一种薄壁抗压力变形储能冷却铝方管的制造方法与流程

本发明涉及金属材料加工，具体为一种薄壁抗压力变形储能冷却铝方管的制造方法。

背景技术：

1、3xxx铝合金也称为铝锰合金，锰元素既能提高合金力学性能而又不会使合金抗蚀性下降。铝锰合金常用于易拉罐体等领域。随着汽车电动化的不断发展，汽车上安装的高功率大容量的动力电池组广泛采用了循环液冷技术进行冷却，液冷通道通常采用薄壁铝合金方管制造，合金成分则采用3xxx铝锰合金，此类薄壁方管需要承受来自通腔液体的高压，因此其合金的抗压性能要求较高，否则方管开裂，冷却液泄露，则会发生车辆电控系统漏电等故障。

2、检索到关于改善铝合金粗晶环的现有文献如下：

3、1、一种3系铝合金管材的生产工艺；201810639993.5；一种3系铝合金管材的生产工艺，3系铝合金原料成分为si：≤0.15％，fe：0.45％～0.60％，cu：0.05％，mn：1.20％～1.40％，mg≤0.05％，cr：≤0.03％，zn：≤0.10％，ti：≤0.03％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量al，退火处理工艺为将淬火后的3系铝合金管材在400～460℃的温度环境下退火处理1～2h，制备的3系退火态铝合金管材的力学性能除满足gb/t 6892-2015的正常标准要求外(即抗拉强度≤185mpa，伸长率要求≥16％)，此发明工艺使管材伸长率可达40％以上，远高于标准要求的16％，同时该管材能够达到在ph值为4.0的酸性溶液条件下保持24小时无腐蚀点要求。

4、2、新型3系铝合金及其制备方法；201911181701.9；一种新型3系铝合金及其制备方法，该新型3系铝合金包括以下质量百分比的成分：0.46％-0.54％的硅；0.45％-0.5％的铜；小于或等于0.25％的铁；1.25％-1.35％的锰；小于或等于0.03％的镁；小于或等于0.04％的钛；小于或等于0.03％的铬；以及其余为铝。该制备方法包括以下步骤：按照上述新型3系铝合金称取原料；将原料加入熔炼炉中熔炼为铝液，铝液经过精炼后，送至静置炉中进行静置及在线除气和双极过滤；通过热顶水平铸造工序，对铝液进行浇铸，浇铸成铸锭；以及对铸锭进行均匀化处理。本发明的新型3系铝合金及其制备方法所制备的铝合金在h112状态下，其抗拉强度达到180mpa，是同等条件下其它3系铝合金的抗拉强度的1.8倍以上。

5、虽然现有技术中，也记载了一些3系铝合金的生产工艺和制备方法，但是针对薄壁抗压力变形储能冷却铝方管产品，专门研发的合金和生产工艺并未记载。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种薄壁抗压力变形储能冷却铝方管的制造方法，通过优化合金成分，改进熔炼、铸造、均热、挤压、预拉伸等综合措施，所生产出来的铝方管产品金属组织晶粒度小，并具有极高耐压性能，可承受静压220kpa±10pa，高压下管面变形小，不易发生管壁开裂等缺陷。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种薄壁抗压力变形储能冷却铝方管的制造方法，其合金成分设计为：合金元素重量百分比si：0.1-0.4%，fe：0.01-0.5%，cu：≤0.1%，mn：1-1.3%，zn：≤0.05%，杂质元素含量≤0.15%，余量为al；

4、所述mn含量优选为：1-1.1%，mn在铝合金中易于生成al6mn相，该相有利于提高材料强度，但mn过多会形成大量硬脆的金属间化合物al6mn相，从而是的合金塑性、韧性下降，而该产品后续需进行弯曲加工，塑性下降易在弯曲过程中产生橘皮甚至开裂现象。此外，mn元素增加在铸造冷却过程中易产生严重的晶内偏析现象，如该偏析成分带入后续加工过程中易产生晶粒粗大现象。

5、所述fe含量优选为：0.3-0.7，fe在3xxx铝合金中可与al6mn形成al6(femn)化合物，可有效降低mn在al基体中的溶解度，3xxx合金中存在一定量的fe有利于细化晶粒尺寸。

6、所述si含量优选为：0.1-0.2，si在3xxx铝合金中会能够与fe形成al12fe3si2,这些相会抵消fe对合金的不利影响。此外，si与mn结合形成al12mn3si2相，si也会削弱mn在al基体中的溶解能力，所以一定量的si有利于改善该合金的铸造性能和焊接性能，晶粒得到细化，使得合金的强度提高。但过多si会降低合金成型性能。

7、所述薄壁抗压力变形储能冷却铝方管的制造方法包括如下步骤：

8、（1）投料：将铝锭和中间合金al-mn10、al-si20投入熔炼炉中，其余合金含量通过铝锭杂质控制；

9、（2）除气：经过除气箱氯气和氩气混合气体除气，氯气流量为30l/min，氩气流量为10l/min；

10、（3）铸造：采用热顶半连续铸造，铸造温度690-720℃，冷却水流量2000-5000l/min；（金属凝固组织由合金成分和凝固条件决定，其中凝固冷却速率是影响金属凝固组织的重要条件，快速冷却有利于获得细小的晶粒尺寸，细小晶粒有利于在后续加工过程中获得细小的产品晶粒。此外，较快的冷却速率使得固溶合金元素析出较少，使得成分偏析不明显，有利于提高后续铸棒均匀化热处理效率。

11、（4）均热：600-640℃/8-24h；均热后冷却速率大于100℃/h；

12、（5）挤压：模具温度控制：440-490℃，铸锭预热温度：490-540℃，挤压筒温度控制：430-450℃；

13、（6）预拉伸：张力拉伸机拉伸率0.3%-0.5%，再视型材截面尺寸进行正式拉伸，拉伸率为1.5-3%；由于3xxx铝合金为不可热处理铝合金，合金进行预拉伸的不仅可改善外形尺寸而且可提高产品性能。预拉伸即在产品内部产生大量的位错增殖，再进一步变形过程中会产生位错缠结，阻碍位错运动，从而使得强度提高。而预变形超过弹性变形后会产生不可恢复的塑性变形，而拉伸过程中金属会沿拉伸方向产生变形，可使产品沿截面方向收缩，从而改善轮廓尺寸。

14、（7）定尺锯切后得到薄壁管材成品。

15、所述步骤（4）的均热工艺优选采用640℃/12h。

16、所述步骤（4）均热后，出炉采用强风冷却铸锭，冷却速率100-150℃/h；当铸锭温度低于300℃，出炉喷淋冷却水冷却，冷却速率150-200℃/h。铸锭冷却过程不但需考虑铸锭内应力的产生，冷却过快会导致铸锭内部内应力增加，产生铸锭弯曲等现象；但是冷却过慢又会导致铸锭金属组织析出粗大相，最终材料力学性能受到不良影响。因此，冷却前段采用强风冷，控制高温冷却段的冷却速率，到达300℃以下后，快速冷却对内应力的产生影响不显著的阶段，采用更强烈的喷淋冷却水的方式冷却，能够最大程度避免粗大相的析出。

17、本发明的优点

18、1、本发明中优化传统3xxx铝合金合金成分，特别严格控制si、fe、mn合金含量，使合金成分符合最终薄壁压力管的力学要求。

19、2、本发明通过优化生产中铸造冷却水、均热工艺等参数：使金属组织晶粒细化并保持，最终使薄壁管产品拉伸率、屈服强度、拉伸强度和延伸率等力学参数达到较高水平。

20、3、本发明通过优化均热后冷却工艺，既能防止铸锭内应力过大产生变形或完全，同时避免了金属组织析出粗大相，保持了金属组织的细化。