciones de aluminio en la soldadura fuerte y los procedimientos y resultados relacionados, tales como los objetos fabricados según el procedimiento de manufactura que implica la soldadura fuerte, se denominan generalmente “aplicaciones de soldadura fuerte”. Las piezas de los intercambiadores de calor descritas en este documento se unen mediante soldadura fuerte durante el procedimiento de manufactura. Durante la soldadura fuerte, el metal de aportación funde y se convierte en un metal de aportación que está disponible para fluir hasta los puntos de contacto entre los componentes que se están soldando por acción capilar. The aluminum alloys described herein are suitable for fabrication or manufacturing processes that require joining metal surfaces by brazing. Brazing is a metal joining process in which the filler metal is heated above a melting point and is distributed between two or more closely fitting parts by capillary action. The uses of aluminum alloys in brazing and the related processes and results, such as objects manufactured by the manufacturing process involving brazing, are generally referred to as “brazing applications.” The heat exchanger parts described herein are joined by brazing during the manufacturing process. During brazing, the filler metal melts and is converted to a filler metal that is available to flow to the contact points between the components being brazed by capillary action.
Un objeto ejemplar que se puede fabricar usando materiales de partida para aletas de aleación de aluminio descritos en este documento es un intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor se producen mediante el ensamblaje de piezas que comprenden tubos, placas, aletas, cabezales y soportes laterales, por nombrar algunos. Por ejemplo, un radiador se construye con tubos, aletas, cabezales y soportes laterales. A excepción de las aletas, que típicamente están desnudas, lo que significa que no están revestidas con una aleación de Al-Si, todas las demás piezas de un intercambiador de calor típicamente están revestidas con un revestimiento de soldadura fuerte en uno o dos lados. Una vez ensamblada, una unidad de intercambiador de calor se asegura mediante bandas o un dispositivo similar para mantener la unidad unida a través de fundente y soldadura fuerte. La soldadura fuerte se efectúa comúnmente pasando la unidad a través de un horno de túnel. La soldadura fuerte también se puede realizar sumergiendo en sal fundida o en un procedimiento discontinuo o semicontinuo. La unidad se calienta a una temperatura de soldadura fuerte entre 590 °C y 610 °C, se empapa a una temperatura adecuada hasta que se crean juntas por acción capilar y después se enfría por debajo del solidus del metal de aportación. La tasa de calentamiento depende del tipo de horno y del tamaño del intercambiador de calor producido. Algunos otros ejemplos de los objetos que se pueden fabricar usando materiales de partida para aletas de aleación de aluminio descritos en este documento son un evaporador, un radiador, un calentador o un condensador. An exemplary object that can be manufactured using aluminum alloy fin starting materials described herein is a heat exchanger. Heat exchangers are produced by assembling parts comprising tubes, plates, fins, headers, and side supports, to name a few. For example, a radiator is constructed of tubes, fins, headers, and side supports. Except for the fins, which are typically bare, meaning they are not clad with an Al-Si alloy, all other parts of a heat exchanger are typically clad with a braze coating on one or two sides. Once assembled, a heat exchanger unit is secured by bands or a similar device to hold the unit together via flux and brazing. Brazing is commonly effected by passing the unit through a tunnel furnace. Brazing can also be performed by dipping in molten salt or in a batch or semi-continuous process. The unit is heated to a brazing temperature between 590°C and 610°C, soaked at a suitable temperature until capillary action joints are created, and then cooled below the solidus of the filler metal. The heating rate depends on the type of furnace and the size of the heat exchanger produced. Other examples of objects that can be manufactured using aluminum alloy fin starting materials described in this document are an evaporator, radiator, heater, or condenser.
Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar con mayor detalle la presente invención sin constituir, al mismo tiempo, sin embargo, ninguna limitación de esta. The following examples will serve to illustrate the present invention in greater detail without, however, constituting any limitation thereof.
Ejemplo 1 Example 1
Se prepararon nueve muestras de aleación de aluminio con las composiciones que se muestran en la Tabla 11 a continuación. Cada muestra comprendía hasta un 0,15 % en peso de impurezas, siendo el resto Al. Cada muestra se preparó mediante colada en frío directa de la aleación de aluminio en un lingote y después laminación en caliente. Los lingotes producidos por colada DC se precalentaron para la laminación en caliente. Después, los lingotes se laminaron en caliente hasta un calibre de salida y después se laminaron en frío hasta un calibre de laminación en frío inicial. Después, los lingotes se laminaron en frío hasta un calibre de laminación en frío intermedio. A continuación, los lingotes sufrieron recocidos intermedios. Luego del recocido intermedio, se realizó el laminado en frío final para lograr un % TF del 20 % al 40 %, dando como resultado que cada muestra tuviera un espesor de 45 μm a 100 μm. Nine samples of aluminum alloy were prepared with the compositions shown in Table 11 below. Each sample comprised up to 0.15% by weight of impurities, the balance being Al. Each sample was prepared by direct cold casting of the aluminum alloy into an ingot and then hot rolling. The ingots produced by DC casting were preheated for hot rolling. The ingots were then hot rolled to an exit gauge and then cold rolled to an initial cold rolling gauge. The ingots were then cold rolled to an intermediate cold rolling gauge. The ingots were then subjected to intermediate annealing. After intermediate annealing, final cold rolling was performed to achieve a %TF of 20% to 40%, resulting in each sample having a thickness of 45 μm to 100 μm.
Tabla 11 Table 11
Las propiedades mecánicas, la conductividad, el potencial de corrosión y la temperatura de solidus se probaron luego para cada una de las muestras en la Tabla 11 en condiciones previas a la soldadura fuerte, después de la soldadura fuerte estándar y después de una soldadura fuerte rápida. Durante la soldadura fuerte estándar, las muestras se calentaron a una temperatura de 605 °C y se enfriaron a temperatura ambiente en un periodo de aproximadamente 45 minutos, para simular el perfil de temperatura y tiempo de un procedimiento de soldadura fuerte comercial. La soldadura fuerte rápida se realizó a una tasa de calentamiento y enfriamiento mucho más rápida en comparación con un ciclo de soldadura fuerte estándar. El material se calentó a una temperatura entre 600 °C y 605 °C y se enfrió a temperatura ambiente en un periodo de aproximadamente 20 minutos. Todas las muestras se probaron para determinar el límite elástico, la resistencia a la tracción máxima y el alargamiento uniforme. La prueba se realizó de acuerdo con la norma ASTM B557. Se probaron tres muestras de cada variante de aleación y se informaron los valores promedio tanto en condiciones previas como posteriores a la soldadura fuerte. La conductividad eléctrica se informó como %IACS (estándar internacional de cobre recocido, que asume una conductividad de cobre puro para el 100 %). Los resultados para el límite elástico, la resistencia máxima a la tracción y el alargamiento se muestran a continuación en la Tabla 12. La temperatura del solidus también se informa en la Tabla 12. La conductividad térmica y el potencial de corrosión medidos después de la soldadura fuerte se informan en la Tabla 13. Las aleaciones experimentales tenían un límite elástico mínimo después de la soldadura fuerte de 55 MPa y una mayor resistencia a la tracción máxima que la aleación de Comp. 1. The mechanical properties, conductivity, corrosion potential, and solidus temperature were then tested for each of the samples in Table 11 under pre-brazing, after standard brazing, and after flash brazing conditions. During standard brazing, the samples were heated to a temperature of 605 °C and cooled to room temperature over a period of approximately 45 minutes, to simulate the temperature and time profile of a commercial brazing procedure. Flash brazing was performed at a much faster heating and cooling rate compared to a standard brazing cycle. The material was heated to a temperature between 600 °C and 605 °C and cooled to room temperature over a period of approximately 20 minutes. All samples were tested for yield strength, ultimate tensile strength, and uniform elongation. Testing was performed in accordance with ASTM B557. Three samples of each alloy variant were tested and average values were reported under both pre- and post-brazing conditions. Electrical conductivity was reported as %IACS (International Annealed Copper Standard, which assumes pure copper conductivity for 100%). The results for yield strength, ultimate tensile strength and elongation are shown below in Table 12. The solidus temperature is also reported in Table 12. Thermal conductivity and corrosion potential measured after brazing are reported in Table 13. The experimental alloys had a minimum yield strength after brazing of 55 MPa and a higher ultimate tensile strength than Comp. 1 alloy.
El valor del potencial de corrosión en circuito abierto en comparación con el electrodo de calomelanos estándar (SCE, por sus siglas en inglés) de 764 mV para Comp 1 - 735 mV para aleación H indicó que las variantes de aletas actuarán de manera sacrificial frente a cualquier aleación de tubo si la diferencia en el potencial de corrosión se mantiene en aproximadamente de 30 mV a 150 mV entre el tubo y la aleación de aleta. The open circuit corrosion potential value compared to standard calomel electrode (SCE) of 764 mV for Comp 1 - 735 mV for Alloy H indicated that the finned variants will perform sacrificially to either tube alloy if the difference in corrosion potential is kept at approximately 30 mV to 150 mV between the tube and fin alloy.
Tabla 12 Table 12
Tabla 13 Table 13
Cada una de las muestras Comp. 1 y A-H se fotografiaron usando un microscopio óptico. Se llevó a cabo la caracterización de la microestructura para investigar los dispersoides y los tamaños y distribución intermetálicos, así como la estructura del grano antes y después de la soldadura fuerte. La microestructura se examinó grabando las muestras en HBF<4>al 2,5 % durante 60 segundos seguido de limpieza en HNO<3>. Las Figuras 1A-I muestran la microestructura previa a la soldadura fuerte, las Figuras 2A-I muestran la microestructura después de la soldadura fuerte estándar y las Figuras 3A-I muestran la microestructura después de una soldadura fuerte de ciclo rápido. Se usó grabado de Barker para revelar la estructura del grano. Las Figuras 4A-I muestran la estructura del grano en vista simple después de la soldadura fuerte estándar y las Figuras 5A-I muestran la estructura del grano en vista simple después de una soldadura fuerte de ciclo rápido. Cada una de las muestras Comp. 1 y A-H también se fotografiaron para mostrar la estructura del grano en sección transversal antes de la soldadura fuerte (Figuras 6A-I), después de la soldadura fuerte estándar (Figuras 7A-I) y después de la soldadura fuerte rápida (Figuras 8A-I). Para cada conjunto de microfotografías, la figura A corresponde a Comp. 1, la figura B corresponde a la Muestra A, la figura C corresponde a la Muestra B, y así sucesivamente. Each of the Comp. 1 and A-H samples were photographed using an optical microscope. Microstructure characterization was carried out to investigate the dispersoids and intermetallic sizes and distribution as well as the grain structure before and after brazing. The microstructure was examined by etching the samples in 2.5% HBF<4> for 60 seconds followed by cleaning in HNO<3>. Figures 1A-I show the pre-brazing microstructure, Figures 2A-I show the microstructure after standard brazing, and Figures 3A-I show the microstructure after rapid cycle brazing. Barker etching was used to reveal the grain structure. Figures 4A-I show the grain structure in plain view after standard brazing, and Figures 5A-I show the grain structure in plain view after rapid cycle brazing. Each of the Comp. 1 and A-H samples was imaged using an optical microscope. 1 and A-H were also photographed to show the cross-sectional grain structure before brazing (Figures 6A-I), after standard brazing (Figures 7A-I), and after rapid brazing (Figures 8A-I). For each set of photomicrographs, Figure A corresponds to Comp. 1, Figure B corresponds to Sample A, Figure C corresponds to Sample B, and so on.
Ejemplo 2 Example 2
Las muestras de aleación C, E, G y H se prepararon como en el Ejemplo 1, excepto que el % TF se varió durante el recocido intermedio a 350 °C (soldadura previa). Los resultados se muestran a continuación en la Tabla 14 y la Figura 9A. Como se muestra a continuación y en la FIG. 9A, el límite elástico mejoró cuando se realizó más del 35 % TF en comparación con cuando se realizó el 35 % o menos de TF. A excepción de la Muestra E, la resistencia máxima a la tracción también aumentó cuando se realizó más del 35 % TF en comparación con cuando se realizó menos del 35 % TF. Excepto para la Muestra H, el porcentaje de alargamiento disminuyó cuando se realizó más del 35 % TF en comparación con cuando se realizó menos del 35 % TF. Alloy samples C, E, G, and H were prepared as in Example 1 except that the % TF was varied during the intermediate anneal at 350 °C (pre-weld). The results are shown below in Table 14 and Figure 9A. As shown below and in FIG. 9A, the yield strength was improved when more than 35% TF was made compared to when 35% or less TF was made. Except for Sample E, the ultimate tensile strength also increased when more than 35% TF was made compared to when less than 35% TF was made. Except for Sample H, the percent elongation decreased when more than 35% TF was made compared to when less than 35% TF was made.
Tabla 14 Table 14
Ejemplo 3 Example 3
Las muestras de aleación C, E, G y H se prepararon como en el Ejemplo 1, excepto que el % TF se varió durante el recocido intermedio a 350 °C (posterior soldadura fuerte). Los resultados se muestran a continuación en la Tabla 15 y la Figura 9B. Como se muestra a continuación y en la FIG. 9B, excepto para la muestra G, el límite elástico mejoró cuando se realizó más del 35%TF en comparación con cuando se realizó el 35%o menos de TF. A excepción de la Muestra H, la resistencia máxima a la tracción disminuyó cuando se realizó más del 35 % TF en comparación con cuando se realizó menos del 35 % TF. En general, el porcentaje de alargamiento permaneció aproximadamente igual o disminuyó cuando se realizó más del 35 % TF en comparación con cuando se realizó el 35 % o menos de TF. Alloy samples C, E, G, and H were prepared as in Example 1 except that the % TF was varied during the intermediate anneal at 350 °C (post brazing). The results are shown below in Table 15 and Figure 9B. As shown below and in FIG. 9B, except for Sample G, the yield strength was improved when more than 35% TF was made compared to when 35% or less TF was made. Except for Sample H, the ultimate tensile strength decreased when more than 35% TF was made compared to when less than 35% TF was made. Overall, the percent elongation remained approximately the same or decreased when more than 35% TF was made compared to when 35% or less TF was made.
Tabla 15 Table 15
Ejemplo 4 Example 4
Las muestras de aleación C, E, G y H se prepararon como en el Ejemplo 1, excepto que se varió la temperatura de recocido intermedio a >35 % TF (presoldadura fuerte). Los resultados se muestran a continuación en la Tabla 16 y la Figura 9C. Como se muestra a continuación y en la FIG. 9C, a una mayor temperatura entre recocidos, el límite elástico, la resistencia máxima a la tracción y el porcentaje de alargamiento disminuyeron. Tabla 16 Alloy samples C, E, G, and H were prepared as in Example 1 except that the intermediate anneal temperature was varied to >35% TF (pre-braze). The results are shown below in Table 16 and Figure 9C. As shown below and in FIG. 9C, at higher inter-anneal temperature, yield strength, ultimate tensile strength, and percent elongation decreased. Table 16
Ejemplo 5 Example 5
Las muestras de aleación C, E, G y H se prepararon como en el Ejemplo 1, excepto que se varió el efecto de la temperatura de recocido intermedio a >35 % TF (postsoldadura fuerte). Los resultados se muestran a continuación en la Tabla 17 y la Figura 9D. Como se muestra a continuación y en la FIG. 9D, a una mayor temperatura entre recocido, el límite elástico disminuyó, el alargamiento aumentó y la resistencia máxima a la tracción permaneció igual (para la muestra C) o disminuyó (muestras E, G y H). Alloy samples C, E, G, and H were prepared as in Example 1 except that the effect of the interanneal temperature was varied to >35% TF (post-brazing). The results are shown below in Table 17 and Figure 9D. As shown below and in FIG. 9D, at higher interanneal temperatures, the yield strength decreased, the elongation increased, and the ultimate tensile strength either remained the same (for Sample C) or decreased (Samples E, G, and H).
Tabla 17 Table 17
Las muestras de aleación C, E, G y H se sometieron después a soldadura fuerte de ciclo estándar o de ciclo rápido y se fotografiaron como se describió anteriormente. Para muestras interrecocidas a 250 °C y sometidas a un ciclo de soldadura fuerte estándar, el tamaño de grano de vista simple después de la soldadura fuerte se muestra en las Figuras 10A-D, con la FIG. 10A correspondiente a la muestra C, FIG. 10B correspondiente a la muestra E, FIG. 10C correspondiente a la muestra G, y la FIG. 10D correspondiente a la muestra H. De manera similar, para muestras interrecocidas a 350 °C y sometidas a una soldadura fuerte de ciclo estándar, el tamaño de grano en vista simple después de la soldadura fuerte se muestra en las Figuras 11A-D, con la FIG. 11A correspondiente a la muestra C, FIG. 11B correspondiente a la muestra E, FIG. 11C correspondiente a la muestra G, y la FIG. 11D correspondiente a la muestra H. Alloy samples C, E, G, and H were then subjected to either standard cycle or rapid cycle brazing and photographed as described above. For samples interannealed at 250 °C and subjected to a standard cycle brazing, the plain view grain size after brazing is shown in Figures 10A-D, with FIG. 10A corresponding to sample C, FIG. 10B corresponding to sample E, FIG. 10C corresponding to sample G, and FIG. 10D corresponding to sample H. Similarly, for samples interannealed at 350 °C and subjected to standard cycle brazing, the plain view grain size after brazing is shown in Figures 11A-D, with FIG. 11A corresponding to sample C, FIG. 11B corresponding to sample E, FIG. 11C corresponding to sample G, and FIG. 11D corresponding to sample H.
Para muestras interrecocidas entre sí a 250 °C y sometidas a una soldadura fuerte de ciclo rápido, el tamaño de grano de vista simple después de la soldadura se muestra en las Figuras 12A-D, con FIG. 12A correspondiente a la muestra C, FIG.12B correspondiente a la muestra E, FIG. 12C correspondiente a la muestra G, y FIG.12D correspondiente a la muestra H. De manera similar, para muestras interrecocidas a 350 °C y sometidas a una soldadura fuerte de ciclo rápido, el tamaño de grano de vista simple después de la soldadura se muestra en las FIGS. 13A-D, con FIG.13A correspondiente a la muestra C, FIG. 13B correspondiente a la muestra E, FIG. 13C correspondiente a la muestra G, y FIG. 13D correspondiente a la muestra H. Basándose en las imágenes de estructura de grano, se observa que el aumento del % TF a >35 condujo a un tamaño de grano posterior a la soldadura fuerte más fino debido a un aumento en la fuerza impulsora para la recristalización, pero este efecto no parece tener un impacto negativo en la oposición al pandeo. Del mismo modo, la reducción de la temperatura entre recocidos de 350 °C a 250 °C en combinación con un % TF más bajo dio como resultado un tamaño de grano posterior a la soldadura fuerte más grueso. Se seleccionó cuidadosamente una combinación de temperatura de recocidos intermedios y % TF en función de las propiedades deseables necesarias. Por ejemplo, puede ser necesaria una combinación diferente de IA y % TF para lograr oposición al aplastamiento de las aletas o un tamaño de grano más grueso. For samples interannealed together at 250 °C and subjected to rapid cycle brazing, the plain view grain size after welding is shown in Figures 12A-D, with FIG. 12A corresponding to sample C, FIG. 12B corresponding to sample E, FIG. 12C corresponding to sample G, and FIG. 12D corresponding to sample H. Similarly, for samples interannealed at 350 °C and subjected to rapid cycle brazing, the plain view grain size after welding is shown in FIGS. 13A-D, with FIG. 13A corresponding to sample C, FIG. 13B corresponding to sample E, FIG. 13C corresponding to sample G, and FIG. 13D for sample H. Based on the grain structure images, it is seen that increasing the %TF to >35 led to a finer post-brazing grain size due to an increase in the driving force for recrystallization, but this effect does not appear to have a negative impact on buckling opposition. Similarly, reducing the inter-anneal temperature from 350 °C to 250 °C in combination with a lower %TF resulted in a coarser post-brazing grain size. A combination of inter-anneal temperature and %TF was carefully selected based on the desirable properties required. For example, a different combination of AI and %TF may be required to achieve fin crushing opposition or a coarser grain size.
Ejemplo 6 Example 6
La muestra comparativa y las muestras C, E, G y H se prepararon como en el Ejemplo 1 y se sometieron a soldadura fuerte. Se unió un espécimen de aleta y tubo para cada muestra y luego cada espécimen se sometió a pruebas CASS según ASTM B368 (2014). La prueba CASS se realizó por un periodo de 40 días. La actividad de corrosión se caracterizó examinando la junta soldada y la aleta los 10 días, 20 días y 40 días. Al final del periodo de 40 días, cada aleta actuó de manera sacrificial, protegiendo así el tubo. The comparative sample and Samples C, E, G, and H were prepared as in Example 1 and brazed. A fin and tube specimen were joined for each sample and then each specimen was subjected to CASS testing per ASTM B368 (2014). CASS testing was performed for a period of 40 days. Corrosion activity was characterized by examining the welded joint and fin at 10 days, 20 days, and 40 days. At the end of the 40-day period, each fin acted sacrificially, thereby protecting the tube.
Los resultados mostrados para los Ejemplos 2-5 confirmaron que algunos elementos, como Mg y Cu, desempeñan un papel al contribuir al límite elástico y a la resistencia máxima a la tracción de las aleaciones. Sin embargo, normalmente se espera que un aumento de Mg y Cu también conduzca a una mayor corrosión, en comparación con muestras con cantidades más bajas de Mg y Cu. Las imágenes mostradas en las FIGS. The results shown for Examples 2-5 confirmed that some elements, such as Mg and Cu, play a role in contributing to the yield strength and ultimate tensile strength of the alloys. However, an increase in Mg and Cu is typically expected to also lead to increased corrosion, compared to samples with lower amounts of Mg and Cu. The images shown in FIGS.
14A-E son secciones transversales metalográficas tomadas con un aumento de 100x. Sorprendente e inesperadamente, como se muestra en las FIGS. 14A-E, las muestras con una mayor cantidad de Mg y Cu no tuvieron una mayor corrosión, en comparación con las muestras con menores cantidades de Mg y Cu. En consecuencia, cada una de las muestras C, E, G y H se comportó de manera similar a la muestra comparativa en términos de corrosión, pero tenía otras propiedades superiores. 14A-E are metallographic cross sections taken at 100x magnification. Surprisingly and unexpectedly, as shown in FIGS. 14A-E, the samples with higher amounts of Mg and Cu did not have increased corrosion, compared to the samples with lower amounts of Mg and Cu. Consequently, each of samples C, E, G, and H behaved similarly to the comparative sample in terms of corrosion, but had other superior properties.
Todas las Patentes, Solicitudes de Patente y Publicaciones mencionadas anteriormente se incorporan a este documento en su totalidad por referencia. Se han descrito diversas realizaciones de la invención en cumplimiento de los diversos objetivos de la invención. Debe reconocerse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invención. Numerosas modificaciones y adaptaciones de esta serán fácilmente evidentes para los expertos en la materia sin apartarse del alcance de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones. All of the above-mentioned Patents, Patent Applications and Publications are incorporated herein in their entirety by reference. Various embodiments of the invention have been described in furtherance of the various objectives of the invention. It should be recognized that these embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. Numerous modifications and adaptations thereof will be readily apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined in the following claims.
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