СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОЛЬГИ Российский патент 2011 года по МПК C22C21/00 

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия системы А1-Fe-Si, предназначенных для изготовления фольги, используемой в качестве упаковки в пищевой промышленности, медицине, химической промышленности.

Известен сплав на основе алюминия марки 8006 (США, стандарт ASTM), имеющий следующий зарегистрированный в Aluminum Association химический состав (в мас.%):

Fe 1,20-2,00 Si 0,15-0,40 Mn 0,3-1,0 Сu 0,05-0,3 Mg <0,10 Zn <0,10 Аl остальное.

Фольга из алюминиевого сплава 8006 предназначена под глубокую вытяжку и штамповку для производства пищевых контейнеров.

Недостатком известного сплава является то, что сплав имеет недостаточно высокие характеристики прочности, пластичности, которые необходимы для фольги под глубокую вытяжку. Повышенное содержание железа приводит к неравномерному распределению интерметаллидных соединений игольчатой формы, укрупнению интерметаллидных соединений, выпадению кристаллического кремния.

Неравномерное распределение крупных интерметаллидных соединений игольчатой формы не позволяет достичь необходимого уровня механических характеристик и низкую анизотропию свойств в получаемой заготовке и высокую коррозионную стойкость.

Фольга в отожженном состоянии из этого сплава имеет следующие характеристики: предел прочности при растяжении - до 135 МПа, предел текучести - до 75 МПа, относительное удлинение 9-11%.

Существующие технологии производства фольги не могут обеспечить выпуск продукции с необходимыми техническими требованиями для фольги под глубокую

вытяжку, а именно: со следующими характеристики прочности и пластичности (σ_B>140 МПа, σ_0,2>85 МПа, δ>12%) при минимальной анизотропии свойств.

Наиболее близким по технической сущности является сплав на основе алюминия (РСТ, заявка №WO 01/04369, С22С 21/00, опубл. 18.01.2001) следующего химического состава, мас.%:

Fe 0,5-3,0 Si 0,0005-0,2 Mn 0,5-4,0 Сu 0,005-0,2 Cr 0,01-0,5 Ti 0,01-0,5 Zr 0,01-0,5 Al остальное.

Недостатком известного сплава является невысокий уровень прочностных и пластических характеристик готового продукта, наличие анизотропии свойств, недостаточная коррозионная стойкость.

Причиной, обуславливающей возникновение указанного выше недостатка, является неравномерное распределение интерметаллидных соединений в алюминиевой матрице, размер и форма интерметаллидных соединений. Неравномерное распределение интерметаллидных соединений в алюминиевой матрице приводит к образованию фестонов - зон разупрочнения, где отсутствуют интерметаллидные соединения. Наличие крупных интерметаллидных соединений иглообразной формы приводит к возникновению дырчатости и обрывности при прокатке фольги.

Задачей изобретения является создание сплава на основе алюминия для получения фольги, характеризующегося равномерным распределением интерметаллидных соединений в алюминиевой матрице, уменьшением размеров и степени игольчатости интерметаллидных соединений до оптимальных показателей.

Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств, снижение анизотропии свойств и повышение коррозионной стойкости сплава на основе алюминия для получения фольги.

Технический результат достигается за счет того, что в сплав, включающий алюминий, железо, кремний, марганец, хром, дополнительно вводится ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железо 0,95-1,25 Марганец 0,15-0,25 Хром 0,025-0,035 Ванадий 0,10-0,15 Алюминий остальное,

при этом содержание кремния определено из соотношения содержания железа к кремнию, равного 3,0-3,5.

Сплав указанного состава обладает высоким уровнем механических свойств, низкой анизотропией свойств и повышенной коррозионной стойкостью за счет получения мелкозернистой недендритной структуры, включающей равномерно распределенные в алюминиевой матрице эвтектику Al-Si и интерметаллидные соединения, содержащие алюминий, железо, хром, ванадий округлой формы и размером 0,7-1,2 мкм.

Уменьшение содержания железа до указанных пределов обеспечивает повышение характеристик прочности за счет образования интерметаллидных соединений и повышение характеристик пластичности и коррозионной стойкости за счет получения их равномерного распределения, округлости формы и размера 0,7-1,2 мкм. При повышении содержания железа более 1,25% увеличиваются прочностные характеристики, но резко уменьшается пластичность, что связано с повышением объемной доли интерметаллидных соединений, различной их формой и размерами. Содержания железа менее 0,95% вызывает снижение характеристик прочности.

Выбранное соотношение содержания железа к содержанию кремния 3,0-3,5 обеспечивает высокие характеристики прочности, пластичности, минимальную анизотропию свойств и коррозионную стойкость за счет получения мелкозернистой равномерной недендритной структуры с оптимальными размерами интерметаллидных соединений железа и эвтектики Al-Si и оптимальным распределением этих структурных составляющих. Соотношение содержания железа к содержанию кремния менее 3,0 приводит к снижению прочностных характеристик материала и образованию повышенной пористости (дырчатости) фольги тонких размеров из-за наличия избыточного количества эвтектики Al-Si грубых размеров. Соотношение содержания железа к содержанию кремнию более 3,5 приводит к излишнему упрочнению и снижению пластических характеристик и повышению обрывности фольги, т.к. избыточное содержание железа способствует образованию игольчатых интерметаллидных соединений.

Уменьшение содержания марганца до указанных пределов обеспечивает повышение характеристик прочности и пластичности, коррозионной стойкости за счет положительного воздействия на форму железосодержащих фаз в алюминиевом сплаве. Марганец вызывает сфероидизацию частиц и позволяет уменьшать размер интерметаллидных соединений, что будет способствовать улучшению качества фольги за счет исключения дырчатости и обрывности при прокатке. Увеличение содержания марганца выше 0,25% вызывает снижение характеристик пластичности фольги.

Уменьшение содержания хрома в указанных пределах обеспечивает сохранение прочностных свойств и коррозионную стойкость фольговой заготовки при повышенных температурах. При содержании выше 0,035% характеристика пластичности фольги снижается. Содержание хрома в сплаве ниже 0,025% не оказывает воздействия на структуру и свойства фольговой заготовки.

Добавка ванадия приводит к образованию мелких интерметаллидных соединений, которые, являясь центрами кристаллизации, оказывают модифицирующее действие и измельчают структуру зерен, что обеспечивает повышение характеристик прочности, пластичности, минимальную анизотропию свойств и коррозионную стойкость. При увеличении содержания ванадия более 0,15% во время высокотемпературного отжига заготовки 500-540°С наблюдается рост аномально крупного зерна. При уменьшении содержания ванадия менее 0,1% в предлагаемом сплаве снижается воздействие ванадия на образование интерметаллидных соединений.

Настоящий состав был опробован при изготовлении фольги толщиной 36 мкм из сплава на основе алюминия следующего состава, мас.%:

железо 1,05-1,23 кремний 0,30-0,35 марганец 0,19-0,24 ванадий 0,12-0,15 хром 0,030-0,034 алюминий остальное.

Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2. Химический состав сплавов приведен в таблице 1.

Химический состав сплавов

Таблица 1 № хим. состава железо кремний марганец ванадий хром алюминий 1 1,23 0,33 0,21 0,15 0,033 Остальное 2 1,21 0,31 0,19 0,13 0,030 3 1,15 0,31 0,22 0,12 0,031 4 1,09 0,32 0,24 0,12 0,031 5 1,05 0,33 0,20 0,12 0,032 Прототип 2,5 0,35 2,0 - 0,2

Механические свойства фольги толщиной 36 мкм приведены в таблице 2.

Механические свойства фольги толщиной 36 мкм

Таблица 2 № хим. состава Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % 20°С 300°С 20°С 300°С 20°С 300°С 1 165 115 115 90 18,5 22,0 2 155 108 110 85 16,5 19,0 3 160 110 107 90 16,5 23,0 4 145 105 110 87 17,5 24,0 5 140 100 100 85 15,5 22,0 Прототип 144 108 105 86 10,0 16,5

Распределение показателей анизотропии приведены на чертеже.

Таким образом, предложен сплав на основе алюминия для получения фольги с высокими механическими свойствами, минимальной анизотропией и хорошей коррозионной стойкостью. Это позволяет эффективно использовать фольгу, полученную из предлагаемого сплава, для производства пищевых контейнеров и в качестве упаковки в медицине и химической промышленности. Применение предложенного сплава для производства изделий из фольги повышает выход годной продукции на операциях штамповки и глубокой вытяжки на 15-20%.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия системы Al-Fe-Si, предназначенных для изготовления фольги, используемой в качестве упаковки в пищевой промышленности, медицине, химической промышленности. Сплав включает следующие компоненты, мас.%: железо 0,95-1,25, марганец 0,15-0,25, хром 0,025-0,035, ванадий 0,10-0,15, алюминий - остальное, при этом содержание кремния определено из соотношения содержания железа к кремнию, равного 3,0-3,5. Получается сплав, обладающий повышенными механическими свойствами и повышенной коррозионной стойкостью, а также пониженной анизотропией. 2 табл., 1 ил.

Сплав на основе алюминия для получения фольги, включающий железо, кремний, марганец, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Железо 0,95-1,25 Марганец 0,15-0,25 Хром 0,025-0,035 Ванадий 0,10-0,15 Алюминий Остальное,