Сплав на основе системы алюминий-магний-марганец и изделия из этого сплава Российский патент 2025 года по МПК C22C21/06 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термически неупрочняемым деформируемым сплавам, используемым для производства тонких листов и лент, подвергаемым лакированию или окраске и последующему формообразованию в виде штамповки, гибки в изделия такие как элементы емкости, крышки банок, строительные конструкции и др.

Сплавы системы Al-Mg-Mn содержат частицы A16Mn, которые в зависимости от термомеханической обработки могут иметь различный размер и форму. Стабильность однородной ультрамелкозернистой структуры в Al-Mg-Mn сплавах во время термомеханической обработки обеспечивает наличие дисперсных наночастиц А16Mn равноосной формы [I. Nikulin, A. Kipelova, S. Malopheyev, R. Kaibyshev, Acta Mater. 60 (2012) 487-4 97; Nikulin I, Kipelova A, Malopheyev S, Kaibyshev R. Mater Trans 52 (2011) 882].

Из уровня техники известен материал для сварной конструкции (варианты) [RU2156319 2021.05.04, МПК С22С21/06, опубл. 20.09.2000 Бюл. № 26], содержит, мас. %: 3,0<Mg<5,0, 0,5<Mn<1,0, Fe<0,25, Si<0,25, Zn<0,40, и в случае необходимости, по крайней мере один элемент из группы: Cr<0,25, Cu<0,20, Ti<0,20, Zr<0,20, другие элементы<0,05 каждый и<0,15 в общей сложности, причем Mn+2Zn>0,75, предпочтительно>0,8.

Также известен алюминиевый сплав AW-5182 по ГОСТ 4784-2019, который содержит в своем составе, мас. %: Si 0,20, Fe 0,35, Cu 0,15, Mg 4,00-5,00, Mn 0,2-0,5, Cr 0,10, Zn 0,25, Ti 0,10, остальное - алюминий и неизбежные примеси вплоть до 0,05 каждой и вплоть до 0,15 в целом.

Для изготовления банок по патенту [FR2104673, 2021.05.04, МПК С22С21/06, опубл. FR3122666A1, 2022-11-11] используется алюминиевый сплав серии 5ххх для изготовления банок, который содержит в мас. %: Mg 2,50-4,00, Mn 0,70-1,20, Fe 0,25-0,55, Si 0,20-0,50, Cu 0,10-0,25, Cr вплоть до 0,10, Zn вплоть до 0,25, Ti вплоть до 0,10, остальное - алюминий и неизбежные примеси вплоть до 0,05 каждой и вплоть до 0,15 в целом.

Недостатками указанных аналогов является недостаточная пластичность, получаемых сплавов, что может явиться причиной появления трещин при пластической обработке давлением. Анизотропия механических свойств материала получаемых заготовок из таких сплавов может оказывать отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов обработки металлов давлением на операциях глубокой вытяжки.

Кроме того, эти сплавы имеют низкую адгезию к покрытиям, которую можно улучшить только дополнительными операциями специальной подготовкой поверхности перед нанесения краски или лака

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является сплав системы алюминий-магний-марганец и изделие из него по патенту [RU2230131, МПК С22С21/08, опубл. 10.06.2004 Бюл. № 16], содержащий следующие компоненты, мас. %: магний 3,0-5,8, марганец 0,1-1,0, титан 0,005-0,15, железо - до 0,5, кремний - до 0,4, хром - до 0,3, цинк - до 0,4, медь - до 0,25, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей никель и кобальт, 0,0005-0,25, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей бор и углерод, 0,00001-0,05, алюминий и допустимые примеси - остальное, при этом суммарное содержание марганца, хрома, титана и никеля и/или кобальта не превышает 1,1. Данный сплав может быть использован в производстве, в основном, тонких листов, используемых для последующей штамповки и гибки для производства изделий, таких как элементы емкостей, крышки банок, ключи для банок, а также для сварных и несварных элементов конструкций в судостроении, строительстве, автомобилестроении. Однако, указанный сплав обладает более низкой пластичностью по сравнению с заявляемым техническим решением и плохой адгезии к покрытиям.

Техническим результатом изобретения является создание деформируемого сплава на основе системы Al-Mg-Mn и изделий, выполненных из этого сплава, обладающего повышенной относительно аналогов пластичностью материала и высокой адгезии к лакам и краскам в процессе их нанесения на листы и ленты без дополнительной подготовки поверхности.

Для достижения технического результата предложен сплав на основе алюминия, содержащий магний, марганец, железо, кремний, медь, цинк, хром, титан, при этом он дополнительно содержит ванадий, бериллий и кальций, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Магний 4,4-5,2 Марганец 0,25-0,45 Кремний 0,04-0,18 Железо 0,1-0,3 Медь 0,01-0,2 Цинк 0,2 Хром 0,08 Титан 0,08 Ванадий 0,001-0,08 Бериллий 0,00001-0,0008 Кальций 0,00002-0,0015

Алюминий и допустимые примеси остальное

Технический результат достигается также за счет изготовления изделия, изготовленного из указанного сплава.

В процессе исследований авторами было установлено что содержание элементов таких как магний, марганец, кремний, железо, медь, титан, цинк хром, в указанных пределах и дополнительное легирование сплава ванадием бериллием и кальцием позволяет при сохранении высоких прочностных свойств повысить пластичность и адгезию материала в покрытием лаками или красками.

При повышении содержания магния и марганца выше указанных пределов происходит падение пластичности листов и лент и ухудшению адгезии, а при снижении их содержания ниже указанных пределов снижаются прочностные свойства.

Железо и кремний формируют с алюминием нерастворимые соединения, которые могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на свойства.

При содержании в сплаве железа и кремния больше указанных пределов образуется много нерастворимых фаз, которые снижают пластичность, если содержание этих элементов меньше указанных пределов, то это отрицательно влияет на получение рекристаллизованной структуры после горячей прокатки, что приводит к растрескиванию металла при холодной прокатки с большой степенью деформации необходимой для получения состояния поставки H48.

При содержании меди меньше 0,01% снижается коррозионная стойкость сплава, а при содержании более 0,2% ухудшается свариваемость сплава.

При содержании цинка более 0,2% происходит увеличение склонности сплава к межкристаллитной коррозии.

Хром и титан обладают модифицирующим действие при литье слитков. При увеличении содержания хрома и титана более 0,08% происходит снижение пластичности материала за счет образования нерастворимых фаз с алюминием.

Содержание ванадия, бериллия и кальция выше указанных пределов приводит к снижению пластичности материала, а при их содержании ниже указанных пределов снижается адгезия металла к покрытиям лаком или красками

Примеры, иллюстрирующие предложенное изобретение.

Для реализации изобретения отливали плоские слитки сечением 500×1640 мм из сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1: составы композиций предложенного сплава на основе алюминия системы А1- Mg-Mn (сплавы № 2-4), в которых отражено разное соотношение компонентов и известного сплава (сплав № 1).

Слитки после гомогенизирующего отжига прокатывали при температуре 480-520°С до толщины 2,7 мм, температура окончания горячей прокатки была 330-345°С.

Горячекатаный рулон прокатывали в холодную за несколько проходов без промежуточных отжигов до толщины 0,25 мм.

На холоднокатанный рулон наносили лак, который подвергался сушке при температуре 220-240°С в течение 25 с, после сушку и охлаждался на воздухе до комнатной температуры.

В таблице 2 представлены механические свойства тонких лент из известного сплава и предлагаемого, а в таблице 3 данные по адгезии в исходном состоянии и после пастеризации при 85°С в воде.

Механические свойства ленты определяли в продольном направлении по ГОСТИ 701-84.

Адгезию лака определяли методом решетчетого надреза по ГОСТ31149. как в исходном состоянии так и после имитации пастеризации -выдержка 40 минут в воде при температуре 85°С.

Как видно из полученных данных предлагаемый сплав имеет на -25-30% выше пластичность и в два-три раза более высокую адгезию по сравнению с известным

Полученные данные позволяют рекомендовать применение предлагаемого сплава для изготовления в основном листов и лент, подвергаемых покраски или лакировке и последующей холодной деформации для получения конечных изделий в упаковочной и строительной промышленности, (для получения крышек банок, ключиков, строительных панелей облицовки и т.д.).

Изобретение относится к металлургии, в частности к термически неупрочняемым деформируемым сплавам, используемым для производства тонких листов и лент, подвергаемым лакированию или окраске и последующему формообразованию в виде штамповки, гибки в изделия, такие как элементы емкости, крышки банок, строительные конструкции. Деформируемый сплав на основе системы Al-Mg-Mn содержит, мас. %: магний 4,4-5,2, марганец 0,25-0,45, кремний 0,04-0,18, железо 0,1-0,3, медь 0,01-0,2, цинк 0,2, хром 0,08, титан 0,08, ванадий 0,001-0,08, бериллий 0,00001-0,0008, кальций 0,00002-0,0015, алюминий и примеси - остальное. Сплав характеризуется повышенной относительно аналогов пластичностью материала и высокой адгезией к лакам и краскам в процессе их нанесения на листы и ленты без дополнительной подготовки поверхности. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

1. Деформируемый сплав на основе системы Al-Mg-Mn, содержащий магний, марганец, кремний, железо, медь, цинк, хром и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, бериллий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Магний 4,4-5,2 Марганец 0,25-0,45 Кремний 0,04-0,18 Железо 0,1-0,3 Медь 0,01-0,2 Цинк 0,2 Хром 0,08 Титан 0,08 Ванадий 0,001-0,08 Бериллий 0,00001-0,0008 Кальций 0,00002-0,0015 Алюминий и примеси остальное

2. Изделие из деформируемого сплава на основе системы Al-Mg-Mn, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.