CH617720A5

CH617720A5 -

Info

Publication number: CH617720A5
Application number: CH851376A
Authority: CH
Inventors: Hiroshi Murakado; Kazuhiro Nakata; Eiki Usui; Tetsuo Tamiya; Masahiro Chikuda; Yoshinobu Kitao; Akira Fujiwara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1980-06-13
Also published as: DE2629838B2; DE2629838A1; SE7607506L; US4072542A; DE2629838C3; SE431102B; FR2316348B1; NO762304L; FR2316348A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blech zur Herstellung von Rippen eines Wärmetauschers, in welches Löcher zur Aufnahme der Rohre durch Lochen, Durchziehen, Abstreckziehen und Bördeln gebildet werden. 55

Für Rippen eines Wärmetauschers wurden bis Jetzt Bleche aus Aluminiumlegierungen warmgehärtete Werkstoffe und halbharte Werkstoffe gemäss A1050 (JIS-Norm) oder AI 100 (JIS-Norm) verwendet. Wenn die Dicke solcher Bleche zur Senkung der Kosten vermindert wird, treten verschiedene Pro- b& bleme der Herstellungstechnik, der Vereinfachung der Handhabung auf, und Risse und andere Mängel treten sehr einfach auf. Weiter kann zwischen den Rippen, die aus diesen dünnen Blechen geformt sind und den Rohren eines Wärmetauschers keine gute Haftung erzielt werden, so dass der Wirkungsgrad p5 der Wärmeübertragung vermindert wird.

Als das bekannte Verfahren zur Herstellung von Rippen eines Wärmetauschers, der berippte Rohre aufweist, nämlich ein Verfahren zur Bildung der Löcher zur Aufnahme der Rohre kann das sogenannte Tiefzieh-Bördel-Verfahren genannt werden, das die Verfahrensschritte des Lochens, Durchziehens und Bördelns gemäss der Fig. 1 aufweist, und ein «Burr Oak»-Ver-fahren (Weldun-Verfahren), das wenigstens einen Ziehvorgang (überhängend) Lochen, Durchziehen und Bördeln gemäss der Fig. 2 umfasst. Die Bleche aus Aluminiumlegierung, welche üblicherweise bei diesen Verfahren verwendet worden sind, sind diejenigen, die zur reinen AI-Gruppe gehören, die durch A1050 (JIS-Norm) vertreten sind und diejenigen der sogenannten weich geglühten Stoffe die eine Zugfestigkeit ab von 7 bis 13 kg/mm2 aufweisen, beispielsweise ein O-Temperstoff oder H22-Temperstoff nach (JIS-, AA-, ASTM-Norm).

Um die Herstellungskosten zu senken, ist es seit kurzem erwünscht, die Dicke dieser Werkstoffe, aus welchen die Rippen gebildet sind, zu vermindern. Wenn jedoch die Dicke dieser weichgeglühten Stoffe, die bis jetzt verwendet wurden, vermindert wird, treten verschiedene Probleme und Schwierigkeiten der Formtechnik und in der Verwendung der sich daraus ergebenen Rippen auf und sie können praktisch nicht verwendet werden. Insbesondere treten Schwierigkeiten und Mängel in Form von Rissen auf, die während des Verformens sehr einfach gebildet werden können. Weiter kann eine genügende Haftung zwischen Rippen und Rohren nicht erzielt werden und der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung ist vermindert.

Um die angeführten Nachteile zu beheben, ist die Verwendung eines harten Werkstoffes mit einer Zugfestigkeit ob von ungefähr 18 kg/mm2 als Werkstoff zur Herstellung von Rippen vorgeschlagen worden, und als Verfahren bei der Verwendung eines solchen harten Werkstoffes wurde eines vorgeschlagen, das die Verfahrensschritte des Lochens, Durchziehens und Bördelns gemäss der Fig. 3 umfasst.

Wenn jedoch herkömmliche Al-Werkstoffe gehärtet und für dieses Verfahren zur Herstellung von Rippen verwendet werden, werden beim Halsendteil nach dem Abstreckziehen feine Risse erzeugt und während des nachfolgenden Bördelns werden grosse Risse erzeugt. Entsprechend ist die Entwicklung von Blechen aus Aluminiumlegierungen mit hoher Zugfestigkeit und guter Formbarkeit, welche zur Herstellung von Rippen eines Wärmetauschers einfach verwendet werden können, von der Technik sehr erwünscht.

Die vorliegende Erfindung ist das Ergebnis unserer Forschungen mit dem Ziel, die angeführten Probleme, die den herkömmlichen Techniken eigen sind, zu beheben.

Es ist daher ein hauptsächlichstes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Aluminiumblech zu schaffen, das eine hohe Festigkeit und gute Formbarkeit aufweist, welche zur Bildung von Rippen eines Wärmetauschers verwendbar ist, wobei die Löcher zur Aufnahme der Rohre durch ein Lochen, Durchziehen, Abstreckziehen und Bördeln gebildet werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Blech aus Aluminiumlegierung zu schaffen, das die Bildung von harten dünnen Rippen zulässt, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Bleches aus Aluminiumlegierung zu schaffen.

Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Blech aus Aluminiumlegierung zu schaffen, das im Stande ist, die Haftung zwischen Rippe und Rohr zu erhöhen, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Bleches aus Aluminiumlegierung zu schaffen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumplatte, die wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Mo, Cr, V, Hf, Ta, W, Nb, Tc und Re, die imstande sind, mit AI eine peritektische Reaktion durchzuführen, aufweist, wobei die Menge des Elementes, wenn nur ein Element vorhanden ist, 0,05 bis 0,4 Gew.-% beträgt, und wenn zwei oder mehr Elemente vorhanden sind, die Menge wenigstens eines Elementes 0,05 bis 0,4 Gew.-% beträgt und die totale Menge der Elemente bis 0,5 Gew.-% beträgt, ausgeglüht wird,

die Platte warmgewalzt und die warmgewalzte Platte kaltgewalzt wird, wobei die Abnahme beim Kaltwalzen mindestens 20% beträgt.

Vorteilhaft ist auch wenigstens eines der Elemente bis zu 0,25 Gew.-% Cu, bis zu 0,5 Gew.-% Mg, bis zu 0,5 Gew.-% Mn, bis zu 0,7 Gew.-% Fe, bis zu 0,002 Gew.-% Be, bis zu 0,1 Gew.-% B in der Form von TÌB2, bis zu 0,7 Gew.-% Si und bis zu 0,5 Gew.-% seltene Erden vorhanden.

Die Aluminiumplatte kann zusätzlich 0,5 bis 2,0 Gew.-% Zn aufweisen. Die Aluminiumplatte kann dem Vergüten nach dem Warmwalzen oder während des Kaltwalzens ausgesetzt werden, wobei die Wärmezustände keine Rekristallisation erzeugen. Die kaltgewalzte Platte kann nach dem Kaltwalzen einem tempernden Vergüten ausgesetzt werden, bei welchem die Platte während 1 bis 6 Stunden bis auf mindestens 150 °C erwärmt wird.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 verschiedene Verfahren zur Herstellung von Rippen eines Wärmetauschers, wobei Fig. 1 ein Zieh- und Bördelverfahren zeigt,

Fig. 2 einen «Burr oak»-Verfahren (Weldun-Verfahren) und

Fig. 3 ein Verfahren, bei welchem nach dem Durchziehen ein Abstreckziehen durchgeführt wird.

Um die vorher erwähnten Nachteile zu beheben, die bei Verwendung von herkömmlichen Blechen aus Aluminiumlegierung auftreten, haben wir sowohl Untersuchungen in Bezug auf die Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, als auch auf die Schritte beim Umformen von Aluminiumplatten in Bleche durchgeführt. Als Folge haben wir erfolgreich eine Aluminiumlegierung mit einer Zugfestigkeit entwickelt, die hoch genug ist, dass sie die Ansprüche in Bezug auf die Verminderung der Dicke in Werkstoffen zur Bildung von Rippen in Wärmetauschern erfüllt und die eine ausgezeichnete Formbarkeit aufweist, wenn sie einem Verfahren zur Herstellung von Rippen eines Wärmetauschers ausgesetzt wird, das die Verfahrensschritte des Lochens, Durchziehens, Abstreckziehens und Bördelns umfasst.

Nun wird die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben.

Beim Durchführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird zuerst eine Aluminiumplatte gemäss folgenden Bedingungen hergestellt. Mindestens eines der Elemente, die von denjenigen Elementen ausgewählt ist, die im Stande sind mit Aluminium eine peritektische Reaktion durchzuführen, nämlich Ti, Zr, Mo, Cr, V, Hf, Ta, W, Nb, Tc und Re wird als das notwendige Legierungselement im Aluminium eingebracht und gelöst. Dann wird die Schmelze gemäss eines bekannten Verfahrens, beispielsweise des halbkontinuierlichen Gussverfahrens, gegossen. Wenn ein einziges Element eingebracht ist, beträgt die vorhandene Menge des Elementes 0,05 bis 0,4 Gew.-%, und wenn zwei oder mehr Elemente gleichzeitig eingebracht sind, ist die Menge wenigstens eines der Elemente 0,05 bis 0,4 Gew.-% und die insgesamte Menge dieser zusätzlichen Elemente nicht mehr als 0,5 Gew.-%.

Die Gründe zur Begrenzung auf die angegebene Menge eines solchen unbedingt notwendigen zusätzlichen Elementes sind die folgenden.

Wenn ein Element enthalten ist, kann, falls die enthaltende Menge weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, keine merkbare Wirkung einer Verbesserung der Formbarkeit erhalten werden. Wenn die Menge des Elementes mehr als 0,4 Gew.-%, falls ein Element dazugefügt wird, oder wenn die insgesamte Menge mehr als 0,50 Gew.-% beträgt, falls zwei oder mehr Elemente dazugefügt werden, kann keine merkbare Wirkung betreffs Verbesserung der Formbarkeit erzielt werden und weiter werden die Gusseigenschaften beeinträchtigt und grobkörnige Bezirke gebildet, was verschiedene Mängel zur Folge hat. Vom

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ökonomischen Gesichtspunkt und vom Gesichtspunkt der Verbesserung der Formbarkeit aus gesehen, sind von den vorerwähnten Elementen, die im Stande sind eine peritektische Reaktion mit AI durchzuführen, Ti, Zr und Mo am meisten vorzuziehen und im Falle dieser bevorzugten Elemente ist es vorzuziehen, dass die hinzugefügte Menge 0,1 bis 0,2 Gew.-% beträgt.

Nachfolgend werden bevorzugte Zusatzelemente und Verunreinigungen, welche zusätzlich zu den vorher erwähnten unbedingt notwendigen Elementen dazugefügt werden, beschrieben.

Cu, Mg und Mn bewirken eine Vergrösserung der Festigkeit. Entsprechend ist es vorteilhaft wenigstens eines dieser Elemente beizufügen.

Nachfolgend werden nun die Mengen dieser Elemente und die Gründe für ihre Begrenzung beschrieben.

Die Menge Cu, die gegebenenfalls beigefügt wird, beträgt maximal 0,25 Gew.-%. Wenn die Menge Cu bis zu 0,25 Gew.-% beträgt, kann die Festigkeit verbessert werden, wenn jedoch die Menge mehr als 0,25 Gew.-% beträgt, ist die Korrosionsfestigkeit vermindert.

Mg wird gegebenenfalls in einer Menge bis zu 0,5 Gew.-% beigefügt. Wenn die Menge bis zu 0,5 Gew.-% beträgt, ist die Festigkeit verbessert, wenn jedoch die Menge höher als 0,5 Gew.-% beträgt, wird die durch das unbedingt notwendige Element erzeugte Wirkung vermindert.

Mn wird gegebenenfalls in einer Menge von bis zu 0,5 Gew.-% hinzugefügt. Falls die Menge bis zu 0,5 Gew--% beträgt, ist die Festigkeit verbessert, wenn die Menge 0,5 Gew.-% übersteigt, wird die Wirkung, die durch unbedingt notwendige Element erzielt wird, vermindert.

Fe bewirkt, dass ein Schrammen verhindert ist, wenn das Abstreckziehen beim Bilden der Rippen oder ähnlichem durchgeführt wird. Dementsprechend, wenn die Formgebung unter solchen schweren Zuständen durchgeführt wird, ist es vorzuziehen, Fe zuzufügen. Wenn Fe zugefügt wird, beträgt die Menge Fe mit Vorteil maximal 0,7 Gew.-%. Wenn Fe in einer Menge bis zu 0,7 Gew.-% zugefügt wird, wird ein Schrammen verhindert und die Formbarkeit erhöht und es bewirkt, dass feinere Kristallkörner erzeugt werden können. Wenn jedoch die Menge Fe mehr als 0,7 Gew.-% beträgt, wird die Korrosionsfestigkeit vermindert und die Wirkung, die durch das unbedingt notwendige Element erhalten ist, ebenfalls vermindert.

Be verhindert die Oxydation der Schmelze, und wenn die Schmelze Mg oder ähnliches enthält, ist es insbesondere vorzuziehen Be beizufügen. Be wird in einer Menge von maximal 0,02 Gew.-% beigefügt, und in diesem Fall kann eine Verhinderung der Oxydation erzielt werden. Wenn jedoch die Menge von Be 0,002 Gew.-% übersteigt, tritt beim Schmelzen eine Giftwirkung auf.

B bewirkt, dass das Gussgefüge feiner ist, falls es in der Form von TÌB2 beigefügt wird. Es ist daher vorzuziehen, nach Bedarf TÌB2 beizufügen. Die beigefügte Menge von B ist maximal 0,1 Gew.-% (als TÌB2), und in diesem Fall können feinere Kristallkörner erzeugt werden. Wenn jedoch B in einer Menge beigefügt wird, die mehr als 0,1 Gew.-% beträgt, kann keine merkbare Wirkung erzielt werden, jedoch können sehr einfach Ti-Gemenge und B-Gemenge in der Matrix der AI-Platte abgeschieden werden.

Bei der vorliegenden Erfindung werden Si und seltene Erde-Elemente als Verunreinigung betrachtet und sie können in der Platte innerhalb des Bereiches vorhanden sein, gemäss welchen die Ziele der vorliegenden Erfindung erzielt werden können. Jedoch müssen sie nicht unbedingt vorhanden sein. Nachfolgend werden die zulässigen Mengen dieser Verunreinigungen beschrieben.

Si ist ein Element, das mit AI keine peritektische Reaktion durchführen kann, und das, wie auch die seltenen Erden, als

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

SO

55

60

b5

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Verunreinigung betrachtet wird. Si kann in einer Menge bis maximal 0,7 Gew.-% vorhanden sein, welche Menge einen üblichen Grenzwert von Si in Legierungen darstellt. Falls die Menge an Si 0,7 Gew.-% übersteigt, ist die Wirkung, die durch das unbedingt notwendige Element erhalten ist, vermindert.

Der maximale Anteil der seltenen Erden beträgt 0,6 Gew.-%. Falls der Wert von 0,6 Gew.-% überschritten wird,

wird die Wirkung, die durch das unbedingt notwendige Element erhalten ist, vermindert.

Falls ein Wärmetauscher vollständig aus Aluminium zusammengesetzt ist, ist es notwendig, die Korrosion der Aluminiumrohre zu verhindern, und eine Korrosion der Rohre selbst wird verhindert, indem vorwiegend eine Korrosion der Rippen bewirkt wird. Aus diesem Grund kann Zn in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Gew.-% beigefügt werden. Falls die Menge an Zn kleiner als 0,5 Gew.-% ist, kann das Elektrodenpotential nicht genügend negativ gemacht werden und falls die Menge an Zn 2,0 Gew.-% übersteigt, findet die Korrosion in den Rippen zu schnell statt. Falls ein herkömmlicher Wärmetauscher aus Kupfer zusammengesetzt ist, wird aus Gründen der Korrosionsfestigkeit die Menge an Zn zweckmässig unterhalb 0,25 Gew.-% gehalten.

Eine Platte, die aus einer Schmelze mit obiger Zusammensetzung erhalten ist, wird dann geglüht. Die Temperatur und Zeit des Glühens werden abhängig von den Abmessungen der Platte und anderen Beiwerten festgelegt. Im allgemeinen wird das Glühen bei einer Temperatur von 350 bis 630 °C während 1 bis 48 Stunden durchgeführt.

Nachher wird die Platte warmgewalzt. Die Zustände beim Warmwalzen werden entsprechend des Walzprogrammes gewählt, in Abhängigkeit des nachfolgenden Kaltwalzens. Im allgemeinen wird das Warmwalzen unter solchen Zuständen durchgeführt, dass die gewalzte Dicke 2 bis 25 mm beträgt und die Temperatur bei Beendigung des Warmwalzens 250 bis 500 °C beträgt.

Dann wird die warmgewalzte Platte kaltgewalzt. Die Abnahme, die beim Kaltwalzen erzeugt wird, ist für die vorliegende Erfindung sehr wichtig. Es ist nämlich notwendig, dass die Abnahme wenigstens 20% beträgt. Falls die Abnahme beim Kaltwalzen weniger als 20% beträgt, kann die erwünschte Festigkeit und Formbarkeit nicht erhalten werden. Es ist vorzuziehen, dass die Abnahme, die beim Kaltwalzen erhalten wird, wenigstens 70% beträgt. Unter diesen Zuständen können harte Werkstoffe, wie beispielsweise Hm, erhalten werden.

Bei einigen Walzprogrammen kann zwischen dem obengenannten Warmwalzen und Kaltwalzen ein zusätzliches Kaltwalzen durchgeführt werden. Weiter kann vor oder nach dem Kaltwalzen ein Vergüten gemäss eines herkömmlichen Verfahrens durchgeführt werden. Ob ein solches Zwischenkaltwalzen oder Vergüten durchgeführt wird, ist nicht wichtig, jedoch ist es für die vorliegende Erfindung wichtig, dass die Abnahme, die beim Kaltwalzen erzielt wird, wenigstens 20% beträgt.

Eine genügende Formbarkeit kann nur erhalten werden, indem das vorgenannte Glühen, Warmwalzen und Kaltwalzen durchgeführt wird. Um eine weiter verbesserte Formbarkeit zu erhalten, ist vorzuziehen, dass zwischen dem Warmwalzen und Kaltwalzen oder während dem Kaltwalzen ein Vergüten durchgeführt wird.

Falls das Vergüten gemäss eines Chargenverfahrens bei Verwendung einer Glühspule durchgeführt wird, wird das Vergüten bei einer Temperatur unterhalb 400 °C durchgeführt. Wenn das Vergüten mittels einer schnellen Erwärmung durch1-15

20

geführt wird, beispielsweise eines ununterbrochenen Vergütungsverfahrens, kann eine höhere Temperatur von 400 bis 600 °C verwendet werden. Wenn beim chargenmässigen Verfahren, bei welchem die Erwärmung klein ist, das Vergüten bei einer Temperatur oberhalb 400 °C durchgeführt wird, werden die Kristallkörner gröber und grobe Kristallkörner haben einen schlechten Einfluss auf die Formbarkeit. Im Falle des fortlaufenden Verfahrens tritt dieser Nachteil nicht auf. In Kürze, die Vergütungsbedingungen werden entsprechend des gewählten Vergütungsverfahrens geändert und bei jedem Verfahren ist es notwendig, dass das Vergüten bei einer Temperatur durchgeführt wird, die keine Rekristallisation erzeugt.

Das unter den vorerwähnten Zuständen kaltgewalzte Material entspricht z. B. dem Hw-Werkstoff ; nämlich, es weist eine Zugfestigkeit ab von ungefähr 18 kg/mm2 auf und bildet ein Hartblech, das im Stande ist, die Ziele der vorliegenden Erfindung vollständig zu erfüllen, nämlich ein Hartblech, das eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Formbarkeit aufweist, welches gemäss des oben erwähnten Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann.

Ein derart hergestelltes Blech weist eine ausgezeichnete Formbarkeit und hohe Festigkeit auf, und kann unmittelbar praktisch verwendet werden. Wenn jedoch eine bessere Formbarkeit notwendig ist, ist es vorzuziehen, das Vergüten bei verhältnismässig tiefen Temperaturen durchzuführen, insbesondere bei Temperaturen von wenigstens 150 °C, während 1 bis 6 Stunden.

Es ist sehr interessant zu bemerken, dass die Neigung einer Kurve, die die Erreichungseigenschaften der Legierung der vorliegenden Erfindung darstellt, sehr klein ist. Das heisst, dass wenn eine Kurve gezeichnet wird, welche die Zugfestigkeit der Legierung abhängig von der Temperatur darstellt, diese Kurve bis zu etwa 150 °C einen äusserst flachen Verlauf aufweist, um nach 150 °C steil abzufallen, was heisst, dass bei Werten über 150 °C die Zugfestigkeit sehr stark abnimmt. Wenn daher das Vergüten unter den oben erwähnten tiefen Temperaturen durchgeführt wird, kann die Formbarkeit erhöht werden, währenddem die Festigkeit kaum merkbar vermindert wird.

4,1 Der Grund dafür, dass die untere Grenze der Temperatur beim Vergüten vorteilhaft 150 °C ist, ist, wenn falls das Vergüten bei einer Temperatur unterhalb 150 °C durchgeführt wird, wird die Formbarkeit gegenüber der Formbarkeit des oben beschriebenen kaltgewalzten Stoffes nicht verbessert. 41 Wie es aus den vorgehenden Beispielen ersichtlich ist, weist der Werkstoff, der gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, nämlich der ausgeglüht, warmgewalzt und kaltgewalzt wird, und auch der Werkstoff, der gemäss einer besonderen Ausführungsform (Anspruch 3) nach dem Kaltwalzen zusätzlich noch vergütet wird, ausgezeichnete Eigenschaften auf, die bei nicht allen bekannten Werkstoffen vorhanden sind.

Um die Erfindung besser zu beschreiben, werden nachfolgende einige Beispiele der vorliegenden Erfindung zusammen mit Versuchsergebnissen beschrieben.

Beispiel 1

Ein Aluminiumlegierungs-Barren wurde gemäss eines halbkontinuierlichen Giessverfahrens hergestellt, und seine Oberfläche geschnitten und abgeflacht um eine Platte mit einer Dicke von 40 mm zu erhalten. Die chemische Zusammensetzung dieser Probe ist in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.

5

Tabelle 1

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Chemische Zusammensetzung der geprüften Probe Angaben in Gew.-%

Probe

Nr. Cu Si Fe Mn Mg Zn Cr Ti Al

1 0,007 0,05 0,29 0,008 0,010 0,002 Spur 0,015 Rest

2 0,001 0,05 0,15 0,001 0,004 0,006 Spur 0,170 Rest

Probe Nr. 1 ist ein herkömmlicher Werkstoff, eine 1050-Legierung und die Probe Nr. 2 ist eine Legierung der vorliegenden Erfindung, die Ti enthält.

15

Beiden Proben wurden während 6 Stunden einem Dauerglühen bei 540 °C ausgesetzt und warmgewalzt, um die Dicke auf 5 mm zu verringern. Währenddem diese Dicke beibehalten wurde, wurde während einer Stunde ein Anlassen bei 360 °C durchgeführt, und die Probe wurde gekühlt und kaltgewalzt, 20 um ein Blech mit einer Dicke von 0,15 mm zu erhalten. Mit der Probe Nr. 2 wurde in gleicher Weise ein Blech hergestellt, ohne das Anlassen durchzuführen (Probe Nr. 2(A)).

Die Probe 2(B) war ein rein kaltgewalztes Erzeugnis jedoch die Proben 1,2(A) und 2(C) waren Erzeugnisse, die erhalten wur-25 den, indem nach dem Kaltwalzen eine Vergütung bei 100 bis

400 °C während 2 Stunden durchgeführt wurde.

Die Proben wurden durchgezogen, welches eines der wichtigen Verfahrensschritte beim Herstellen von Rippen eines Wärmetauschers ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II gezeigt. Das Durchziehen der Tabelle II ist ein Wert, der gemäss der folgenden Formel berechnet ist:

D-d xlOO d wobei d den Durchmesser des ersten durchgestossenen Loches und D den Durchmesser eines Durchziehstössels darstellt. Dementsprechend weist ein Werkstoff, der ein höheres kritisches Durchziehverhältnis, das einen Bruch erzeugt aufweist, eine bessere Formbarkeit auf.

Tabelle 2

Versuchsergebnisse beim Durchziehen

Probe

Anlassen

Tem

Durchziehverhältnis %

Nr.

pern

39

43

47

52

56

61

67

72

1

durchgeführt

H29

AA0

AAA

A XX

XXX

2(A)

nicht durchge

führt

H29

000

A0A

XAA

XXX

2(B)

durchgeführt

H19

000

0X0

0XX

XXX

2(C)

durchgeführt

H29

000

00A

A XX

XXX

Anmerkungen:

0: keine Risse

À : vena contracta (Zustand unmittelbar vor Riss)

X: Risse

H29 und H19: H29 bezeichnet ein Erzeugnis, das durch Vergüten von H19 erhalten ist (kaltgewalztes Erzeugnis) bei tiefer Temperatur und weist eine Festigkeit auf, die mit derjenigen von H19 vergleichbar ist.

Aus den in der Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ist es keit als der Werkstoff Nr. 2(B) auf.

ersichtlich, dass die Legierung Nr. 2 der vorliegenden Erfindung bei einer Zugabe von Ti eine Formbarkeit aufweist, die Beispiel 2

besser ist als diejenige der bekannten Legierung 1050 und diese Eine Platte aus Aluminiumlegierung wurde gemäss eines Verbesserung ist durch die Vergütung erhalten worden. 55 halbkontinuierlichen Giessverfahrens hergestellt und die Ober fläche wurde geschnitten und abgeflacht um eine Platte mit einer Dicke von 40 mm zuerhalten. Die chemische Zusammen-Der getemperte Werkstoff Nr. 2(C) weist eine Festigkeit Setzung der somit hergestellten Probe war diejenige, die in der auf, die mit derjenigen des nicht getemperten Werkstoffes Tabelle 3 gezeigt ist. Die in dieser Tabelle gezeigte Probe ist

Nr. 2(B) vergleichbar ist und weist eine viel bessere Formbar- eine Legierung der vorliegenden Erfindung, die Mo enthält.

Tabelle 3

Chemische Zusammensetzung der Probe

Cu

Si

Fe

Mn

Mg

Zn

Cr Ti

Mo

AI

0,002

0,05

0,16

0,002

0,003

0,006

Spur 0,029

0,10

Rest

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6

Die Probe wurde bei einer Temperatur von 540 °C wäh- um ein Blech mit einer Dicke von 0,15 mm zu erhalten.

rend 6 Stunden geglüht und dann warmgewalzt, um seine Dicke auf 5 mm zu verringern. Währenddem diese Dicke beibehalten Der somit erhaltene Werkstoff wurde der Durchziehprü-

wurde, wurde während einer Stunde ein Vergüten bei 360 °C fung unterworfen, um die in der Tabelle 4 gezeigten Ergebnisse durchgeführt. Dann wurde die Probe gekühlt und kaltgewalzt, 5 zu erhalten.

Tabelle 4 Ergebnisse der Durchziehprüfung

Tempern Durchziehverhältnis

39 43 47 52 56 61 67 72

H29 000 000 000 000 A 00 XAX XXX XXX

Aus diesen in der Tabelle 4 gezeigten Prüfungsergebnisse geht hervor, dass die Legierung der vorliegenden Erfindung mit einer zweckdienlichen Menge von Mo bei einem Durchziehverhältnis bis 56% ohne Rissbildung verarbeitet werden kann, und weist daher eine ausgezeichnete Formbarkeit auf.

Beispiel 3

Eine Platte aus Aluminiumlegierung wurde gemäss eines halbkontinuierlichen Giessverfahrens hergestellt und die Oberfläche wurde geschnitten und abgeflacht, um eine Platte mit so einer Dicke von 500 mm zu erhalten. Die chemische Zusammensetzung der Probe war die, wie in der Tabelle 5 gezeigt ist.

Tabelle 5

Chemische Zusammensetzung der Probe Probe Nr. Cu Si Fe Mn Mg Zn Cr Ti Zr AI

3 0,008 0,10 0,30 0,010 0,027 0,002 - 0,020 - Rest

4 0,017 0,08 0,30 0,008 0,010 0,001 Spur 0,015 0,04 Rest

5 0,017 0,08 0,29 0,008 0,002 0,001 Spur 0,018 0,20 Rest

Die Probe Nr. 3 ist ein herkömmlicher Werkstoff, 1050- tet, welche nicht vergütet wurden.

Legierung, Probe Nr. 4 ein vergleichbarer Werkstoff, der Zr in ri Jede Probe wurde kaltgewalzt um ein Blech mit einer Dicke einer Menge enthält, die ausserhalb des Bereiches der vorlie- von 0,15 mm zu erhalten. Bei jeder kaltgewalzten Probe wurde genden Erfindung liegt, und die Probe Nr. 5 ist eine Legierung das Vergüten während 2 Stunden bei einer Temperatur im der vorliegenden Erfindung, die 0,2 Gew.-% Zr aufweist. Bereich von 150 bis 500 °C durchgeführt.

Jede Probe wurde während 3 Stunden bei 500 °C geglüht und warmgewalzt, um die Dicke auf 3,5 mm verringern. 40 Diese Proben wurden der Durchziehprüfung ausgesetzt,

Währenddem diese Dicke beibehalten wurde, wurde das welche eine wichtige Arbeit beim Verfahren zum Herstellen Vergüten während 2 Stunden bei 350 °C durchgeführt. Im Falle von Blechen für Rippen eines Wärmetauschers oder ähnliches der Proben Nr. 4 und 5 wurden ebenfalls Werkstoffe vorberei- ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6 Prüfung der Formbarkeit

Probe Vergüten Tempern Durchziehverhältnis %

Nr.

39

43

47

52

56

61

67

72

3

durchgeführt

H29

000

XAX

XXX

4

nicht durch

geführt

H29

000

AAX

XXX

4

durchgeführt

H29

000

00 A

XXX

5

nicht durch

geführt

H29

000

XOX

XXX

5

durchgeführt

H29

000

00

XX

XXX

Gemäss den in der Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen weist die Legierung Nr. 5 des Ausführungsbeispiels eine viel bessere Formbarkeit als die Legierung 1050 auf. Diese ausgezeichnete Formbarkeit ist vor allem durch das Vergüten gemäss dieses Ausführungsbeispiels erzeugt.

Wie es aus den Ergebnissen hervorgeht, die von der Legierung Nr. 4 erhalten sind, kann die erwünschte Wirkung nicht erhalten werden, wenn Zr in einer Menge vorhanden ist, die nur 0,04% beträgt.

m Beispiel 4

Ein Aluminiumbarren wurde gemäss eines halbkontinuierlichen Gussverfahrens hergestellt, und die Oberfläche wurde geschnitten und abgeflacht, um eine Platte mit einer Dicke von 40 mm zu bilden. Die chemische Zusammensetzung der Probe ist diejenige der Tabelle 7.

Diese Probe war eine Legierung der vorliegenden Erfindung, die sowohl Cr, Ti als auch Zr enthält.

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Tabelle 7

Chemische Zusammensetzung der Probe

Cu

Si

Fe

Mn

Mg

Zn

Cr

Ti

Zr

AI

0,003

0,06

0,15

0,002

0,004

0,005

0,11

0,15

0,13

Rest

Die Durchzieh-Prüfungsergebnisse dieser Legierung sind in der Tabelle 8 gezeigt.

Tabelle 8

Prüfungsergebnisse beim Durchziehen

Tempern Durchziehverhältnis (%)

39 43 47 52 56 61 67 72

H29 000 000 000 XXO OXX XXX XXX XXX

Vergleichsbeispiel 1

In diesem Beispiel ist gezeigt, dass eine Beifügung von Elementen, die im Stande sind mit Aluminium eine eutektische Reaktion durchzuführen, keine Wirkung bezüglich der Verbesserung der Formbarkeit haben.

20 Zu prüfende Werkstoffe wurden in derselben Weise wie beim Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass die Dicke nach dem Warmwalzen 3 mm war und alle zu prüfenden Proben wurden dem Vergüten ausgesetzt. Die chemische Zusammensetzung war diejenige der Tabelle 9.

Tabelle 9

Chemische Zusammensetzung der Probe

Probe Cu Si Fe Mn Mg Zn Cr Ti Al

Nr.

7 0,08 0,08 0,54 0,004 0,003 Spur Spur 0,035 Rest

8 0,16 0,14 0,59 1,32 0,009 0,076 0,002 0,038 Rest

Die Probe Nr. 7 wurde gebildet, indem der herkömmlichen Die Ergebnisse der Durchziehprüfung sind in der Tabelle 10 Legierung 1050 Fe zugefügt wurde und Probe Nr. 8 wurde 40 gezeigt.

gebildet, indem der Legierung 1050 Fe und Mn zugefügt wurde.

Tabelle 10 Prüfungsergebnisse beim Durchziehen

Probe Tempern Bördelverhältnis

Nr.

39

43

47

52

56

61

67

72

7

H29

000

A0A

OXX

XXX

8

H26

A0A

X0X

XXX

Um den Festigkeitsgrad gleichzuhalten, wurde Probe Nr. 8 auf H26 geglüht. Wenn die Festigkeit bis zum Wert H29 erhöht worden wäre, hätten sich die Prüfungsergebnisse noch mehr verschlechtert.

Wie es aus den in der Tabelle 10 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, ist die Formbarkeit der Legierungen dieses Vergleichsbeispiels in keiner Weise besser als diejenige der Legierung 1050, die in Beispiel 1 gezeigt ist.

Beispiel 5

Bleche der herkömmlichen Legierung 1050 und der Legierung der vorliegenden Erfindung, die gemäss dem Beispiel 1 bis 4 hergestellt wurden, und eine Dicke von 0,15 mm aufweisen, wurden weiter kaltgewalzt, bis ihre Dicke auf 0,11 mm verringert wurde. Diese Werkstoffe wurden in Rippen für einen Wär-, die ein Lochdurchmesser von 9,8 mm aufweisen, und die gemäss des Verfahrens hergestellt wurden, das ein Abstreckziehen aufweist.

55 Bei der Legierung 1050 wurden beim auseinanderlaufenden Abschnitt, d. h. beim Hals, Risse gebildet und es konnten keine verwendbaren Rippen gebildet werden. Jede der Legierungen der vorliegenden Erfindung wurden in Rippen umgeformt,

ohne dass Risse auftraten. Von den Legierungen der vorliegen-bo den Erfindung wurden Schnitte der Rippen hergestellt, welche in den Photographien der Fig. 4 und 5 gezeigt sind.

Beispiel 6

Eine Aluminiumplatte wurde gemäss eines halbkontinuierli-65 chen Giessverfahrens hergestellt, und die Oberfläche wurde geschnitten und abgeflacht, um eine Platte mit einer Dicke von 40 mm zu erhalten. Die chemische Zusammensetzung der Probe ist in der Tabelle 11 gezeigt.

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Tabellell

Chemische Zusammensetzung der Probe

Probe Cu Si Fe Mn Mg Zn Cr Ti Zr AI

Nr.

1

0,007

0,05

0,29

0,008

0,010

0,002

Spur

0,015

-

Rest

2

0,002

0,040

0,15

0,005

0,002

1,05

Spur

0,031

-

Rest

3(A)

0,003

0,036

0,14

0,004

0,002

1,02

Spur

0,028

0,06

Rest

3(B)

0,004

0,040

0,16

0,002

0,007

1,05

Spur

0,032

0,11

Rest

3(C)

0,003

0,05

0,15

0,003

0,005

1,06

0,003

0,16

-

Rest

3(C)

0,008

0,04

0,17

0,007

0,006

1,09

0,15

0,14

0,17

Rest

Die Proben Nr. 1 und 2 sind herkömmliche Legierungen 1050, bzw. 7072. Die Proben Nr. 3(A) bis 3(D) sind Legierungen der vorliegenden Erfindung, die eine vorbestimmte Menge wenigstens eines der Elemente Zr, Ti und Cr enthalten, die im Stande sind, mit AI eine peritektische Reaktion durchzuführen, 20 und die weiter ungefähr 1% Zn aufweisen.

Jede Probe wurde während 6 Stunden bei 450 °C geglüht und warmgewalzt, um die Dicke auf 5 mm zu verringern.

Dann währenddem diese Dicke beibehalten wurde, wurde das Vergüten während einer Stunde bei 360 °C durchgeführt. 25 Die Probe wurde dann gekühlt und kaltgewalzt um ein Blech zu erhalten, das eine Dicke von 0,15 mm aufweist.

Im Falle der Proben Nr. 2 und 3 wurden Bleche in gleicher Weise hergestellt, jedoch ohne dass die Vergütung durchgeführt wurde. Als zu prüfende Werkstoffe wurden die nur kaltge- 30 walzten Werkstoffe und die Werkstoffe, die durch Wärmebehandlung der sogenannten Kaltgewalzten Stoffe bei Temperaturen innerhalb eines Bereiches von 150 bis 400 °C während 2 Stunden verwendet. Die Elektrodenpotentiale dieser Legierungen wurden gemessen, um die Ergebnisse der Tabelle 12 zu a erhalten.

Tabelle 12

Probe Nr.

Elektrodenpotential gegen gesättigte Kolonel-Elektrode

1

- 750 (mv)

2

- 890 (mv)

3(A) bis

(D)

- 890 (mv)

* : 3% NaCl,bei Umgebungsluft.

Wie es aus den in der Tabelle 12 gezeigten Ergebnisse ersichtlich ist, weisen die Legierungen Nr. 3(A) bis 3(D) der vorliegenden Erfindung ein Potential auf, das gleich demjenigen der herkömmlichen Legierung Nr. 2 ist, jedoch ist das Potential viel tiefer, als dasjenige der reinen Aluminiumlegierung (Legierung 1050). Daher ist es ersichtlich, dass die Legierungen der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften einer Opferanode aufweisen.

Diese Werkstoffe wurden dem Durchziehen ausgesetzt, welches eines der wichtigsten Verfahrensschritte des Verfahrens zur Herstellung von Blechen für Rippen eines Wärmetauschers ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 13 gezeigt.

Tabelle 13 Prüfungsresultate beim Durchziehen

Probe Vergütung Tempern Durchziehverhältnis (%)

Nr. 39 43 47 52 56 61 67 72

1

durchgeführt

H29

AA0

AAA

AXX

XXX

2

durchgeführt

H29

000

0AA

XXX

3(A)

nicht durch

geführt

H29

000

AAA

XXX

3(A)

durchgeführt

H19

000

AXA

XXX

3(A)

durchgeführt

H29

000

A0A

AAX

XXX

3(B)

nicht durch

geführt

H29

000

0A0

XXA

XXX

3(B)

durchgeführt

H19

000

AAA

XAX

XXX

3(B)

durchgeführt

H29

000

A 00

AAA

AXX

XXX

3(C)

durchgeführt

H29

000

0A0

0AA

XXX

3(D)

durchgeführt

H29

000

AA0

XAA

XXX

Aus der Tabelle 13 ist ersichtlich, dass die Legierungen Nr. 3(A) bis 3(D), die wenigstens eines der Elemente aufweisen, die mit AI eine peritektische Reaktion durchführen können, eine viel bessere Formbarkeit als die herkömmliche Legierung 7072 (Nr. 2) aufweist, und diese Verbesserung ist vor allem durch das Vergüten gemäss des bevorzugten Ausführungsbeispiels erzielt.

Wie es schon vorher erwähnt wurde, müssen wenn AI-Bleche als Rippen eines Wärmetauschers verwendet werden, der vollständig aus Aluminium ist, die Rippen mit Vorteil korrodiert werden, um die Rohre des Wärmetauschers von Korrosion zu schützen. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das >"■ Elektrodenpotential des die Rippen bildenden Werkstoffes negativer als dasjenige der Rohre ist; d. h., dass der Werkstoff ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Eignung als Opferanode aufweist. Wie es aus den Ergebnissen des Beispieles 6 ersichtlich ist, sind die Legierungsstoffe Nr. 3(A) bis 3(D) & ; der vorliegenden Erfindung in dieser Beziehung viel besser als der herkömmliche Legierungswerkstoff 1050. Der herkömmliche Legierungsstoff 7072 (Probe Nr. 2) ist in Bezug auf die Eigenschaft der Opferanode mit den Legierungen der vorlie

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genden Erfindung vergleichbar, wie es jedoch aus den Ergebnissen der Tabelle 13 ersichtlich ist, weist diese herkömmliche Legierung eine viel schlechtere Formbarkeit auf.

In der vorliegenden Erfindung ist die Eigenschaft der Opferanode verbessert, indem verhältnismässig viel Zn, 0,5 bis 5 2,0 Gew.-% beigefügt ist. Diese Zusammensetzung wird nur verwendet, wenn die Legierung der vorliegenden Erfindung für Rippen eines Wärmetauschers verwendet werden, der nur aus Aluminium ist. Wenn die Legierung der vorliegenden Erfindung für Rippen eines Wärmetauschers, der nur aus Kupfer 10 oder einer Kupferlegierung ist, verwendet wird, ist es vorzuziehen, den Zn-Gehalt auf ein kleineres Mass zu vermindern, nämlich unterhalb 0,25 Gew.-%.

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Wie es aus den vorgehenden Darlegungen ersichtlich ist, können, falls die Aluminiumlegierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, harte, dünne Rippen praktisch hergestellt werden. Weiter sogar, da die Legierung der vorliegenden Erfindung einem rippenbildenden Verfahren unterworfen wird, das Lochen, Durchziehen, Abstreckziehen und Bördeln umfasst, kann die Legierung der vorliegenden Erfindung sehr einfach geformt werden, weil die Legierung eine ausgezeichnete Formbarkeit und höhere Festigkeit als herkömmliche Werkstoffe aufweist, und weil die sich daraus ergebenden Rippen hart sind, ist die Haftung zwischen Rippen und Rohren viel besser und der Wirkungsgrad des Wärmeüberganges im Wärmetauscher kann merkbar verbessert werden.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Blech zur Herstellung von Rippen eines Wärmetauschers, in welches Löcher zur Aufnahme der Rohre durch Lochen, Durchziehen, Abstreckziehen und Bördeln gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumplatte, die wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, Mo, Cr, V, Hf, Ta, W, Nb, Tc und Re, die imstande sind, mit AI eine peritektische Reaktion durchzuführen, aufweist, wobei die Menge des Elementes, wenn nur ein Element vorhanden ist, 0,05 bis 0,4 Gew.-% beträgt, und wenn zwei oder mehr Elemente vorhanden sind, die Menge wenigstens eines Elementes 0,05 bis 0,4 Gew.-% beträgt und die totale Menge der Elemente bis 0,5 Gew.-% beträgt, ausgeglüht wird, die Platte warmgewalzt und die warmgewalzte Platte kaltgewalzt wird, wobei die Abnahme beim Kaltwalzen mindestens 20% beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die warmgewalzte Aluminiumplatte bei einer Temperatur vergütet wird, die nach dem Warmwalzen oder während dem Kaltwalzen keine Rekristallisation bewirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die warmgewalzte Platte dem Vergüten nach dem Kaltwalzen ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergüten bei einer Temperatur von mindestens 150 °C während 1-6 Stunden durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergüten bei einer Temperatur von 350 bis 630 °C während 1-48 Stunden durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahme beim Kaltwalzen mindestens 70% beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element, das imstande ist, mit AI eine peritektische Reaktion durchzuführen Ti, Zr oder Mo ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element, das imstande ist, mit AI eine peritektische Reaktion durchzuführen, in einer Menge von 0,1 bis 0,2 Gew.-% vorhanden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die AI-Platte zusätzlich 0,5-2,0 Gew.-% Zn aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens eines der Elemente bis zu 0,25 Gew.-% Cu, bis zu 0,5 Gew.-% Mg, bis zu 0,5 Gew.-% Mn, bis zu 0,7 Gew.-% Fe, bis zu 0,002 Gew.-% Be, bis zu 0,1 Gew.-% B in der Form von TÌB2, bis zu 0,7 Gew.-% Si und bis zu 0,6 Gew.-% seltene Erden vorhanden ist.

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