PL214175B1

PL214175B1 - Stop aluminium

Info

Publication number: PL214175B1
Application number: PL388880A
Authority: PL
Inventors: Jaroslaw Sliwakowski
Original assignee: Sliwakowski Jaroslaw Przed Prod Handlowe Eko Swiat
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2013-06-28
Also published as: PL388880A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stop aluminium, przeznaczony zwłaszcza do wytwarzania zamknięć i zakrywek wykonywanych metodą tłoczenia, szczególnie dla przemysłu opakowaniowego.

Stopy aluminium, dzięki swoim właściwościom, zwłaszcza ciągliwości, są szeroko stosowane do produkcji opakowań metalowych. Wpływ na właściwości znanych dotychczas stopów wywiera zarówno ich skład chemiczny, jak i sposób ich wytwarzania. Jeden z nich, o znanym standardowym składzie, typu 8011 A, określonym normą PN-EN573, zawiera, oprócz aluminium, dodatki krzemu Si w ilości 0,4-0,8% wagowo, żelaza Fe w ilości 0,5-1,0% wagowo oraz domieszki manganu Mn, magnezu Mg, miedzi Cu, chromu Cr w ilościach do 0,1% wagowo każdy.

W szczególności, właściwości stopów aluminium zależą od składu chemicznego roztworu a, a także od składu i struktury krystalograficznej, głównie wielkości i rozkładu wydzieleń międzymetalicznych na granicy ziaren. Stosowane procesy odlewania ciągłego (w skrócie CC od angielskich słów continuous casting) znanych stopów aluminium powodują, że stopy charakteryzują się strukturą dendrytyczną, która decyduje o dużej niejednorodności stopu, zróżnicowanej wielkości wydzieleń i ich rozmieszczenia. Taka struktura materiału przenoszona jest na końcowe właściwości wyrobu, najczęściej walcowanej taśmy. W efekcie lokalnych różnic w budowie mikrokrystalicznej, w znanych stopach występują duże gradienty właściwości plastycznych i wytrzymałościowych.

Inny stop aluminium typu 7475, znany z opisu patentowego nr PL 194380 zatytułowanego „Sposób wytwarzania stopu aluminium typu 7475 w stanie nadplastycznym, w postaci kęsa”, oprócz aluminium zawiera dodatki cynku Zn w ilości 5,85% wagowo, miedzi Cu w ilości 1,65% wagowo, magnezu Mg w ilości 2,4% wagowo, oraz domieszki cyrkonu Zr w ilości 0,4% wagowo, krzemu Si i żelaza Fe w ilościach poniżej 0,1% wagowo. W celu polepszenia właściwości tego stopu w stanie nadplastycznym, stop ten, jak wynika z opisu patentowego, poddano obróbce termochemicznej, składającej się z etapu homogenizacji w temperaturze 480-520°C zakończonej przesycaniem w wodzie w temperaturze pokojowej, etapu przestarzenia w temperaturze 380-420°C zakończonego przesycaniem w wodzie w temperaturze pokojowej, etapu odkształcania plastycznego z podgrzewaniem międzyoperacyjnym, i zakończonej etapem rekrystalizacji odkształconej próbki w piecu solnym w temperaturze 470-490°C.

Wspomniane wyżej stopy aluminium nie spełniają jednak wymogów stawianych stopom aluminium przeznaczonym do wytwarzania zamknięć i zakrywek wykonywanych metodą głębokiego tłoczenia.

W wyniku przeprowadzonych prób nieoczekiwanie okazało się, że poprzez modyfikację składu chemicznego stopu 8011A możliwe jest uzyskanie nowego stopu aluminium, który stanowi przedmiot wynalazku, i który charakteryzuje się w wysokimi właściwościami mechanicznymi, jednorodnością struktury, dobrą tłocznością, niskim wskaźnikiem anizotropii płaskiej, co jest szczególnie pożądane przy procesach głębokiego tłoczenia, oraz stabilnością powyższych właściwości po procesach obróbki cieplnej dotyczących suszenia lakierów.

Istotą wynalazku jest stop aluminium, zwłaszcza do wytwarzania zamknięć i zakrywek; charakteryzujący się tym, że zawiera krzem Si w ilości 0,4-1,0% wagowo, żelazo Fe w ilości 0,35-1,2% wagowo, beryl Be w ilości 0,02-0,1% wagowo, mangan Mn w ilości do 0,15% wagowo, magnez Mg w ilości do 0,15% wagowo, miedź Cu w ilości do 0,1% wagowo, cynk Zn w ilości do 0,1% wagowo, tytan Ti w ilości do 0,1% wagowo, reszta aluminium i nieuniknione zanieczyszczenia, przy czym stosunek zawartości wagowych berylu Be do tytanu w Ti [Be/Ti] zawiera się w przedziale od 0,6 do 2,0, a stosunek zawartości wagowych żelaza Fe do zawartości wagowych krzemu Si [Fe/Si] zawiera się w przedziale od 0,9 do 1,1.

Sposób wytwarzania taśmy ze stopu aluminium będącego przedmiotem wynalazku obrazuje fig. 1 przedstawiająca schematycznie cykl produkcji taśmy z wykorzystaniem urządzenia do ciągłego odlewania, zaś fig. 2a i 2b przedstawiają fotografie mikrostruktury pierwotnej badanych próbek, z tym, że fig. 2a przedstawia fotografię mikrostruktury pierwotnej próbki wykonanej ze stopu aluminium według wynalazku, a fig. 2b przedstawia fotografię mikrostruktury pierwotnej próbki wykonanej ze stopu aluminium typu 8011A celem porównania.

Kompozycja składników stopu w stopach według wynalazku nadaje stopowi aluminium charakterystyczne właściwości globularnej struktury pierwotnej, która jest efektem jego nowego składu chemicznego. Efekt krystalizacji stopu w postaci globularnej w obecności pierwiastków stanowiących dodatki umacniające stop, takich jak Si, Fe, Mg, Mn oraz domieszki, gwarantuje równomierny rozkład nierozpuszczonych pierwiastków w postaci drobnych faz międzymetalicznych na granicy powstających

PL 214 175 Β1 w wyniku krystalizacji ziaren. Powstająca struktura globularna umożliwia przy konwencjonalnym procesie przetwórczym otrzymanie w końcowym wyrobie, stanowiącym taśmę walcowaną, efektu umocnienia roztworowego oraz wydzieleniowego, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej plastyczności stopu oraz jego dobrej odporności termicznej.

Cykl produkcyjny stopu aluminium, zawierającego, oprócz aluminium, zasadniczo krzem Si w ilości 0,4-1,0% wagowo, żelazo Fe w ilości 0,35-1,2% wagowo, beryl Be w ilości 0,02-0,1% wagowo, mangan Mn w ilości do 0,15% wagowo, magnez Mg w ilości do 0,15% wagowo, miedź Cu w ilości do 0,1% wagowo, cynk Zn w ilości do 0,1% wagowo, tytan Ti w ilości do 0,1% wagowo oraz nieuniknione zanieczyszczenia, przy czym stosunek zawartości wagowych berylu Be do tytanu Ti [Be/Ti] zawiera się w przedziale od 0,6 do 2,0, a stosunek zawartości wagowych żelaza Fe do zawartości wagowych krzemu Si [Fe/Si] zawiera się w przedziale od 0,9 do 1,1, bazuje na technologii ciągłego odlewu taśmy o grubościach od 3 -10 mm i składa się, tak jak to przedstawiono na fig. 1, z topienia 121 materiału wsadowego 101 w piecu topielnym 110, stopowania 122 z zastosowaniem zapraw metalicznych 102 dla uzyskania założonego składu chemicznego, kontroli 123 składu chemicznego za pomocą urządzeń do analizy spektralnej 111, przelania 124 stopu 103 do pieca odlewniczego 112, rafinacji i filtracji 125 i odlewania 126 taśmy 104 o grubości od 3-10 mm na urządzeniu 113 do ciągłego odlewania, poprzez podanie za pomocą dyszy doprowadzającej 114 ciekłego stopu 105 pomiędzy dwa walce 115, 116 chłodzone od wewnątrz wodą 117. Końcowym etapem wytwarzania taśmy 126 jest zwinięcie 127 taśmy w rulon 106.

W momencie przejścia materiału między walcami zachodzi w określonej strefie krystalizacja ciekłego stopu aluminium-proces typowy dla odlewania/oraz zgniot-proces typowy dla walcowania. Efektem jest powstanie materiału o zmodyfikowanej strukturze, który swoimi cechami mikro- i makrostrukturalnymi jest podobny do materiału otrzymanego metodą klasyczną czyli przez walcowanie na gorąco. Ta technologia odlewania jest jedynym procesem, który łączy w sobie krzepnięcie i walcowanie w jednym etapie.

Fig. 2a przedstawia strukturę mikrokrystaliczną jednego ze stopów aluminium według wynalazku, który zawiera krzem Si w ilości 0,885% wagowo, żelazo Fe w ilości 0,977% wagowo, beryl Be w ilości 0,045% wagowo, mangan Mn w ilości 0,080% wagowo, magnez Mg w ilości 0,081% wagowo, miedź Cu w ilości do 0,033% wagowo, cynk Zn w ilości 0,027% wagowo, tytan Ti w ilości do 0,050% wagowo i pozostałość, którą jest aluminium Al wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami w nieznacznych ilościach.

Z kolei fig. 2b przedstawia strukturę mikrokrystaliczną stopu standartowego 8011A PN-EN 573, który zawiera krzem Si w ilości 0,652% wagowo, żelazo Fe w ilości 0,774% wagowo, beryl Be w ilości 0,045% wagowo, mangan Mn w ilości 0,083% wagowo, magnez Mg w ilości 0,064% wagowo, miedź Cu w ilości do 0,025% wagowo, cynk Zn w ilości 0,031% wagowo, tytan Ti w ilości do 0,024% wagowo, a resztąjest aluminium Al wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami w nieznacznych ilościach.

Z opisanych powyżej stopów wykonano próbki, z których wykonano zgłady metalograficzne do badań mikrostruktury. Ze stopów tych wykonano taśmy metodą walcowania na zimno z zastosowaniem obróbki cieplnej IT^Adzyoperacyjnej₇przy umocnieniu wynoszącym 40-80%.

Dla obu próbek wykonano badania wytrzymałościowe według metody zgodnej z PN-EN10002-1 na próbkach w postaci pasków. Wyniki badań wytrzymałościowych obu stopów przestawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Właściwości mechaniczne

Rodzaj stopu	Rm [MPa]	R02 [MPa]	Aso [%]	W [%]	IE [mm]
Wg wynalazku	160	142	4	0,6	4,2
8011A	145	135	3	1,1	3,9

gdzie:

R_m - wytrzymałość na rozciąganie

R02 - umowna granica plastyczności

A₅₀ - wydłużenie względne

W - wskaźnik anizotropii płaskiej

IE₂₀ - tłoczność metodą Erichsena.

Z kolei właściwości wytrzymałościowe obu stopów po obróbce cieplnej symulującej suszenie lakieru, wykonanej wg parametrów podanych w PN-EN541, przedstawiono w tabeli 2.

PL214 175 Β1

Tabela 2

Właściwości mechaniczne po obróbce cieplnej

Rodzaj stopu	Rm [MPa]	R02 [MPa]	Aso [%]	W [%]	IE₂₀[mm]
Stop według wynalazku	152	135	6	0,8	5,6
Stop typu 8011A	125	105	6	1,5	4,9

Jak wynika z powyższych tabel, właściwości mechaniczne taśmy ze stopu według wynalazku są wyższe od właściwości mechanicznych taśmy wykonanej ze stopu 8011 A, dla wytrzymałości na rozrywanie o około 20%, dla umownej granicy plastyczności o około 28%, dla plastyczności IE₂O o około 14% oraz dla wskaźnika anizotropii płaskiej o około 46%. Ponadto stwierdzono, że stop aluminium według wynalazku posiada bardzo dobre właściwości tłoczne przy wysokich właściwościach wytrzymałościowych, oraz stabilność tych właściwości po obróbce cieplnej związanej z suszeniem lakieru podczas procesu wytwarzania zakrywek.

Claims

Stop aluminium, zwłaszcza do wytwarzania zamknięć i zakrywek, znamienny tym, że zawiera krzem Si w ilości 0,4-1,0% wagowo, żelazo Fe w ilości 0,35-1,2% wagowo, beryl Be w ilości 0,02-0,1% wagowo, mangan Mn w ilości do 0,15% wagowo, magnez Mg w ilości do 0,15% wagowo, miedź Cu w ilości do 0,1% wagowo, cynk Zn w ilości do 0,1% wagowo, tytan Ti w ilości do 0,1% wagowo, reszta aluminium i nieuniknione zanieczyszczenia, przy czym stosunek zawartości wagowych berylu Be do tytanu Ti [Be/Ti] zawiera się w przedziale od 0,6 do 2,0, a stosunek zawartości wagowych żelaza Fe do zawartości wagowych krzemu Si [Fe/Si] zawiera się w przedziale od 0,9 do 1,1.