Лист из алюминиевого сплава для изготовления корпусов банок и способ его изготовления Советский патент 1992 года по МПК C22C21/06 C22F1/04 

Изобретение относится к листам из алюминиевых сплавов, содержащих магний, пригодным для изготовления путем штамповки-вытяжки корпусов банок, и к способу получения указанных листов.

Цель изобретения - повышение качества поверхности банок.

Известно, что можно непрерывно отливать алюминиевые сплавы непосредственно в форме полос в ленточных машинах или в вальцах. Эти полосы могут достигать ширины 2 ми имеют, обычно, толщину порядка 5-30 мм. Преимуществом этого типа отливки по сравнению с отливкой пластин большой толщины является исключение большого числа пропусков через валки.

Полученные таким образом полосы могут иметь меньшую толщину, доходящую до нескольких микрон, посредством серии операций холодной или горячей прокатки, разделенных или неразделенных операциями закаливания. В частности, когда они предназначены для изготовления корпусов банок, использующихся, например, для хранения газированных или негазированных напитков, эти полосы преобразуются в листы толщиной в несколько сотен микрон, в которых вырезаются круглые диски, котоХ|

ю

g

ю

N

О)

рые при комбинированном действии пуансона и матрицы преобразуются путем штамповки в стаканчик, который после вытяжки, предназначенной для утончения его стенок, может использоваться в качестве корпуса банки.

Изменение формы в результате перехода от плоского диска к корпусу банки требует приложения значительных усилий и сопровождается, в частности, при вытяжке явлением заедания или galling) которое можно определить, как сцепление мягкого металла с твердым металлом. В данном случае частицы алюминия вырываются из поверхности листа и сцепляются с поверхностью инструмента вытяжки из карбида вольфрама. Эти сильно деформированные и, следовательно, твердые частицы вызывают появление царапин на корпусе банки, что уменьшает ее механическую прочность, может даже привести к ее излому и, в любом случае, нарушить ее эстетический вид.

Для исключения этого заедания и придания корпусам банок соответствующего эстетического вида рекомендовано несколько технических решений.

Известен лист, в котором используется сплав типа 3004 по стандарту Алюминиевой Ассоциации, т.е. сплав состава, %: S10,3; Fe 0,5; Си 0,25; Мп 1-1,5; Мд 0,8-1,3; Zn 0,25, А остальное, свидетельствующий о том, что непрерывная разливка между цилиндрами приводит к образованию частиц AI-Mn с размерами, меньше 2 мм, которые являются слишком малыми для оказывания эффекта очистки инструмента и, следовательно, способствуют его загрязнению. Когда обрабатывают такой сплав, полученный обычным способом отливки, эти частицы имеют размер 15-20 мм, в этом случае не происходит загрязнения. Тем не менее, желая воспользоваться преимуществами непрерывной разливки между цилиндрами, в частности относительной однородности микроструктуры, рекомендуется для увеличения размера этих частиц изменить состав сплава 3004, перейдя к содержанию марганца порядка 2-3%.

Известен также лист, в котором тоже отмечается явление заедания на листах 3004 и 3003 и допускается также, что для его исключения следует увеличить размер частиц AI-Mn и AHMn-Fe. Однако для достижения этого в нем рекомендуется не изменение на уровне состава, а термическая обработка, осуществленная, предпочтительно, при температуре 620°С в интервала времени 16-24 ч и которая может осуществляться либо на сырой отлитой полосе, либо на полосе, уже подвергшейся первой серии пропусков через валки.

Известен лист, в котором также предлагается изменение состава использованного

сплава, которое относится уже не к марганцу, а к кремнию, содержание которого увеличивается до достижения диапазона 0,3-0,6 мае. %.

Кроме того, рекомендуется совершенно

0 другое техническое решение, заключающееся в механической очистке поверхности полосы и в ее изменении путем нагрева в воздухе.

Хотя такие способы приводят к значи5 тельному уменьшению явления заедания, тем не менее они не позволяют полностью его исключить.

Поэтому необходимо чтобы подвергшиеся штамповке - вытяжке листы имели осо0 бое состояние поверхности и чтобы это состояние могло достигаться с использованием алюминиевых сплавов очень разного состава, имеющих, однако, одно общее положение, а именно наличие магния.

5Это особое состояние отличается тем,

что листы имеют на 10-25% их поверхности, равномерно распределённые частицы, образованные аморфными оксидами алюминия и кристаллическими оксидами магния и

0 алюминия, имеющими форму плоских дисков толщиной менее 5 мм и со средним диаметром, широко варьирующимся около средней величины порядка 2-15 мм.

-Так, согласно изобретению, способ5 ность к штамповке - вытяжке, сама по себе связанная с наличием частиц относительно больших размеров.

Эти частицы не распределяются во всей массе листа, а распределяются только на

0 поверхности и, кроме того, только на участке этой поверхности. Они не состоят из соединений типа AI-Mn или AI-Mn-Fe, состоят из окислов магния и алюминия одновременно аморфных и кристаллических, имеют осо5 бую форму, которая является формой плоских дисков с ограниченной толщиной порядка 5 мм и со средним диаметром, широко варьирующимся около средней величины порядка 2-15 мм.

0 Частицы особенно распознаются при рассмотрении листа в электронный микроскоп, в котором они появляются в форме крупных скоплений черного цвета, равномерно распределенных в более светлой мат5 рице и микроанализ которых показывает, что они, в основном, состоят из аморфных и кристаллических окислов алюминия и магния.

Для получения этих частиц необходимо, чтобы исходный сплав содержал магний.

Однако отлично подходят такие небольшие содержания, как 0,1 мас.% так же, как и содержания, доходящие до 5%, не мешают достижению результата.

Изобретение может применяться для сплавов, содержащих также до 2% марганца и/или 1,5% кремния, к которым может добавляться, по меньшей мере, один из следующих элементов: Си, Zn, Cr, Fe, соответственно до содержания, равного,мас.%: 0,5; 0,5; 0,5; 0,7, и также элементы рафинирования, такие как TI и В до 0,1 мас.% каждый.

Таким образом, один лист из алюминиевого сплава, маркированный по стандартам Алюминиевой Ассоциации позицией 3004, т.е. содержащий, мас.%: Мд 0,8-1.3; Мп 1,0-1,5; S 0,3; Fe 0,7; Си 0,25; Zn 0,25, имеющий поверхность согласно изобретению, позволяет получать с использованием одного и того же инструмента более 200000 банок без излома и царапин.

Таким образом, сплав, обозначенный позицией 5182, т.е. содержащий, мас.%: Мд 4,0-5,0; Si 0,20; Си 0,15; Zn 0,25; Fe 0,35, и имеющий заявленную структуру, также позволили изготовить много банок без нарушений.

Листы из алюминиевых сплавов, содержащие магний, которые пригодны к штамповке - вытяжке, имеют огромное преимущество по отношению к листам из марганцевых сплавов в плане лучшей прочности при растяжении и позволяют предусматривать уменьшение толщины и, таким образом, снизить себестоимость банок.

Способ получения указанных листов отличается тем, что полосу, поступающую от разливочной машины, саму по себе или после, по меньшей мере, одного пропуска через валки подвергают химическому травлению для уменьшения ее толщины не более чем на 2 мм и это до закаливания на воздухе при 330-450°С в течение, по меньшей мере, 30 мин.

Предпочтительно, условия травления выбираются таким образом, чтобы получить уменьшение толщины на 0,8-1 мм.

Известно травление едким натром алюминиевых полос, полученных при непрерывной разливке. Целью этого травления, в основном, является устранение неравно- мерностей полосы, выражающихся в сегре- гациях, порах и других аналогичных дефектах и приводящих к неблагоприятным последствиям состояния металлических полос, особенно, когда они преобразуются в последующем в листы, полосы или пластины небольшой толщины. Это предполагает относительно сильное травление, так как снимается количество материала порядка

10-100 r/м2, что соответствует толщине 3.7- 37 мм. Следовательно, этот тип травления не имеет ничего общего с предлагаемым типом травления и, кроме того, совершенно 5 не ставит целью исключение заедания при вытяжке корпусов банок.

Действительно, небольшое травление позволяет обнаружить на поверхности полосы твердые зоны, которые после закали0 вания на воздухе при 330-450°С в течение по меньшей мере 30 мин приводят к образованию вышеописанных частиц. При этом происходит уменьшение коэффициента трения вследствие повышения твердости по5 верхности, уменьшение сцепления между инструментом и сплавом, постоянная очистка вытяжного кольца, что делает металл стойким к заеданиям или самоочищающимся.

0Травление может осуществляться с помощью любого агента травления, но, предпочтительно, с помощью раствора, содержащего 0,1-10 г/л NaOH, в который погружается полоса на соответствующий

5 срок таким образом, чтобы не снять толщину металла, превышающую 2 мм. Эта продолжительность зависит от состава использованного сплава и от операций прокатки, которым подвергается полоса. Трав0 ление может осуществляться при температуре окружающей среды, т.е. при температуре около 20°С, но для сокращения продолжительности обработки можно также осуществлять травление при любой тем5 пературе ниже 100°С. Предпочтительно работают в интервале 70-80°С.

Дополнительные испытания показали, что результаты могут быть еще выше при очистке после травления полосы и перед ее

0 закаливанием. Эффектом этой очистки является лучшее распределение твердых зон по всей поверхности полосы и, вследствие этого, генерирование более равномерных поверхностей, стойких к заеданию.

5Оптимальные условия закаливания выполняются в диапазоне температур 350- 400°С в течение 1-2 ч.

П р и м е р. Полоса шириной 1100 мм, толщиной 8 мм и составом, мас.%: Si 0.28;

0 Fe 0,42; Си 0.10; Мп 1,00: Мд 1,05; Ti 0.02; AI остаток, получена путем отливки между цилиндрами.

Она подвергалась гомогенизации при 600°С в течение 10ч, холодной прокатке до

5 2,7 мм, закаливанию в течение 2 ч при 350°С, холодной прокатке до 1,2 мм, травлению: 45 с в растворе 5 г/л NOH при 70°С для снятия толщины металла 0,8 мм, очистке, закаливанию в течение 2 ч при 400°С, холодной прокатке до 0,33 мм.

Затем металл был использован для выполнения корпусов банок диаметром ф 66мм и средней высотой 130 мм путем штамповки и вытяжки.

Из серии в 200000 банок ни на одной не было царапин.

Металл, подвергшийся тем же операциям преобразования без травления, не позволил изготавливать банки без царапин, после 500 банок царапины увеличиваются с количеством выполненных банок и после изготовления 1000 банок наблюдается излом стенок корпуса банки.

Формула изобретения

1. Лист из алюминиевого сплава для из- готовления корпусов банок преимуществен- но путем штамповки-вытяжки i для газированных и негазированных напитков, содержащий кремний, железо, марганец, медь, магний, титан и алюминий, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества поверхности банок, лист имеет на 10-25% поверхности равномерно распределенные частицы, образованные аморфными оксидами алюминия и

кристаллическими оксидами магния и алюминия в форме дисков толщиной не менее мкм со средним диаметром 1-25 мкм при следующем соотношении компонентов в сплаве, мас.%:

Кремний0,28-0,40

Железо0,42-0,65

Медь0,1-0,47

Марганец1,0-1,65

Магний1,05-4,7

Титан0,02-0,1

АлюминийОстальное

2. Способ изготовления листа из алюминиевого сплава для корпусов банок, включающий непрерывную отливку полосы, очистку, выдержку при температуре, закалку на воздухе и прокатку до конечной толщины, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества поверхности, очистку ведут путем химического травления в растворе 0,1-10,0 г/л едкого натра при 20- 100°С до снятия 0,8-1,0 мкм с поверхности листа, после чего проводят дополнительную очистку, а выдержку ведут при 400°С в течение 2 ч.

Изобретение относится к листам из алюминиевого сплава, содержащего магний, пригодным для изготовления путем штамповки-вытяжки корпусов банок, и к способу получения указанных листов. Цель изобретения - повышение качества поверхности банок, листы имеют на 10-25% их поверхности равномерно распределенные частицы, образованные аморфными оксидами алюминия и кристаллическими оксидами магния и алюминия, имеющие форму плоских дисков толщиной менее 5 мм и со средним диаметром, широко варьирующимся около средней величины порядка 2-15 мм. Полосу, поступающую от разливочной машины, саму по себе или после, по меньшей мере, одного пропуска через валки подвергают химическому травлению для уменьшения ее толщины не более чем на 2 мм. подвергают дополнительной очистке и закаливают на воздухе при 330-450°С в течение, по меньшей мере, 30 мин. Изобретение находит свое применение при изготовлении корпусов банок для газированных или негазированных напитков из листов, которые не заедаются, в частности при вытяжке. 2 с.п. ф-лы. Ј