Способ изготовления заготовки в виде полосы из алюминиевого сплава для производства изделий глубокой вытяжкой и вытяжкой с утонением стенок Советский патент 1988 года по МПК C22F1/47 

Изобретение касается способа получения путем непрерьшного литья полосы из алюминиевого сплава, пригодной для применения в производстве изделий глубокой вытяжкой и вытяжкой с утонением стенок, например баллонов и т.д.

Целью изобретения является повышение антизадирных свойств, уменьшение фестонообразования и повышение прочности на иагиб.

Во время гомогенизации для получения изделия из алюминиевого листа полотно, изготовленное посредством непрерьшного литья, нагревают до 510- 621 с ( предпочтительно до 538-593 с) в течение примерно 10-25 ч. Операцию по гомогенизации проводят при температуре примерно 593 С в течение по крайней мере 10ч.

Если литое алюминиевое полотно нагревают до температуры гомогенизации в рулонам, то их необходимо нагревать медленно в течение 2-Ш ч для исключений начального плавления сплава. Оптимальный нагрев под гомогени

0

«

5

а

5

зацию непрерьшно отлитой рулонной алюминиевой полосы заключается в том, что температуру полотна повышают от окружающей до 538°С в течение 5ч, от 538 до 566°С - в течение 3 ч и от 566 до - в течение 5 ч.

, Полотно гомогенизируют при 593 t ± в течение 20 ч.

Исследование фотомикроснимков алюминиевого сплава марки 3004, гомогенизированного предлагаемым способом, показывает, что вторичные элементы в сплаве алюминия (Мп, Fe, Si) агломерируют, изменяя форму и увеличиваясь в размере. В результате образуются интерметаллические частицы, приближающиеся к глобальной форме и имеющие размер 1-3 Мк, которые обес- печивают стойкость литой полосы к задиранию во время сильной механической обработки во время изготовления банок из двух частей посредством натягивания с утонением стенок.

Температура гомогенизации, размеры интерметадлических частиц и степень задирания приведены в табл.1.

б л и ц а 1

Изобретение относится к способам получения заготовок в форме полос путем непрерьшного литья из алюминиевог го сплава сис темы алюминий-магний- / марганец, пригодных для производства изделий глубокой вытяжкой и вытяжкой с утонением стенок, например баллонов и т.д. Целью изобретения является повьппение антизадирных свойств и уменьшение фестонообразования. Способ предусматривает литье сплава на основе алюминия, содержащего, мас.%: магний 0,8-1,2, марганец 1,0-1,5, медь до 0,25, цинк до 0,25, кремний до 0,3, железо до 0,7 и хром 0,11- 0,26, в форме полосы толщиной 6,35- 12,7 мм, его гомогенизацию при 572- 610 С в течение 10-40 ч и последующую холодную прокатку в три стадии. Первую стадию ведут с обжатием 66- 75%, вторую - с обжатием 10-25% и третью - с обжатием 66-88%. Между первой и второй стадиями прокатки ведут отжиг при 232-260 С в течение 1-4 ч с последующим нагревом при 426°С в течение 2-3 ч. После второй стадии прокатки перед третьей проводят отжиг при 260 С в течение 1 ч с последующим нагревом при в течей 1е 2ч. 27 табл. СО ГС Oft) 4 сл 00

482-510 0,5 - 1,0 Умеренное 537 - 565 0,7 - 1,2 Предельное 570 - 594 1,0 - 3,0 Нет

50

20 ч при указанной температуре.

На алюминиевом полотне, гомогени- вплоть до 25,4 мм (обычно 6,35 -- зированном при 510-621 °С, не на блюд а--д 12,7 мм) подвергают первой холодной ется задирание во время вытягивания с утонением стенок чаши, образованной из полотна, однако после вытяжки оно имеет неприемлемо высокое фесто- нообразование,, которое устраняется после холодной прокатки с промежуточ восстановительно-рекристаллиза- ционными отжигами.

После получения заготовки из алюминиевого сплава посредством непрерьшного литья полосы и гомогенизации в соответствии с указанными параметрами охлажденную полосу толщиной

55

прокатке для уменьшения толщины примерно на 25% (предпочтительно на 50- 75%). Затем холоднокатанный лист нагревают до температуры восстановления, т.е. до температуры, при которой он размягчается без образования новой зернистой структуры (для алюминиевого сплава марки 3004 температура восстановления находится в диапазоне примерно 149-288 с, оптимальная температура находится в диапазоне примерно 176-260 С), в течение примерно 2-6 ч (предпочтительно в диапазоне 218-246 С втечение 2-4 ч)

вплоть до 25,4 мм (обычно 6,35 -- 12,7 мм) подвергают первой холодной

прокатке для уменьшения толщины примерно на 25% (предпочтительно на 50- 75%). Затем холоднокатанный лист нагревают до температуры восстановления, т.е. до температуры, при которой он размягчается без образования новой зернистой структуры (для алюминиевого сплава марки 3004 температура восстановления находится в диапазоне примерно 149-288 с, оптимальная температура находится в диапазоне примерно 176-260 С), в течение примерно 2-6 ч (предпочтительно в диапазоне 218-246 С втечение 2-4 ч).

После нагрева полотна до температуры восстановления, его охлаждают до температуры окружающей среды и подвергают второй холодной прокатке для уменьшения толщины в общем на 10% (предпочтительно на 10-25%).

После второй стадии холодной прокатки температура холоднокатаного полотна повышается до температуры рекристаллизации, при этом зернистая . структура изменяется от удлиненной до равноосной.

Нагрев до температуры рекристаллизации ведут при 315-482 С в течени примерно 1-4 ч (предпочтительно в пределах 371-427 С в течение примерно 2-3 ч).

После нагрева до температуры рекристаллизации в течение указанного времени рекристаллизованное полотно охлаждают до температуры окружающей среды и затем подвергают холодной прокатке с уменьшением толщины примерно на 50% (предпочтительно на 60- 90%) до окончательной толщины, определенной требованиями к контейнеру, например 0,3 мм - 0,35 мм, и степени твердости HI 9.

Для оптимального уменьшения фесто нообразования алюминиевое полотно после второй холодной прокатки нагревают во второй раз до температуры восстановления с последующим нагрево до температуры рекристаллизации. Второй восстановительный нагрев осуществляют при 232-288 С в течение примерно 0,5-3 ч (предпочтительно при примерно 246-274 С в течение 0,75 - 1,25 ч.).

При проведении второго нагрева до температуры восстановления полотно можно охлаждать до комнатной температуры между стадией второго нагрева до температуры восстановления и стадией рекристаллизации. Препочтительн нагрев для рекристаллизации проводят без предшествующего охлаждения до комнатной температуры посредством прямого нагрева от температуры нагрева до температуры рекристаллизации

Для достижения постоянства в результатах уменьшения фестонообразова ния преимущественно после стадии гомогенизации согласно предложенному способу полотно охлаждают контролируемо и последовательно, т.е. со скоростью охлаждения не больше 24 С/ч. Способ охлаждения заключается в еле0

дующем: в диапазоне температур 593- охлаждение ведут с оптимальной средней скоростью 10 С/ч, в диапазоне 485-399°С - со скоростью 24 С/ч, а в диапазоне 399-190 С - со скоростью 1,1 Ь/ч.

Применяют алюминиевый сплав, содержащий 0,1-0,4 мас.% хрома. Банка, сформированная из улучшенного хромистого сплава 3004 при изготовлении двух частей, полученная вытяжкой и утонением стенок, имеет лучшую прочность на продольный изгиб, т.е. 5 способность выдерживать высокое внут- реннее давление без перевертывания днища.

Улучшенный хромом алюминиевый сплав содержит, мас.%: магний примерно 0,5-1,5; марганец 0,5-1,5; железо 0,1-1,0; кремний 0,1-0,5; цинк до 0,25; медь до 0,25; хром 0,1-0,4; алюминий и случайные элементы и включения остальное.

5

0

5

0

5

0

5

Для изготовления листа, сформованного из улучшенного хромом алюминиевого сплава 3004, важно, чтобы он имел структуру, полученную после обжатия при холодной прокатке по крайней мере с 50% материала в рекристал- лизованном состоянии. Лист в этом состоянии имеет предел прочности на растяжение порядка 40000-45000 фунт/ /кв.дюйм и общее удлинение, замеренное по образцам длины по калибру, 2 дюйма (50,8 мм), 1,5% или более. Найдено, что предельная прочность на растяжение листового материала составляет 40000-45000 фунт/кв.дюйм, когда такой лист подвергают вытяжке и утонению стенок для получения контейнера из двух частей для напитка с целью корреляции с прочностью на продольный изгиб банки порядка по меньшей мере 98 фунт/кв.дюйм.

Для достижения требуемой предельной прочности на растяжение, которая характерна для листа, изготовленного из непрерывной полосы литого улучшенного сплава согласно предлагаемому способу, необходимо точно следовать указанному содержанию хрома в сплаве и ограничениям по обработке.

Для получения из улучшенного хромом алюминиевого сплава -листового материала посредством литья полосы алюминия и легирующие элементы

загружают в плавильную , из которой поток металла подают в установку для литья полосы, где отверждается тонкая полоса толщиной 25,4 мм или менее (предпочтительно толщиной примерно 6,35-12,7 мм). Литую полосу об- рабатьшают до получения листа без налипания меташла, имеющего низкое фес- тонообразование и высокую прочность, используя гомогенизацию и режимы холодной прокатки и отжига в соответствии с предлагаемым способом.

Литую алюминиевую полосу размером 305 X 915 мм, толщиной 11,9 мм помещают в печь с азотной атмосферой, быстро доводят до требуемой температуры и выдерживают в течение 10-40 ч при температурах гомогенизации, изменяющихся от 590 до 610 С, Затем полосы удаляют из печи и охлаждают до соответствующей температуры продувкой холодным сжатым воздухом, подаваемым на полосы.

Условия гомогенизации, примененные при серии плавок, приведены в табл.3.

Таблица 3

610 594 590 593

30 35 40 10

Пример 1. Ряд алюминиевых сплавов, полученных иепрерьгеным литьем, содержащих различные компоненты, включая те, которые входят в состав алюминиевого сплава 3004, изготовленного согласно техническим условиям фирмы Алюминиум Ассосиэйшн, используют при изготовлении корпусов банок, полученных вытяжкой и утонением стенок.

Составы сплавов приведены в табл,2,1

Охлажденные полосы прокатывают последовательными проходами, используя производственный прокатный стан, до. тех пор, пока полоса не уменьшаетg ся до различньпс степеней толщины по- рядка 66-75%, т.е. до 4,06-3,05 мм.

Полосы с уменьшенной толщиной нагревают до температуры первого восстановления, при котором полосы поме0 щают в печь, предварительно нагретую до 232 с, и вьщерживают в течение 3ч, после чего полосы удаляют из печи и охлаждают до комнатной температуры. После термообработки до температу5 ры первой холодной прокатки/йосста- новления полосы подвергают второй холодной прокатке посредством последовательных проходов через пару обжимных валков до тех пор, пока толщина

Q полосы не уменьшается на 10-25% (т.е. 3,05 мм).

После второй холодной прокатки полосы подвергают вторичному восстаноО

вительному нагреву при 260 С в тече55

ние 1 ч и затем отжигают при температуре рекристаллизации 426°С в течение 2ч.

Режимы холодной прокатки и промежуточных отжигов приведены в табл.4.

Таблица4

разрвание (табл.5 и 6) и сравнения этих данных с представленными в табл.7 видно, что алюминиевая полоса, обработанная в соответствии с циклами 1 и 2 холодной прокатки и отжига, имеет меньшее фестонообразрвание.

Пример 2. Повторяют процедуру по примеру 1, однако воспроизво

Полосы гомогенизированные, как указано в табл.8, охлаждают в соответствии с режимами, приведенными в тарл.9.

Таблица 9

45 При 190°С печь выключают и полосы оставляют для охлаждения до комнатной температуры. Охлажденные полосы подвергают холодной прокатке и отжиг ГУ, как в примере 1.

50 Условия холодной прокатки и отжига приведены в табл.10.(Режим Cj соответствует известному способу).

11

2044

250I

Нет

4272

4272

4273

Условия нагрева и охлаждения при обработке рулона полосы на каждой

Охлажденные и рекристаллизованные полосы подвергают обжатию по толщине. 0,33 мм - 0,37 мм.

Полосы исследуют под растровым электронным микроскопом в режиме обратного рассеяния. Обнаружено, что размер интерметаллической частицы находится в пределах 1-3 мк, т.е.. зади- рание не наб.людается, полосы подвергают вытяжке с утонением стенок для изготовления банок.

Результаты испытаний на фестонооб- разование полос из сплавов, состав которых указан в табл.2, представлены в табл.12 (цикл.З), 13 (цикл 4), 14 (цикл 5) и 15 (цикл 6). (Каждый ре1426458

12

т а в л и II а 10

260

Нет

I Нет

Нет

4272

Нет

стадии восстановления и рекристаллизации приведены в табл.11.

Т а

зультат испытания на фестонообразова- ние представляет среднее трех испытаний) ..

Таблица 12

13 Таблица 13

Результаты испытаний на фестонооб- 55 температуре гомогенизации разование на алюминиевых полосах, 570-593 °С. Для достижения гомогениза- подвергнутых сравнительному циклу С ции полосы воспроизводят условия наг- холодной прокатки и отжига, представ- рева и охлаждения в 10-15-тонном рулены в табл, 16.лоне полосы толщиной примерно 12,7мм,

J426458

14 Таблица 16

полученной непрерьгоным литьем, которую подвергают нагреву и рхлаждению. Время и температура нагрева и охлаждения приведены в табл.18.

Таблица 18

Полосы, гомогенизированные соглас но условиям, указанным в табл.7, охлаждают в соответствии представлен- нь1м в табл. 1 9 режимом.

Каждую стадию восстановления и рекристаллизации проводят в условиях.

Охлажденные полосы прокатывают в последовательных проходах на промьпп- ленном прокатном стане до различной степени толщины в пределах 66-75% (4,064 - 3 мм).

В первых циклах холодной прокатки и нагрева до температуры восстановления или рекристаллизации полосы

уменьшенной толщины (66-72%) нагревают до температуры первого восстановления, во время которого полосы нагревают в печи до 232 С и вьщержи- вают при этой температуре в течение

3ч. После первой обработки, заключающейся в холодной прокатке и нагре.- ве до температуры восстановления, полосы подвергают второму обжатию посредством пропускания последователь ° через пару обжимных валков для уменьшения толщины полосы на 10-25% (3 мм).

После второго обжатия в холодном состоянии полосы нагревают до температуры 260 С второго восстановления

действующих при обработке рулонной полосы, которые приведены в табл. 21,

Затем полосы охлаждают до комнатной температуры и упрочняют пропусканием последовательно через прокатный стан до обжатия полосы примерно на 88% по толщине (до 0,33-0,37 мм).

Полосы исследуют под растровым электронным микроскопом в режиме обратного расстояния. Обнаружено, что размер интерметаллической частицы равен 1-3 мк, следовательно, когда полосы подвергают вытяжке с утонением стенок-для изготовления банок, задирание не отмечается.

Для определения уровня фестонооб- разования при вытяжке полос нарезают круглые заготовки диаметром 55,88 мм из упрочненной полосы твердости HI 9 и получают из них глубокой вытяжкой неглубокие чаши диаметром 32,5 мм с уменьшением диаметра на 30%. Для глубокой вытяжки применяют инструмент, который обеспечивает примерно на 3,5%

С В

3,12 42,3 4,33 41,1

30

положительный зазор (0,0127 мм) между стенками пуансона и матрицей. В испы2( тании на фестонообразование, которое воспроизводит стадию вытяжки в процессе изготовления банок, требуются зазор между пуансоном и штампом на 5% или меньше и уменьшение диаметра на 39%. Для получения чаши без. разрушения и образования складок во время каждого испытания регулируют скорость первой операции вытяжки и давление для закрепления заготовки.

Результаты испытаний на фестонообразование в полосах из сплавов, ука- занньж в табл.17, которые подвергали гомогенизации и холодной прокатке и .отжигу, согласно табл.18 и 20, представлены в табл.22 (сплав V), 23

(сплав А) и 24 (сплав Aj), (каждый результат испытания на фестонообразование представляет среднее трех испытаний) .

35

44,5 2,3 43,1 2,2

10

J426458

20 Продолжение табл, 22

В

5,99

Механические свойства полос, упрочненных до степени твердости HI9, определенные методом испытаний ASTM, Е-8 с применением образцов длиной 50,8 мм (каждый результат механического испытания представляет собой среднее шести испытаний, три измерены в продольном направлении и три - в поперечном направлении Прокатки) представлены в табл.25.

Таблица 25

39,0

41,2

2,0

Продолжение табл. 25

39,8 40,5

40,6 41.3 42,7

42,3

97,0

98,5

99,0

100,0

101,0

102,0

Прочность на продольный изгиб, замеренная для листа толщиной 0,0135 (0,333 мм) или регулируемая для ка- .

либра при величине 1 фунт/кв.дюйм для измерения 0,000l (0,0025 мм).

Из табл.22 видно, чТо добавка 0,11 мас.% хрома в алюминиевый сплав 3004 улучрает прочность при растяжении и,

таким образом, соответствующую прочность на продольный изгиб без отрицательного влияния на формуемость листа для банки из этого сплава, П ри м е .р 4, Изготавливают полосы

из литых алюминиевых сплавов для использования при изготовлении корпусов банок, получаемых вытяжкой и уто- йением стенок. Составы сплавов приведены в табл. 26.

Медь вводят в сплавы для воспроиз ведения скрапа алюминиевых банок, который содержит 0,1-0,2 мас.% меди.

Алюминиевые сплавы получают непрерывным литьем, используя литейную установку типа Хантор (Hunter) с двои- ными валками, до .изготовления листа толщиной 6,6 мм, которьй сматьгеается в. рулоны весом 5000 фунтов. Рулоны охлаждают до комнатной температуры в течение 48 ч. Охлажденные рулоны помещают в печь и гомогенизируют в азотной атмосфере. Рулон нагревают до 576 4,3 с в течение 12 ч и выдерживают при данной температуре в течение 16 ч. Затем рулоны охлаждают в печи до 93,3°С в течение 32 ч. Охлажденные рулоны удаляют из печи и охлаждают до комнатной температуры в течение 48 ч.

Охлажденные до комнатной темпера- туры рулонные полосы подвергают первой обработке, заключающейся в холодной прокатке и нагреве до температуры восстановления, охлажденные полосы прокатьтают в последовательных ка- либрах на прокатном оборудовании до тех пор, пока толщина полосы каждого рулона не уменьшится на 83-85% (1,12-1,49 мм).

Обжатую по толщине рулонную полосу

нагревают до температуры первого восстановления, для этого рулоны помещают в печь и нагревают до 232 С в течение 4 ч, выдерживают при этой температуре в течение 44, после этого рулоны оставляют в печи для охлаждения до 149 С на 9 ч. Рулоны удаляют из печи и охлаждают в течение 48 ч до комнатной температуры.

При первой холодной прокатке и нагреве до температуры восстановления рулонные полосы подвергают второй холодной прокатке путем пропускания последовательно через пару обжимных валков до уменьшения толщины полосы на 25% (0,99 - 1,11 мм).

После второй холодной прокаткн рулоны снова помещают в печь и нагревают до температуры второго восстановления повышением температуры печи до 260°С в течение 3,5 ч и затем выдерживают при этой температуре в течение 1,5 ч. Рулоны отжигают при температуре рекристаллизации.посредством повышения температуры печи до в течение 6 ч и вьщерживают при этой температуре 3 ч. Рулоны охлаждают в печи до 149°С в течение 14 ч и затем удаляют из печи и охлаждают в течение 48 ч до комнатной температуры.

Рекристаллизованные бунты прокатьтают до уменьшения толщины примерно на 65-67%, т.е. до 0,331 мм.

Из упрочненной полосы изготавливают в виде двух частей алюминиевые банки для напитков на промышленной установке для глубокой вытяжки и вытяжки с утонением стенок. Из каждог го бунта изготавливали примерно 5000 банок. Фестонообразование 2,0- 2,6%. Банки испытьшают на прочность на продольный изгиб, т.е. на способность банок выдерживать высокое внутреннее давление без продол1 ного изгиба.

Прочность на продольный изгиб из- меряют путем приложения давления внутри банки, полученной глубокой вытяжкой и вытяжкой с утонением стенок, и затем постепенно увеличивают, давление до деформации и выпучивания днища, т.е. продольного изгиба. Давление, при котором днище начинает прб- дольно изгибаться, представляет прочность на продольный изгиб. Для того, чтобы банку можно было применять, она должна иметь предел прочности на

25

продольный изгиб по крайней мере 90 фунтов/KB.дюйм.

Средний .предел прочности на продольный изгиб банок, -изготовленных из сплавов VI-VII1, приведен в табл. 27.

Таблица 27

Формула изобретения

Способ изготовления заготовки в виде полосы из алюминиевого сплава для производства изделий глубокой вытяжкой и вытяжкой с утонением стенок, включающий непрерьшное литье

1426458

26

сплава на основе алюминия, содержа- щего 0,8-1,3 мас.% магния, 1,0 - 1,5 мас.% марганца, до 0,25 мас.% цинка, до 0,25 мас.% меди, до 0,3 мае.% кремния и до 0,7 мас.% железа, в форме полосы толщиной 6,35- 12,7 мм, гомогенизацию при 572-510°С с последующей холодной прокаткой в

неск.олько стадий до конечной толщины и промежуточными отжигами, отличающийся тем, что; с целью повышения антизадирных свойств и уменьщения фестонообразования, в

сплав дополнительно вводят 0,11- 0,26 мас.% хрома, гомогенизацию ведут в течение 10-40 ч, холодную прокатку проводят в три стадии с уменьшением толщины на первой стадии на

66-75%, на второй - на 10-25% и на третьей - на 66-88%, промежуточный отжиг после первой стадии проводят при 232-260 С в течение 1-4 ч с последующим нагревом при 426 С в течение

2-3 ч, а отжиг после второй стадии проводят при в течение 1 ч с Последующим нагревом при 426 С в течение 2 ч.