NO172135B - Plater av magnesiumholdige aluminiumlegeringer samt fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår plater av aluminiumlegeringer inneholdende magnesium, egnet for fremstilling av legemer av bokser ved trekking og stansing, samt en fremgangsmåte for oppnåelse av disse.

Fagmannen vet at aluminiumlegeringer kan støpes kontinuerlig, direkte i båndform, i belte- eller sylindermaskiner som beskrevet i FR-PS 1198006. Båndene kan være opptil 2 m brede og generelt ha en tykkelse fra 5 til 30 mm. Fordelen med denne type støping i forhold til støping i tykkere plater er at man unngår et stort antall valsegjennomføringer.

Båndene som oppnås på denne måte kan gis mindre tykkelse på helt ned til noen pm ved en serie kold- eller varmval-singstrinn som eventuelt kan alternere med varmebehandlings-trinn. Spesielt, og der man tilsikter fremstilling av emner for bokser, for eksempel for pakning av eventuelt karbonerte drikkevarer, blir båndene omdannet til plater med noen hundrede pm tykkelse, sirkulære skiver skjæres ut av platene og omdannes til en kopp ved trekking og kombinert virkning av stempel og dyse; efter en såkaldt "ironing" operasjon for å gjøre veggene tynnere slik at koppen kan benyttes som legeme i en boks.

Endring i form fra en flat plate til et bokslegeme medfører utøvelse av meget sterke krefter og, spesielt ved trekkingen, ledsaget ved en klebing, et "gall ing" fenomen som kan defineres som adhesjon mellom et mykt metall og et hårdt. I det foreliggende tilfelle blir aluminiumpartikler fjernet fra overflaten av platen eller folien og adherer til overflaten av trekkeverktøyet som er laget av wolframkarbid. Partiklene som er meget hårdtrukket og derfor hårde, gjør at det oppstår sprekker på overflaten av boksen, noe som reduserer dens mekaniske styrke og som sågar kan føre til brudd, og i ethvert tilfelle ødelegger utseendet.

Diverse metoder er anbefalt for å unngå den klebing og å gi legemene til slike bokser et egnet attraktivt utseende.

Således retter US-PS 3 930 895, og som benytter en type 3004 legering som definert av Aluminium Association, det vil fremstilt av Si 0,3*, Fe 0,5$, Cu 0,25*, Mn 1 til 1,5*. Mg 0,8 til 1,3*, Zn 0,25* med resten Al, de vanskeligheter man må regne med på grunn av det faktum at kontinuerlig støping mellom sylindre fører til dannelse av Al-Mn partikler med dimensjoner på mindre enn 2 pm; disse er for små til å ha en rensevirkning på verktøyet og bidrar derfor til å forurense dem. Patentet påpeker det faktum at, ved behandling av en slik legering oppnådd i plater ved konvensjonell støping, har partiklene dimensjoner fra 15 til 20 pm slik at det ikke er noen forurensning. Fordi oppfinneren ikke desto mindre ønsker å trekke fordel av kontinuerlig støping mellom sylindre, i alle fall hva angår enhetligheten av mikrostruk-turen, anbefaler han å øke størrelsen av partiklene ved å modifisere sammensetningen av legering 3004 ved å bringe manganinnholdet til innen 2- til 3* området.

US-PS 4 111 721 registrerer også dette "galling" fenomen på plater av 3004 og 3003 og er enig i at dimensjonene til Al-Mn- og Al-Mn-Fe partiklene må økes for å fjerne problemet. Imidlertid lærer patentet at dette skal skje, ikke ved å modifisere sammensetningen, men ved å anvende varmebehandling, fortrinnvis ved en temperatur av 620°C, i et tidsrom fra 16 til 24 timer; behandlingen kan gjennomføres enten på banen som nettopp støpt eller på banen efter at den allerede er underkastet en første serie valsebehandlinger.

FR-PS 2 505 365 foreslår i sin tur å modifisere sammensetningen av den benyttede legering, ikke med henblikk på manganinnholdet men med henblikk på silisiuminnholdet, noe som bringer dette til et område på 0,3 til 0,6 vekt-*.

FR-PS 2 526 047 fra foreliggende søkere anbefaler en totalt forskjellig løsning, omfattende mekanisk rensing av overflaten av båndet og modifisering av denne ved oppvarming i luft.

Selv om en slik prosess i sterk grad har redusert klebefenom-enet er dette ikke helt eliminert. Det er derfor søkt å løse problemet og man har funnet at plater som underkastes trekking og "ironing" har en spesiell overflatetilstand og at denne tilstand kan oppnås med aluminiumlegeringer med meget forskjellige sammensetninger, forutsatt at de har et felles trekk, nemlig nærværet av magnesium.

Denne spesielle tilstand karakteriseres ved at platene over 10 til 25* av overflaten har enhetlig fordelte partikler, dannet av amorfe aluminiumoksyder og krystallinske magnesium-og aluminiumoksyder, i form av flate plater som er mindre enn 5 pm tykke og som har en midlere diameter som er godt spredd rundt en midlere verdi fra 2 til 15 pm.

Således er ifølge oppfinnelsen egnetheten for trekking og stansing som beskrevet av US-PS 3 930 895, forbundet med nærværet av partikler med relativt store dimensjoner som kommer nær de som observeres i plater. Imidlertid stanser denne likhet her for partiklene her er meget forskjellige ut fra synspunktet fordeling, sammensetning og form. Således skal det sies at: partiklene ikke er fordelt gjennom folien, men kun over

overflaten og videre over en del av denne;

partiklene består ikke av intermetalliske faser av Al-Mn- eller Al-Mn-Fe-typen, men av magnesium- og

aluminiumoksyder som begge er amorfe og krystallinske; partiklene har en meget spesiell form idet de flate plater har en tykkelse begrenset til 5 pm og en midlere diameter som er som nevnt fordelt rundt en middelverdi på 2-15 pm.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse plater av aluminiumlegeringer inneholdende magnesium og eventuelt minst et av elementene Mn, Si, Cu, Zn, Cr, Fe, B eller Ti, egnet ved fremstilling av legemer av bokser for eventuelt karbo-nat iserte drikker, ved trekking og bearbeiding, oppnådd ved banestøping fulgt av varmebehandling og valsing, og disse plater karakteriseres ved at de inneholder fra 0,1 til 5 vekt-* magnesium og at 10 til 25* av overflaten enhetlig har fordelt partikler tildannet av amorfe aluminiumoksyder og krystallinsk magnesium- og aluminiumoksyder, i form av flate skiver på mindre enn 5 pm i tykkelse og med en midlere diameter som er fordelt godt rundt en midlere verdi på 2 til 15 pm.

Partiklene kan erkjennes spesielt ved åundersøke metallplaten med et elektronmikroskop som arbeider med transmitterende lys, hvorved de opptrer i form av store clustere med sort farge, regulært dispergert i en lysere matriks, mikroanalyse viser at de består i det vesentlige av amorfe og krystallinske aluminium- og magnesiumoksyder.

For de partikler som skal oppnås må utgangslegeringen derfor inneholde magnesium. Imidlertid er et magnesiuminnhold helt ned til 0,1 vekt-* meget rikelig mens innhold opp til 5* ikke forhindrer at resultatene som tilsiktes, oppnås. Det skal imidlertid erkjennes at oppfinnelsen kan anvendes på legeringer som også inneholder opptil 2* mangan og/eller 1,5* silisium, til hvilke elementer man kan tilsette minst ett av de følgende: Cu, Zn, Cr, Fe opp til en respektiv mengde på 0,5*, 0,5*, 0,5* og 0,7* på vektbasis, og også å raffinere elementer slik som Ti og B opp til 0,1 vekt-* for hver av dem.

Således er en plate av aluminiumlegering, definert som 3004 i Aluminium Associations standardangivelser, det vil si på vektbasis inneholdende: Mg 0,8-1,3*; Mn 1,0-5*; Si 0,3*; Fe 0,7*, Cu 0,25*, Zn 0,25* og med en overflate ifølge oppfinnelsen, gitt over 200.000 bokser med det samme verktøy uten noen brekkasje eller oppsprekking.

Tilsvarende har en referanse 5182 legering, det vil si en legering inneholdende 4,0-5,0* Mg; Si0,20*; Cu0,15*; Zn0,25*; Fe0,25* på vektbasis og med den struktur som er krevet, også muliggjort at et stort antall bokser ble fremstilt uten vanskelighet.

Det skal påpekes at plater av aluminiumlegeringer chargert med magnesium og som søkeren har tilpasset trekking og stansing ifølge oppfinnelsen, har den enorme fordel av forbedret strekkstyrke i forhold til plater laget av manganlegeringer; de gjør det mulig å ta sikte på reduksjoner i tykkelsen og derved forbedre kostprisen av boksene.

For å illustrere oppfinnelsen tilveiebringes to figurer som er mikrofotografier av overflaten av plater i 300 gangers forstørrelse.

I disse figurer er:

- Figur 1 en plate av en legering 3004 som ikke hadde noen partikler og som, ved "ironing", ga grunn til brudd fra og med fremstilling av den tusende fremstilte gjenstand;

Figur 2 tilsvarer en plate av samme legering med partikler ifølge oppfinnelsen og som har muliggjort at over 200.000 legemer kan fremstilles uten feil.

Som nevnt innledninsvis angår oppfinnelsen også en fremgangsmåte for fremstilling av de ovenfor beskrevne plater og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at platen tas som den kommer fra støpemaskinen eller efter den siste valsings gjennomgang og underkastes kjemisk etsing ved en temperatur fra 20 til 100° C for å redusere tykkelsen med maksimalt 2 pm før utglødning i luft ved en temperatur fra 330 til 450°C fra minst 30 minutter.

Etsingsbetingelsene velges fortrinnsvis slik at man får en tykkelsesreduksjon fra 0,8 til 1 pm.

Det er kjent å etse aluminiumbaner som oppnås ved kontinuerlig støping, med kaustikksoda. DE-PS 2 418 642 kan hithentes i denne forbindelse. Imidlertid er det vesentlige formål ved patentet å eliminere irregularitet i banen, i form av segregeringer, porer og andre tilsvarende feil som har en meget ugunstig virkning på metallbaner, spesielt når disse siden omdannes til plater, belter eller folier. Dette involverer relativ sterk etsing fordi patentene angir at mengden materiale som fjernes er fra 10 til 100 g/m<2>, noe som tilsvarer en tykkelse på 3,7 til 37 pm. Denne type etsing har ingen ting å gjøre med det som beskrives ifølge oppfinnelsen og er heller ikke ment å forhindre klebing i den prosess som medfører stansing og trekking av bokslegemer.

Man har nu overraskende funnet at en lett etsing tilkjenne-gir harde soner på overflaten av båndene som, efter utglødn-ing i luft ved fra 330 til 450"C i minst 30 minutter, har partikler som beskrevet ovenfor, og man oppnår derfor: å redusere friksjonskoeffisienten ved å herde overflaten; å redusere adhesjonen mellom verktøy og legering; og permanent å rense trekkeverktøyet, noe som gir metallet en

frigivende eller selvrensende virkning.

Etsingen kan skje ved hjelp av et hvilket som helst etsemid-del men er fortrinnsvis en oppløsning som inneholder fra 0,1 til 10 g/liter NaOH i det banen i sin lengde dyppes ned i oppløsningen lenge nok til å fjerne mer enn 2 pm metalltykkelse. Etsetiden avhenger av sammensetningen av den benyttede legering og valsedriften. Etsingen kan gjen-nomføres ved omgivelsestemperatur, det vil si ved ca. 20°C, selv om den også kan skje ved en hvilken som helst temperatur under 100°C for å forkorte behandlingen. Området 70 til 80°C er foretrukket.

Ytterligere prøver har vist at resultatene ytterligere kan forbedres ved børsting som i FR-PS 2 525 047 efter etsing av banen og før gløding. Børstingen synes å ha en virkning med henblikk på å forbedre fordeling av hårde soner i hele overflaten av banen og skaper derved mere homogene ikke-klebrige overflater.

Optimale varmebehandlingsbetingelser oppnås innenfor temperaturområdet 350 til 400°C og et tidsrom fra 1 til 2 timer.

Oppfinnelsen skal illustreres ved følgende eksempel.

En bane med bredde 1100 mm og tykkelse 8 mm og følgende sammensetning:

oppnås ved støping mellom sylindre.

Banen underkastes følgende omdanningssekvens:

- homogenisering ved 600°C i 10 timer; - koldvalsing til 2,7 mm; - utgløding i 2 timer ved 350°C; - koldvalsing til 1,2 mm;

etsing i 45 sekunder i en 5 g liter oppløsning av NaOE

ved 70°C for å fjerne en metalltykkelse på 0,8 pm; børsting;

utglødning i 2 timer ved 400°C; og

- koldvalsing til 0,33 mm.

Metallet benyttes derefter for å fremstille legemer av bokser med diameter 66 mm og med en midlere høyde på 130 mm, ved trekking og "ironing".

Efter en serie på 200.000 bokser oppsto det ingen feil.

På den annen side ble det ved metall som hadde gjennomgått den samme omdanningssekvens uten etsing ikke oppnådd kanner uten spor, efter de første 500 øket feilene med antall fremstilte bokser og efter 1.000 fant man veggbrudd i boksene.

Claims (12)

1. Plater av aluminiumlegering inneholdende magnesium, og eventuelt minst et av elementene Mn, Si, Cu, Zn, Cr, Fe, B eller Ti, egnet ved fremstilling av legemer av bokser for eventuelt karbonatiserte drikker, ved trekking og bearbeiding, oppnådd ved banestøping fulgt av varmebehandling og valsing, karakterisert ved at de inneholder fra 0,1 til 5 vekt-* magnesium og at 10 til 25* av overflaten enhetlig har fordelt partikler tildannet av amorfe aluminiumoksyder og krystallinsk magnesium- og aluminiumoksyder, i form av flate skiver på mindre enn 5 pm i tykkelse og med en midlere diameter som er fordelt godt rundt en midlere verdi på 2 til 15 pm.

2. Plater ifølge krav 1, karakterisert ved at de inneholder minst ett av elementene Mn og Si i en maksimal mengde av 2 henholdsvis 1,5 vekt-*.

3. Plater ifølge krav 2, karakterisert ved at de inneholder minst ett av elementene Cu, Zn, Cr og Fe i en maksimal mengde av 0,5*, 0,5*, 0,5* og 0,7 vekt-*.

4. Plater ifølge kravene 1 til 3, karakterisert ved at de inneholder 0-0,1* bor og 0-0,1* titan, på vektbasis.

5. Fremgangsmåte for å oppnå plater ifølge krav 1, karakterisert ved at platen tas som den kommer fra støpemaskinen eller efter den siste valsingsgjenn-omgang og underkastes kjemisk etsing ved en temperatur fra 20 til 100°C for å redusere tykkelsen med maksimalt 2 pm før utglødning i luft ved en temperatur fra 330 til 450°C fra minst 30 minutter.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at man reduserer tykkelsen med fra 0,8 til 1 pm.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at etsingen gjennomføres med en natriumhydroksyd-oppløsning.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at man benytter en natriumhydroksydoppløsning med en konsentrasjon fra 0,1 til 10 g/liter.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen holdes fra 70 til 80°C.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at børstingen gjennomføres mellom etse- og utglød-ningstrinnet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at utglødningen gjennomføres ved fra 350 til 400°C.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at utglødningen gjennomføres i et tidsrom fra 1 til 2 timer.