NO821597L - Fremgangsmaate til fremstilling av aluminiumplatemateriale med hoey styrke. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår ,en fremgangsmåte til fremstilling av aluminium-platemateriale med forbedrede egenskaper, og

som særlig er egnet som materiale for hermetikkbokser og lignende,, og mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte til fremstilling av aluminium-platemateriale som har forbedret styrke uten at' dette-går utover duktilitetsegen-skapené.

Uttrykket "aluminium" innbefatter idet foreliggende kommer-sielle kvaliteter av metallet som sådant, for eksempel 1100

' (betegnet slik av Aluminum Association) såvel som 'aiuminium-baserte legeringer inneholdende minst 90 vekt.% aluminium. Legeringer som er spesielt egnet av•behandl ing i henhoid til den foreliggende fremgangsmåte innbefatter 1100, 3003, 3 004 og. 3009 og.andre mangan-holdige legeringer med og uten magne-sium..

Aluminium-bokser for leskedrikker og, lignende, hvilke bokser er forsynt med "lett-å-åpne"-ender, er blitt godt mottatt av forbrukerne. For å bevare de naturlige ressurser har man, både i USA og i internasjonal sammenheng,, interesse av å ut-'nytte brukte bokser.. %

Ved fabrikasjon av disse bokser anvendes forskjellige legeringer for boksens sidevegger .og boksens ender . Således er legering 3004, som anvendes for boksens sidevegger, ikke godt egnet for boksens endestykker, som krever høy. duktilitet for formingsoperasjonene. Aluminium-platematerialer som bokseendene lages av, må' ha høy styrke, slik at endestykket tå i-er et forhøyet trykk i boksen. Legering 3004, som har et.lavt magnesiuminnhold (1 %) .har. ikke den høye flytegrense i for-bindelse med høy duktilitet som er påkrevet for anvendelse for bokseender. Legering 518 2, som har et relativt høyt magnesiuminnhold . (4-5 %) , har den nødvendige duktilitet og . styrke for anvendelse som bokseender. Disse legeringers typiske sammensetning er angitt i tabellen nedenfor:

Anvendelse av forskjellige aluminium-legeringer for bokseendene og sideveggene ved fabrikasjon av "létt-å-åpne"-bokser nedsetter i betydelig grad -ønskeligheten av å anvende disse bokser som retur-skrap, da det smeltede produkt er en legering av uviss sammensetning.

Det ville være meget fordelaktig hvis strekkstyrken hos legering 3004 kunne forbedres, slik at den ble like høy som hos' legering 5182, hvorved legering 3004 kunne anvendes som materiale både for bokseveggéne og f or bokseendene.. Åiumihium-platemateriale for bokseveggéne, eksempelvis legering 3004 - H19 hårdhetsgrad, fremstilles av- valseblokker som underkastes de følgende valseoperasjoner for fremstilling av et boksevegg-matériale med en tykkelse på ca..0,33 mm: støping, homogeni-sering, varm-valsing, varmebehandling og kaldt, vals ing > for eksempel som beskrevet i US-patent nr. 3 8 02 931. -Ved fremstilling av aluminium-platemateriale ved direkte-kjøling-støping (DC-støping) fremstilles en valse-blokk med eh tykkelse på ca. 40,6-61,0 cm. Blokken underkastes homogeniser-ing, hvorunder den oppvarmes ved 510-607°C i 4-16 timer. Umiddelbart etter homogeniseringstrinnet blir blokken underkastet varm-valsing, idet den føres gjennom en rekke valse-• trinn med en temperatur på 343-510°C, hvorved biokkéns tykkelse reduseres til ca. 3,3 mm. Deretter underkastes mate'rialet et varmebehandlingstrinn i hvilket materialet holdes ved 371-48.2°C i 0 , 5-4 timer ' f or rekrystalliser ing av metal.istrukturen . Det således varmebehandlede materiale blir så underkastet et endelig deformasjons-herdningstrinn, i hvilket materialet kald-valses (valsing ved romtemperatur) til en endelig tykkelse -på ca. 0,33 mm i en 5-trinns valsestol, eller ca. 90 % av den opprinnelige tykkelse, for oppnåelse av hovedsakelig full.hårdhet (H19 hårdhetsgrad). Ved valsing til H19 hårdhet økes det deformasjons-herdedé aluminium-platematerialers flytegrense frå ca. 68 94 8 kN/m2 til ca. 275 792- 310 266. kN/m3,. mén metallets prosentvise forlengelse (et mål på duktiliteten ved fremstilling av bokser.) avtar fra ca.- 2 5 % til ca. 2 %.

Forskjellige forsøk på å forbedre deformas.jons-herdede aluminium-platematerialers flytegrense har omfattet variering ay valsebetingels.ene men ved slike forsøk har man oppnådd øket flytegrense på bekostning av nedsatt strekkforlengelse.

En reduksjon i'strekkforlengelsen til under 1 % gjør aluminium-' platematerialet uegnet for "to-stykkers" boksefremstil'lings-operåsjoner.

Det ville være.meget fordelaktig å øke flytegrensen hos deformasjons-herdede aluminium-legeringer med lavt magnesiuminnhold, for eksempel legering 3004 - H.19,. til det nivå som aluminium-legeringer ved høyt magnesiuminnhold, for eksempel-legering 5182, oppviser uten skadelig virkning på andre fysikalske egenskaper hos metallet, såsom forlengelsen. Én økning av flytegrensen hos legering 3004 - H19 til samme flytegrense som'hos legering 518 2 ville gjøre det mulig å anvende legeringen med lavt magnesiuminnhold som materiale for bokseendene, med den derav følgende fordel at bokseendene av aluminium ville,ha hovedsakelig samme sammensetning som bokseveggéne og være et meget godt brukbart ret.ur-materiale for bokser.

US-patent 3 787 248 beskriver en fremgangsmåte til fremstilling av aluminium-baserte legeringer med høy styrke og forbedret formbarhet egnet ti.l bruk som'materiale for bokseender med lignende legeringssammensetning som boksevegg-materialé av aluminium. Fremgangsmåten omfatter et varmebehandlingstrinn etter'hver valsereduksjon på 10-20 %, hvorved valseprosessen avbrytes av et stort antall varmebehandlings trinn, en fremgangsmåte som er vanskelig å innpasse, i industriell-praksis.

Den foreliggende oppfinnelse erstatter de mange varmebehandlingstrinn med et enkelt deformasjons-herdningstrinn (valsing ved en temperatur på ca. 66-232°C) og. resulterer - ikke bare•i prosess-forenkling, men også i en større styrkeforbed-r ing.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan flytegrensen ved strekk hos deformasjons-herdede aluminium-legeringer, og spesielt deformasjons-herdede aluminium-legeringer med lavt magnesiuminnhold såsom legering 3004,økes vesentlig uten at

■andre fysikalske egenskaper hos legeringen skades, ved at man deformasjoris-herder. aluminiumet ved en temperatur på ca. 66-2 3 2°C.

Ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan flytegrensen hos aluminium-legeringer som konvensjonelt anvendes for fabrikasjon av boksevegger, eksempelvis legering 3004, heves til et nivå tilsvarende flytegrensen.hos de meget sterke

aluminium-legeringer-/ eksempelvis legering 5182," og økningen

i flytegrensen- oppnåes uten vesentlig nedsettelse i % forlengelse. Ved deformasjons-herdning av legering .3004 til H19-hårdhetsgrad ved en temperatur mellom 66 og 204°C økes flytegrensen hos'det resulterende platemateriale av legering 3004 - H19 fra 310 266 til 448 162 kN/m3, en flytegrense, som kan sammenlignes med flytegrensen på 400 000 kN/m 2 hos legering 518 2 ved H19-hårdhetsgrad..

Den forbedrede flytegrense som bibringes aluminium-platemateriale ved lavt magnesiuminnhold ved.hjelp av den foreliggende oppfinnelse, gjør det mulig å anvende platematerialet for fabrikasjon av bokseender. Ved- utførelse av den foreliggende-oppfinnelse er det således mulig å fremstille aluminium-bokser for leskedrikker etc., hvor boksenes ender og vegger består av det.samme legeringsmateriale, eksempelvis legering 3004. Det at boksenes bestanddeler har den samme sammensetning, gjør aluminium-boksene til et meget ønskelig skrap-materiale og fremmer.derved resirkuleringen av dette emballasjematériale. •

Som vist nedenfor, påvirker fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, ikke den deformasjons-herdede legeringsMuktilitet i vesentlig-grad, og aluminium-legeringen kan derfor forarbeides til bokseender under anvendelse av konvensjonelt utstyr og konvensjonelle fabrikasjonsmetoder.

De aluminium-legeringer.som deformasjons-herdes ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, kan støpes på hvilken som helst måte. Den.spesielle støpemetode er ikke kritisk eller avgjørende, og hvilken som helst industriell metode kan bekvemt anvendes, såsom DC-støping eller kontinuerlig bånd-støping.

Uansett støpemetoden er det blitt- funnet at virkningen av deformasjons-herdningstrinnet ifølge foreliggende, oppfinnelse forbedres hvis legeringen varmebehandles før deformasjons-herdningen slik at eventuelle forurensninger i legeringen bringes i fast oppløsning og disse forurensninger bibeholdes i en overmettet tilstand i legeringen. Dette kan oppnåes ved åt man oppvarmer den fullstendig myke•legering ved en■temperatur på 427-593°C og deretter bråkjøler det oppvarmede bånd til romtemperatur ved hurtig nedsenkning i et egnet fluidum; eksempelvis kold luft, vann, slik at de oppløste forurensninger bibeholdes i-overmettet tilstand.

Hvis, den rette type av forurensninger (Mn, Fe, Ti., .Cr, V) og dé riktige mengder av forurensninger foreligger i legeringen •• og overmetning allerede er utviklet-i båndet når dette nettopp er varm-valset, kan det nettopp beskrevne varmebehandlingstrinn for oppnåelse av overmettet tilstand unngåes. For foreliggende søknads, formål antas en aluminium-legering- å være i den overmettede tilstand når mengden av Mn i aluminium-legeringen er minst 0,4 % og mengden av metaller valgt fra "gruppen Fé, Ti, Cr og V er minst 0, 05 %. ..Deformasjons-irerdningstrinnet i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres når aluminium-legeringen tidligere er blitt .valset, eller støpt til en tykkelse på ca. 2,5-19 mm. Ved DC-prosessen blir det' støpte aluminium varm-valset ' og- redusert i tykkelse fra ca. 40,6-61,0 cm til ,ca. 2,5 mm før det ■ deforma-s jons-herdes. Ved den kontinuerlige støpepro:se.ss blir båndet direkte støpt til et bånd- med en tykkelse på ca. 6,4-19 mm og blir så homogenisert før deformasjons-herdningen..

Den spesielle temperatur ved hvilken aluminium-legeringen def ormas jons-herdes og valses til en tykkelse på ca. 0,.33 mm-, den tykkelse somønskes for boksemateriale, vil variere i avhengighet av den spesielle legering som deformasjons-herdes. For legering 3004 oppnåes de beste resultater når aluminium-båndet deformasjons-herdes ved ca, 135°C. Den temperatur ved hvilken deformasjons-herdning utføres i henhold til den foreliggende oppfinnelse, vil i alminnelighet variere fra ca. -66°C til -ca. 204°C.

Valget av deformasjons-herdningstemperatur vil også avhenge av den vals-ehastighet ved hvilken def ormas jons-herdningen ut-føres. Valsehastigheten ved_ industriell def ormas jons-herdning varierer fra 305 til 1525m/min. Ved valget av den temperatur ved hvilken deformasjons-herdning skal utføres, vil den vaigte •temperatur variere med valsehastigheten, dvs. at det ved høyere valsehastigheter anvendes temperaturer i området 121-204°C og ved lavere valsehastigheter temperaturer i området 93-177°C.

De aluminium-legeringer som kan defor.masjons-herdes i henhold til den foreliggende fremgangsmåte, har sammensetninger innenfor de følgende områder:

D'e følgende eksempler' vil ytterligere belyse oppfinnelsen: Eksempel I

Et varm-valset bånd (varmt bånd), tykkelse 2,2 mm, har-legering 3004 ble underkastet et' deformasjons-herdningstrinn i henhold til: fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Slik det kom.fra alumlnium-valse-verket var båndet fullstendig mykt., dvs. med en hårdhetsgrad på..null ■ og- hadde en

2 flytegrense, på 75 843 kN/m og en forlengelse på- 25 %. Båndet ble oppvarmet og holdt ved 4 68 + 6°C i 5 minutter for opp-løsning av forurensninger (Mn, Fe, Ti, Cr) i legeringen (trinn A) . Etter at båndet var varmebehandlet på, denne måte ble det varme bånd bråkjølt i vann- (trinn B.) , hvorved -for-urensningene ble fanget i sin overmettede tilstand. Det brå-kjølte bånd ble-oppvarmet og holdt ved 135°C i 5 minutter, hvorved båndet ble brakt på den temperatur -ved hvilken det skulle deformasjons-herdes (trinn C).

For deformasjons-herdning. av båndet i henhold til den foreliggende fremgangsmåte ble båndet ved 13 5°C suksessivt og med .en. hastighet .på 2,13 m/minutt ført gjennom et reduksjons-valsepar oppvarmet til 135°C, inntil båndets, tykkelse var redusert med 90 % (H.19-hårdhetsgrad) til 0,22 mm. For oppnåelse av.denne tykkélses-reduksjon var det påkrevet med fem ■ passasjer gjennom valseparet med en hastighet på 2,13 m/minutt (trinn D).' Etter fullførelse av hver passasje gjennom valseparet bie båndet oppvarmet til 135°C og holdt ved denne temperatur i 30 sekunder, hvorved båndets temperatur på 135°C bie re-etablert for hver gang det ble.ført gjennom valseparet (trinn E) .

Temperaturen'ble i trinn C, D og E regulert innenfor +3°C.

Den def ormas jon.s-herde leger ings-f lytegrense og % forlengelse ble bestemt ved hjelp av standard strekkforsøk'på prøver (5,08 cm) av det def ormas jons-herdede alumini.um-bånd. Legeringens styrke slik den representeres av flytegrensen, og duktiliteten, representert ved % forlengelse, er egenskaper ved legeringen som er vesentlige for fabrikasjonen av bokseender.. Det deformasjons-herdede bånd flytegrense bie funnet å være 448 162 . kN/m<2>og forlengelsen 2 %..

Det samme aluminium-bånd,behandlet i henhold til 'trinn-A og' B oppviste, etter kald-valsing-for fremstilling av den konvensjonelle 3004 med H19-hårdhetsgrad, en flytegrense på

310 2 66 kN/m og en forlengelse på 2 %. Det..for tiden vanlig-vis anvendte materiale for bokseender, 5182 med. H1.9-hårdhetsgrad, har en flytegrense på 400. 000 kN/m 2 .o■<g>en forlengelse på -3 %..

Behandlingshistorien for det va-rmbånd-materiale som ble anvendt i eksempel I, var som følger:

(1) homogenisert ved 510-566°C i 12 timer

(2) luftkjølt til en valsetemperatur på 427-454°C

(3) varmevalset fra en tykkelse på .59,7 cm til en- tykkelse

på 4,8 mm.

Mikroanalyse av varmbåndet viste en fordeling av jern og mangan mellom aluminium-matriksen og de komplekse intermetalliske forbindelser. Den overmettede aluminium-matriks inneholdt 0,58 % Mn og 0,09 % Fe i oppløsning, og.det resterende Mn og Fe forelå som komplekse intermetalliske forbindelser. Titan, krom og vanadium kunne ikke påvises.

For sammeriligningsformål ble en legering med den samme sammensetning (3004) underkastet en annen og forskjellig'be-handling, som'følger:

(1) homogenisert ved 577-604°C i 10 timer

(2) ovnskjølt, 56°C/time, til valsetemperaturer på 427°C (3) varmvalset fra en tykkelse på 59,7 cm til eri tykkelse'

på 2,8 mm.

Mikroanalyse av varmbåndet. viste at aluminium-matriksen inneholdt 0,33 % Mn. og upåyiselig Fe (utfelt og' ikke over-, mettet ), Ti, Cr og V var også upåviselige, og det .resterende Mn og Fe forelå i de komplekse intermetalliske forbindelser. Når legeringen ble underkastet de behandlingstrinri som er be skrevet .i. eksempel I, dvs. trinn A,' B, C, D og E, viste den ingen, forbedring i flytegrense når den ble underkastet de--formasjons-herdning i området 121-149°C under anvendelse av valsehastigheter mellom '2,13 og 76 , 2m/minutt. Heller ikke manipulering av .trinn A og B gav noen forbedring i flytegrensen etter deformasjons-herdning, hvilket viser at legeringen må inneholde visse overmettede metall-forurensningér før en deformasjons-herdningsforbedring i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan oppnåes.

Eksempel- II

Fremgangsmåten' i eksempel I ble gjentatt med unntagelse'

av at deformasjons-herdningen (trinn D) ble utført til' H18-hårdhetsgrad (80 % valsereduksjon) ved varierende temperaturer; Resultatene'er oppsummert i tabellen nedenfor:.-

Som det fremgår av ovenstående- tabell,. er den optimale def ormas jons-herdningstemperat.ur 135°C. Ved lavere eller høyere temperaturer er flytegrensen etter deformasjons-herdning lavere.

. Eksempel III Fremgangsmåten i eksempel I ble gjentatt med unntagelse av at . trinn A, ■ B, C og E ikke ble anvendt ved deformasjdns-herdningén, dvs. at båndet, slik det kom fra valsene, ble deformasjpns-herdét til Hl9-hårdhetsgrad ved suksessive passasjer med en'hastighet på 2,13 m/minutt gjennom reduksjohs-' valsene som var oppvarmet til 135°C (trinn D) . Det. def ormas joris-herdede "bånds flytegrense ble funnet å være 419 310 kN/m 2, og

forlengelsen var 2 %.

Eksempel IV

Fremgangsmåten i eksempel I ble gjentatt med- unntagelse

av åt"trinn A. og B ikke ble anvendt ved deformasjpn.s-herdningeri. Det deformasjons-herdede bånds.flytegrense ble'funnet å være 2 ■ • 400 690 kN/m , og forlengelsen var 2%.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til valsing av aluminiumbånd for fremstilling av deformasjons-herdet platemateriale for fabrikasjon av bokser, karakterisert ved at mari valser båndet dannet av overmettet aluminium under deformasjons-herdning ved én temperatur på ca. 66 til 232°C, hvorved p.late-matérialets flytegrense økes betydelig..

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert V e d.' at aluminium-platematerialet fremstilles av en aluminium-legering inneholdende minst 0,4 % mangan.

3'. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller. 2, karakterisert ved at aluminium-plåtemateriålet fremstilles av-en aluminium-legering inneholdende minst 0,05 % av et metall, valgt fra. gruppen bestående av jern' , titan, krom og vanadium.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,. ka r' ak ter i s ert v e- d at aluminiumet er legering 3004 ..

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakt' erisert ved at båndet def ormas jons-herdes til Hl' 9-hårdhetsgrad..

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at båndet .oppvarmes- ved 13 5 + 3°C.

7. Fremgangsmåte ifølge et.av de foregående krav, karakterisert ved at båndet.oppvarmes ved ca. 427-593°C før def ormas jons-herdn.ingen utføres.