阅读说明：本技术 铝合金管形状中空型材和换热器用配管材料 (Hollow aluminum alloy tubular profile and piping material for heat exchanger ) 是由 铃木太一 山下尚希 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：一种铝合金管形状中空型材,其特征在于,其为通过分流组合模挤压制作的铝合金管形状中空型材,该铝合金管形状中空型材由Al-Mg系合金形成,所述Al-Mg系合金含有Mg：0.7质量％以上且小于2.5质量％、和Ti：超过0质量％且为0.15质量％以下,余量由Al和不可避免的杂质组成,该铝合金管形状中空型材的加工硬化指数n值为0.25以上且小于0.43,在该铝合金管形状中空型材的内部具有内面凸结构,与该铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的该内面凸结构的面积率为1～30％。根据本发明,可以提供：通过分流组合模挤压制作的5000系铝合金的铝合金管形状中空型材,且弯曲加工性优异的铝合金管形状中空型材。(An aluminum alloy tubular hollow profile produced by extrusion using a split flow die assembly, characterized in that it is an aluminum alloy tubular hollow profile formed from an Al — Mg alloy containing Mg: 0.7% by mass or more and less than 2.5% by mass, and Ti: more than 0 mass% and not more than 0.15 mass%, and the balance of Al and unavoidable impurities, wherein the work hardening index n value of the hollow section bar in the shape of the aluminum alloy pipe is not less than 0.25 and not more than 0.43, the hollow section bar in the shape of the aluminum alloy pipe has an inwardly convex structure inside, and the area ratio of the inwardly convex structure in a cross section perpendicular to the elongation direction of the hollow section bar in the shape of the aluminum alloy pipe is 1 to 30%. According to the present invention, there can be provided: the hollow aluminum alloy pipe-shaped section is made of 5000 series aluminum alloy by extrusion through a split combined die and has excellent bending processability.)

铝合金管形状中空型材和换热器用配管材料

技术领域

本发明涉及作为换热器用的配管、软管接头等使用的弯曲加工性和耐腐蚀性优异的铝合金管形状中空型材。

背景技术

以往，作为换热器用的配管材料、软管接头材料等铝合金管材，已经使用有1000系(纯铝系)、3000系(Al-Mn系)、6000系(Al-Mg-Si系)的铝合金的挤压管。

作为用于制造挤压管的挤压方法，有：芯棒挤压，其用轴杆上连接的芯棒将具有中空孔的短条坯挤压成型成圆形管；分流组合模挤压，其利用空心模具进行挤压成型，所述空心模具组合了设有用于分割材料的端口孔和用于形成中空部的芯棒的阳模、以及设有用于以包围芯棒的方式将所分割的材料一体化并熔接的腔室的阴模，利用芯棒挤压的挤压管存在容易产生厚度不均、难以成型为薄壁管等课题，因此，作为配管材料、软管接头材料等铝合金管，期望通过分流组合模挤压制作挤压管。

对于上述以往的铝合金，可以应用任意挤压法，可以应用分流组合模挤压制作规定形状的挤压管，但各自存在如下的材料特性方面、制造方面的难点：1000系铝材不满足高强度的要求；3000系铝合金材由于沿着压接头部附近的熔接线的Mn的过剩析出而耐腐蚀性有时降低；6000系铝合金材为热处理类型，因此制造工序上限制较多等。

进而，对于配管材料等，为了适当地配置和连接换热器，实施弯曲加工，但对于上述现有铝合金，在弯曲加工时，存在弯曲部不均匀地变形、部分较大地变形为扁平这样的加工特性方面的课题。在换热效率和制冷剂的压力损失的观点上，期望尽量缩小其扁平量。

与此相对，在材料特性上5000系(Al-Mg系)的铝合金具备强度、耐腐蚀性、加工性等优异的材料特性，但为硬质，因此，一般无法进行分流组合模挤压，中空管通常通过芯棒挤压进行挤压成型(专利文献1～3)。

还提出了几种通过分流组合模挤压成型5000系铝合金的尝试，但结果未必满意，需要特殊的模具结构，或者存在挤压管的截面尺寸方面的限制等。

作为加工特性方面的解决对策，内面平滑管的情况下，采取了如下手法：实施拉拔加工进行H调质，在弯曲加工前适度地硬化，从而缩小扁平变形量。

专利文献4中，通过设置合金成分、挤压条件、挤压管的截面形状，能实现加工性、耐腐蚀性优异的5000系铝合金的分流组合模挤压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-194145号

专利文献2：日本特开2002-363677号

专利文献3：日本特开2003-226928号

专利文献4：WO2016/159361号

发明内容

发明要解决的问题

专利文献4涉及5000系铝合金的分流组合模挤压平滑管，没有公开关于具有内面凸结构的中空型材的课题解决方案。为了改善热交性能，在内面具有肋等内面凸结构的中空型材的情况下，无法实现内面平滑管那样的拉拔加工，利用拉拔加工的强度改善困难。

而且，配管、软管接头等使用对铝合金管形状中空型材进行弯曲加工而得到的成型体。然而，对于铝合金的分流组合模挤压平滑管，实施弯曲加工时，存在弯曲部不均匀地变形，部分地较大地变形为扁平这样的问题。

因此，本发明的目的在于，提供：通过分流组合模挤压制作的5000系铝合金的铝合金管形状中空型材，且弯曲加工性优异的铝合金管形状中空型材。

用于解决问题的方案

本发明人等对上述课题反复深入研究，结果发现：调节合金成分，设为特定范围的加工硬化指数n值，从而实施弯曲加工时在弯曲部适度地进行加工硬化，能均匀地进行变形，且设为特定范围的内面凸结构的面积率，从而实施弯曲加工时，与内面平滑管相比，对弯曲部施加的载荷被分散，局部的变形变少，因此可以减小扁平量，至此完成了本发明。

即，本发明(1)提供一种铝合金管形状中空型材，其特征在于，其为通过分流组合模挤压制作的铝合金管形状中空型材，

该铝合金管形状中空型材由Al-Mg系合金形成，所述Al-Mg系合金含有Mg：0.7质量％以上且小于2.5质量％、和Ti：超过0质量％且为0.15质量％以下，余量由Al和不可避免的杂质组成，

该铝合金管形状中空型材的加工硬化指数n值为0.25以上且小于0.43，

在该铝合金管形状中空型材的内部具有内面凸结构，与该铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的该内面凸结构的面积率为1～30％。

另外，本发明(2)提供(1)的铝合金管形状中空型材，其特征在于，前述内面凸结构的面积率为4～30％。

另外，本发明(3)提供一种换热器用配管材料，其特征在于，其为(1)或(2)的铝合金管形状中空型材的成型体。

发明的效果

根据本发明，可以提供：通过分流组合模挤压制作的5000系铝合金的铝合金管形状中空型材，且弯曲加工性优异的铝合金管形状中空型材。

附图说明

图1为示出具有内面肋的铝合金管形状中空型材的形态例的示意性的截面图。

图2为示出具有分隔区的铝合金管形状中空型材的形态例的示意性的截面图。

图3为示出实施例和比较例中的弯曲加工的方法的图。

图4为示出扁平率的算出中的D₀和D_B的图。

具体实施方式

本发明的铝合金管形状中空型材为如下的铝合金管形状中空型材，其特征在于，其为通过分流组合模挤压制作的铝合金管形状中空型材，

该铝合金管形状中空型材由Al-Mg系合金形成，所述Al-Mg系合金含有Mg：0.7质量％以上且小于2.5质量％、和Ti：超过0质量％且为0.15质量％以下，余量由Al和不可避免的杂质组成，

该铝合金管形状中空型材的加工硬化指数n值为0.25以上且小于0.43，

在该铝合金管形状中空型材的内部具有内面凸结构，与该铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的该内面凸结构的面积率为1～30％。

本发明的铝合金管形状中空型材是通过将具有规定组成的铝合金的挤压用短条坯进行分流组合模挤压而制作的，即是由铝合金形成的分流组合模挤压管形状中空型材。

构成本发明的铝合金管形状中空型材的铝合金是含有规定量的Mg和Ti、余量由Al和不可避免的杂质组成的Al-Mg系合金。

Mg为了改善强度而发挥功能。本发明的铝合金管形状中空型材的铝合金的Mg含量为0.7质量％以上且小于2.5质量％、优选0.7～1.3质量％。铝合金的Mg含量通过处于上述范围，从而具有作为配管材料等所要求的强度，且挤压时的热变形阻力不过度上升，因此，能实现利用分流组合模挤压的制造，另外，通过含有Mg，从而与1000系、3000系的铝合金相比，加工硬化指数n值变高，因此，实施弯曲加工时在弯曲部适度地进行加工硬化，能均匀地变形，成为具备优异的加工性的中空型材。另一方面，铝合金的Mg含量如果小于上述范围，则成为与1000系铝合金同等的强度，无法达成一般配管材料所要求的强度，另外，如果超过上述范围，则分流组合模挤压时的挤压压力上升，挤压变困难。

Ti作为铸造组织的微细化等组织微细化剂发挥功能。本发明的铝合金管形状中空型材的铝合金的Ti含量超过0质量％且为0.15质量％以下、优选0.01～0.05质量％。铝合金的Ti含量为0质量％、即铝合金不含有Ti的情况下，成为羽毛状晶等粗大且不均匀的铸造组织，挤压管形状中空型材的组织中部分地产生粗大晶粒，成为不均匀的晶粒组织等，弯曲加工时难以均匀地变形，另外，如果超过上述范围，则有如下担心：产生巨大结晶物，在挤压时产生表面缺陷等，或者以巨大结晶物为起点，在弯曲加工时变得容易产生裂纹、切口等，破坏作为制品的加工性。

本发明的铝合金管形状中空型材的铝合金除Mg和Ti以外根据需要还可以包含Si、Fe、Cu、Mn、Cr和Zn中的任意1种或2种以上。上述情况下，铝合金的各元素的含量为Si：0.20质量％以下、Fe：0.20质量％以下、Cu：0.05质量％以下、Mn：0.10质量％以下、Cr：0.10质量％以下、Zn：0.10质量％以下。

铝合金的Si含量如果超过0.20质量％，则过剩地形成Mg₂Si化合物，耐腐蚀性变低。铝合金的Fe含量如果超过0.20质量％，则Al₃Fe化合物过剩地析出，耐腐蚀性变低。铝合金的Cu含量如果超过0.05质量％，则晶界腐蚀敏感性变高，耐腐蚀性变低。

Mn在挤压时容易进行析出。铝合金的Mn含量如果超过0.10质量％，则分流组合模挤压中在熔接部过剩析出进行的情况下，在熔接部与一般部处产生电位差，产生沿着熔接部的优先腐蚀，从而早期达到贯通，耐腐蚀性受损。需要说明的是，本发明的铝合金管形状中空型材不含有Mn，或即使含有Mn也不超过0.1质量％地含有，且含有规定量的Mg，因此，Al-Mg合金在挤压时不进行Mg的析出，因此，不产生优先腐蚀，进而，由于为5000系铝合金，在盐水环境中体现良好的耐腐蚀性。

铝合金的Cr含量如果超过0.10质量％，则Cr抑制挤压后的再结晶，因此，成为再结晶组织与纤维状组织混合存在的不均匀的晶粒组织，加工时难以均匀地变形。铝合金的Zn含量如果超过0.10质量％，则进行整面腐蚀，腐蚀量增加，耐腐蚀性变低。

本发明的铝合金管形状中空型材的铝合金除上述Si、Fe、Cu、Mn、Cr和Zn以外只要为不对本发明的效果造成影响的范围就可以含有其他杂质，其他杂质的含量只要分别为0.05质量％以下、总计为0.15质量％以下的范围就允许。

本发明的铝合金管形状中空型材的加工硬化指数n值为0.25以上且小于0.43。铝合金管形状中空型材的加工硬化指数n值如果小于0.25，则成为与以往1000系、3000系铝合金同等程度的值，实施弯曲加工时的弯曲部中的加工硬化不充分，因此，弯曲部的扁平变形量会变大，另外，如果为0.43以上，则加工硬化过度进行，凭借通常的弯曲加工法难以得到规定的弯曲形状。

本发明的铝合金管形状中空型材在内部具有内面凸结构。该内面凸结构在分流组合模挤压时形成。而且，对于本发明的铝合金管形状中空型材，与铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的内面凸结构的面积率为1～30％、优选4～25％。铝合金管形状中空型材的内面凸结构的面积率通过处于上述范围，从而实施弯曲加工时，与内面平滑管的情况相比，对弯曲部施加的载荷被分散，局部的变形变少，因此，可以减小扁平量。另一方面，铝合金管形状中空型材的内面凸结构的面积率如果小于上述范围，则无法得到分散对弯曲部施加的载荷的效果，与平滑管的情况同样地，弯曲部变得容易变形为扁平，另外，如果超过上述范围，则弯曲加工时所需的载荷变大，因此，凭借通常的弯曲加工法难以得到规定的弯曲形状。

需要说明的是，本发明中，内面凸结构是指，相对于成为基底的管形状(换言之，形成内面平滑管时的管形状)，对管内面赋予的肋、翅片，或者是指成为基底的管形状的内部中的分隔区部分。

图1所示的形态例为如下的铝合金管形状中空型材：出于改善热交性能的目的，为了增加内面的表面积，在管的内面设有与铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的形状为长方形、梯形状的肋、翅片。图1所示的形态例中，这样的于管内面设置的肋或翅片为内面凸结构。

另外，图2所示的形态例为如下的铝合金管形状中空型材：出于分流在内部流动的制冷剂，为了在内部形成多个流路，在管内部设有与铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的形状为将管内部划分成多个部分的形状的分隔区。图2所示的形态例中，这样的于管内部设置的分隔区为内面凸结构。需要说明的是，图2所示的形态例中，以将管内部四等分的方式，从管的中心形成4个划分壁。

本发明中，内面凸结构的面积率是指，与铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中的内面凸结构的面积率。内面凸结构的面积率如下：在与铝合金管形状中空型材的伸长方向垂直的截面中，根据成为基底的管形状的内径(图1和图2中，符号D_I)，求出成为基底的管形状的内面的截面积(A)(A＝(π×(D_I/2)²)，再除内面凸结构的截面积(B)，将得到的数值用百分率表示(下述式(1))。

内面凸结构的面积率(％)＝(B/A)×100 (1)

需要说明的是，成为基底的管形状的内面的截面积(A)换言之，是指管为内面平滑管时的相当于内面平滑管的管内部的截面积。

本发明的铝合金管形状中空型材的壁厚优选0.5～2.5mm、特别优选1.0～2.0mm。

本发明的铝合金管形状中空型材为5000系铝合金，具有特定范围的加工硬化指数n值，因此，实施弯曲加工时在弯曲部适度地进行加工硬化，可以均匀地变形，且具有特定范围的内面凸结构的面积率，因此，实施弯曲加工时，与内面平滑管的情况相比，对弯曲部施加的载荷被分散，局部的变形变少，因此，可以减小扁平量。因此，本发明的铝合金管形状中空型材适合作为需要弯曲加工、且要求高强度的换热器用的配管材料等使用。

本发明的换热器用配管材料为如下的换热器用配管材料，其特征在于，其为本发明的铝合金管形状中空型材的成型体。

以下中，示出实施例，对本发明具体地进行说明，但本发明不限定于以下所示的实施例。

实施例

(实施例和比较例)

使具有表1所示的组成的铝合金A～I熔解，通过连续铸造，铸锭成直径90mm的短条坯形状。为了比较，作为合金J，也同时制作现有配管材料用3003合金。对所得短条坯以500℃进行8小时的均质化处理后，在450℃的温度下，挤压成表2所示的任意形状的管形状中空型材(试验材No.1～16)。将截面形状的一例示于图1和图2。No.1～7、10～14为图1那样的在内面具有肋的形状，No.8、9、16为图2所示的在内面具有分隔区的形状，No.15为现有形状(内面平滑管)。对于各形状，根据内管径D_I，求出相当于内面平滑管的管内部的截面积，用面积率表示斜线所示的内面凸结构的面积相对于截面积所占的比率。

对于经挤压成型的试验材，通过以下的方法，对机械性质、加工硬化指数n值、弯曲加工时的扁平率进行评价。将结果示于表3。

[表1]

(质量％)

	合金名称	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Al
											实施例	A	0.11	0.15	-	-	0.73	-	-	0.01	余量
实施例	B	0.09	0.18	-	-	1.04	-	-	0.01	余量
											实施例	C	0.12	0.14	-	-	1.27	-	-	0.01	余量
实施例	D	0.08	0.19	-	-	1.33	-	-	0.01	余量
											实施例	E	0.09	0.16	-	-	2.48	-	-	0.01	余量
比较例	F	0.13	0.18	-	-	0.65	-	-	0.01	余量
											比较例	G	0.11	0.17	-	-	2.57	-	-	0.01	余量
比较例	H	0.12	0.12	-	-	1.28	-	-	-	余量
											比较例	I	0.10	0.14	-	-	1.26	-	-	0.17	余量
比较例	J	0.07	0.21	0.07	1.11	-	-	-	0.01	余量

[表2]

[表3]

＜机械性质＞

从试验材的长度方向中央部切出样品，制作试验片，依据JIS Z-2241进行拉伸试验，对机械性质进行评价。

＜加工硬化指数n值＞

根据由拉伸试验得到的应力-应变线图，求出实际应力、实际应变，根据以下的计算式，算出加工硬化指数n值。

n＝lnσ/lnε(式中，σ：实际应力、ε：实际应变)

＜弯曲加工时的扁平率＞

从试验材的长度方向中央切出500mm长度的样品，用弯管机，在试验片的中央实施弯曲加工。将加工的方法示于图4。需要说明的是，在内面弯曲R＝40、弯曲角度＝90°、弯曲力2000kgf下，实施加工。加工后的试验片切出长度方向中央部分，如图5所示那样，从截面测定弯曲后的内径中的短径D_B，除以弯曲前的内径D₀，求出扁平率(扁平率(％)＝(D_B/D₀)×100)。将扁平率为65％以上的情况记作合格(○)、而且将扁平率为75％以上的情况记作更良好的结果(◎)。

如表3所示那样，对于实施例的试验材1(合金A、形状I)，实施弯曲加工时的扁平率为65％以上，弯曲时的扁平量少、具备良好的加工性。另外，对于实施例的试验材2～9(合金A～E、形状II～V)，实施弯曲加工时的扁平率为75％以上，具备更良好的弯曲加工性。

与此相对，对于比较例的试验材10，Mg含量少，另外，比较例的试验材14为3000系合金，因此，n值低，弯曲加工时的加工硬化不足，弯曲部大幅扁平，成为不合格。

对于比较例的试验材11，Mg含量多，因此，n值高，加工硬化过度进行，弯曲所需的载荷变大，因此，本弯曲试验中，无法实施90°的弯曲加工。

对于比较例的试验材12，不含有Ti，因此，部分地产生粗大晶粒，弯曲加工时的变形变得不均匀，因此，弯曲部大幅扁平，成为不合格。

对于比较例的试验材13，Ti含量多，因此，产生巨大结晶物，以其为起点，在弯曲加工时产生裂纹，无法实施90°的弯曲加工。

对于比较例的试验材15，为不具有内面凸结构的平滑管，因此，无法得到分散对弯曲部施加的载荷的效果，弯曲部大幅扁平，成为不合格。

对于比较例的试验材16，内面凸结构的面积率为30％以上，因此，弯曲加工时所需的载荷变大，本弯曲试验中，无法实施90°的弯曲加工。