CH637166A5

CH637166A5 - Verfahren zum erzeugen eines bandgegossenen erzeugnisses aus einer aluminiumlegierung.

Info

Publication number: CH637166A5
Application number: CH730877A
Authority: CH
Inventors: Edward W Hitchler; Albert J Klein
Original assignee: American Can Co
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1983-07-15
Also published as: DE2726763C2; DE2726763A1; US4111721A; FR2355084A1; FR2355084B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines bandgegossenen, querschnittsverminderten, bahnförmigen Erzeugnisses aus einer Aluminiumlegierung, wobei zuerst eine Aluminiumlegierung verarbeitet wird, indem zuerst die 60 Schmelze in Bandform gegossen wird, welches Band dann mindestens einem Bearbeitungsschritt zur kalten Querschnittsverminderung unterworfen wird, um ein dünnes, bahnförmiges Fertigerzeugnis mit vorbestimmter Querschnittsform und grosser Härte zu erzeugen. 65 Bandgegossene, bahnförmige Aluminiumerzeugnisse werden zur Herstellung vieler Erzeugnisse mit Vorteil verwendet, einschliesslich Teile und Körper in und für Dosen und ähnlichen Behältern. Jedoch weist ein solcher Werkstoff

immer den Nachteil auf, dass er nicht widerstandsfähig gegen Beschädigungen und Spurenbildungen ist, wenn er beanspruchenden, mechanischen Bearbeitungen, die beim Herstellen von Dosen auftreten, ausgesetzt wird, beispielsweise beim Ziehen und beim Abstreckziehen, und insbesondere, wenn Erzeugnisse mit sehr geringen Wandstärken gebildet werden. Es ist eine Tatsache, dass sogar eine Verwendung von teuren Schmierstoifen, die eine sehr starke Schmierölhaut bilden, ein Auftreten von sehr ernsten Beschädigungen nicht ausschliesst oder vermindert, wenn das Band der genannten äusserst beanspruchenden mechanischen Einwirkungen ausgesetzt wird. Dieses begrenzt natürlich nachteilig die Verwendbarkeit und Anwendbarkeit von bandgegossenen Aluminiumrohlingen.

Ziel der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben und eine besondere Wärmebehandlung zu offenbaren, die dazu dient, bahnförmige, bandgegossene Legierungen aus Aluminium mit hohem Mangananteil herzustellen. Diese Erzeugnisse sollen, wenn sie beanspruchenden, mechanischen Bearbeitungen ausgesetzt werden, beispielsweise einem Ziehen oder Abstreckziehen, das zur Herstellung von Dosen notwendig ist, widerstandsfähig gegen Beschädigungen sein. Das Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumlegierung, die mindestens Mangan in einem Anteil von mindestens 0,4 Gew.-% enthält und kaltverformbar ist, für das Erzeugnis hergestellt wird, dass spätestens vor dem letzten Schritt der Kaltverformung das geformte Erzeugnis einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, indem es auf eine Temperatur zwischen 480 °C und knapp unterhalb der Schmelztemperatur der Legierung während einer Zeitspanne zwischen 4 und 24 Stunden erwärmt wird, und dass dann das Erzeugnis in eine bahnförmige Form vorbestimmter, endgültiger Querschnittsform und Härte kalt verformt wird.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine unbehandelte Aluminiumlegierung und

Fig. 2 eine behandelte Aluminiumlegierung.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine ziehbare, kaltverformbare und streckbare, bandgegossene Aluminiumlegierung mit einem merkbaren, allgemein hohen Anteil an Mangan weitgehend verbessert und sehr widerstandsfähig gegen Beschädigungen und Spurenbildungen und auch widerstandsfähig gegen Unterbrechungen der Oberfläche gemacht, falls sie beanspruchenden, mechanischen Behandlungen ausgesetzt wird, indem dem bandgegossenen Werkstoff, bevor er die letzte mittels Kaltverformung durchgeführte Querschnittsverminderung während des Erzeugens der Bahn erfahrt, eine Wärmebehandlung erteilt wird, die in einem Bereich oberhalb 480 °C bis zu einem Bereich unmittelbar unterhalb oder beinahe dem Schmelzpunkt der Legierung ausgesetzt wird, und dieses während einer Zeitspanne, die üblicherweise mit höheren Temperaturen kürzer wird, während etwa zwischen 24 und 4 Stunden ausgesetzt wird. Mit Vorteil wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 540 °C während einer Zeitspanne von mindestens 10 Stunden durchgeführt. Noch vorteilhafter wird die Wärmebehandlung im Bereich von 620 °C während einer Zeitspanne zwischen etwa 16 und 24 Stunden durchgeführt.

Wie bereits angedeutet wurde, wird die Wärmebehandlung beim bandgegossenen, bahnförmigen Legierungserzeugnis, das während der Bearbeitung zur Herstellung des bahnförmigen Erzeugnisses kaltgewalzt und querschnittsvermindert wird, an irgend einer Stelle der Bearbeitungsschritte vor dem letzten Kaltwalzen, welches die erwünschte Härte (üblicherweise Hl9 nach den Normen der Aluminium Association of America) dem bahnförmigen Erzeugnis aus Aluminiumlegierung erwünschter Dicke erteilt, durchgeführt. In

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diesem Zusammenhang und wie es allgemein bekannt ist, erzeugt ein Walzen allgemein eine Dickenverminderung der bandgegossenen Legierung im Bereich von 80 bis 90%, so dass beim letzten Querschnittsverminderungsschritt das bahnförmige Erzeugnis, abgesehen von der Härte H19, die gebildet wird, üblicherweise eine Zugfestigkeit von mindestens 2812 kg/cm2 und eine Streckgrenze von mindestens 2530 cm2 und eine Bruchdehnung von mindestens 2%, gemessen an 50,8 mm Proben, hat.

Es ist in der Fachwelt allgemein bekannt, dass beim üblichen Bandgiessen die ursprüngliche Schmelze in ein Gussstück von ungefähr 5 bis 25,4 mm gegossen wird, welches dann durch mindestens 3 Kaltwalzstufen durchgeführt wird, bei welchen zweckdienliche Walzen vorhanden sind und mit entsprechend tieferen Temperaturen gearbeitet wird (allgemein im Bereich von 260 bis 426 °C), um entspannte Erzeugnisse zu erhalten, die homogenisiert, d.h. ausgeglichen sind, und um Seigerungen aus der Legierung zu entfernen, um letzlich ein kaltgewalztes, bahnförmiges Erzeugnis zu erhalten, welches üblicherweise, jedoch nicht ausschliesslich, eine Dicke in der Grössenordnung von 0,25 bis 0,5 mm aufweist, obwohl ein solches Erzeugnis auch eine Dicke aufweisen kann, die nur 0,15 mm beträgt, aber auch eine, die 1,25 mm beträgt. Am zweckdienlichsten und bequemsten wird die Wärmebehandlung gemäss der vorliegenden Erfindung entweder unmittelbar nach dem Bandgiessen oder nach der ersten Folge der Kaltwalzschritte durchgeführt.

Überraschend und unerwartet, wie es scheinen könnte, bewirkt ein Durchführen der Verfahren der vorliegenden Erfindung, dass die Legierung, die wärmebehandelt wird, eine sehr wichtige Änderung ihrer Mikrostruktur oder Morphologie erfährt. Was auftritt, ist, wie es in den beigelegten mikrophotographischen Kopien gezeigt ist (einer 3004 Aluminiumlegierung, bei einer Vergrösserung von 500 x und mit einer Keller-Ätztechnik), dass sekundäre Anteile der Aluminiumlegierung einem Ausscheidungswachstum unterworfen werden, wobei ihre in der Matrix der Legierung auftretende Grösse in grossem Ausmass vergrössert wird. Die Auswirkung dieser Erscheinung ist, dass die vergrösserte Korngrösse dieser sekundären Anteile (wobei angenommen wird, dass sie wenigstens im wesentlichen entweder FeMnAl6 und/oder MnAl6 sind), zulässt, dass diese angewachsenen Bestandteile als Lagerstellen dienen oder lasttragende Punkte bilden, die einem Festfressen oder Beschädigungen oder Spurenbildungen entgegenwirken, welche Schäden sonst auftreten würden, wenn das bandgegossene Erzeugnis den harten und äusserst beanspruchenden mechanischen Bearbeitungen ausgesetzt wird, welche beim Ziehen und Abstreckziehen auftreten, wenn dünnwandige Dosen nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Als Folge davon wird der Körper des bahnförmigen Erzeugnisses nicht beschädigt oder zerrissen, und mögliche, nachfolgende Risse und Unterbrechungen des erzeugten Gegenstandes (beispielsweise eine Dose), die aus dem erwähnten Rohstoff hergestellt wurde, werden vermieden.

Es ist Tatsache, dass die durchschnittliche Korngrösse oder durch Ausscheidung gewachsene Bestandteile der einen grossen Anteil an Mangan aufweisenden Aluminiumlegierungen, welche gemäss der Lehre der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, allgemein gemessen am Überwiegen (mindestens 90%) der geschätzten Teilchenzahl, wie es bei solchen Techniken wie beispielsweise Mikrophotographien von geätzten Proben festgestellt werden kann, mindestens auf die doppelte Grösse gebracht wurde. Des öfteren wird der grösste, wenn nicht beinahe insgesamte Anteil der eingeschlossenen, sekundären Bestandteile der Legierungsstoffe, die gemäss der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, eine Vergrösserung von mindestens 3 bis 4 x und bis 15 bis

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150 x erfahren, welches mit genauen Mikromessungen festgestellt wurde. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass eine kennzeichnende Grösse von ausgeschiedenen Teilchen vor der Behandlung in einer 3004 Aluminiumlegierung allgemein im Bereich zwischen 0,1 und 1 Mikron ist, wobei die sekundären Bestandteile in derselben Legierung, die jedoch gemäss der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, wobei unmittelbar nach dem Bandgiessen eine Wärmebehandlung während einer Zeitspanne von 24 Stunden bei einer Temperatur von 620 °C durchgeführt wurde, eine Vergrösserung erfuhren, die ungefähr 2 bis 15 Mikron beträgt. In der Tat ist es äusserst vorteilhaft, Korngrössen von 10 bis 15 Mikron zu erhalten, welches möglich ist, wenn die Wärmebehandlung während einer längeren Zeitspanne durchgeführt wird. In einigen Fällen ist es jedoch zweckdienlich, dass die Korngrösse der sekundären Bestandteile zwischen ungefähr 2 und 3 Mikron ist. In diesem Zusammenhang und wie es schon erwähnt wurde, neigt das Überwiegen der Teilchen der sekundären Bestandteile dazu, ungefähr dieselbe relative, gleichförmige Korngrösse nach der Wärmebehandlung aufzuweisen, obwohl hier einige Streuungen auftreten.

Entsprechende Vergrösserungen der Abmessungen der Körner, die bei der Behandlung von anderen durch Mangan angereicherte Aluminiumlegierungen und auch bei der 3004 Aluminiumlegierung und auch andere erhalten werden, können bei anderen Bedingungen der Wärmebehandlungen innerhalb des Geltungsbereiches dieser Erfindung erhalten werden.

In jedem Fall sind die vergrösserten Bestandteile der behandelten Legierungsmatrix sehr gut geeignet, die vorteilhafte, lastentragende Wirkung aufzuweisen, um ein äusserst wünschenswertes und verwendbares, widerstandsfähiges Erzeugnis zu erhalten, bei welchem ein Abkratzen oder Abschälen, ein Aufrauhen der Oberfläche oder ein Beschädigen beim Spurenbilden und auch örtliche Schweisswirkungen nicht auftreten, welche Beschädigungen während der beanspruchenden und grossen Druck auswirkenden Bearbeitung während dem Verarbeiten und Herstellen des Produktes auftreten.

Wie bereits erwähnt wurde, kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit Vorteil an einer bandförmigen Aluminiumlegierung, die mit Mangan angereichert ist, durchgeführt werden. Allgemein ist das eine solche, die, bezogen auf das Gesamtgewicht, mindestens etwa 0,4 Gew.-% Mangan in der festen Legierungslösung aufweist, und des öfteren wenigstens ungefähr 0,6 Gew.-% des Mangananteils. In der Tat kann sogar soviel wie 2 Gew.-% Mangan in der Legierung vorhanden sein. Andere Anteile der in Frage kommenden Legierungen sind allgegemein: Silizium (in Anteilen bis ungefährt 0,8 Gew.-%); Eisen (in Mengen bis ungefähr 0,8 Gew.-%); Kupfer (bis ungefähr 0,1 bis 0,3 Gew.-%); Magnesium (in Mengen von 0 bis 2,5 Gew.-%); und Zink (in einem Anteil von ungefähr bis 0,4 Gew.-%), wobei der Rest der Bestandteile Aluminium ist. Natürlich können andere Bestandteile, beispielsweise Bor, Chrom und Titan, als Spurenelemente vorhanden sein, in einer Grössenord-nung von einigen hundert Tausendstel eines Gew.-% oder weniger. Diese Zusätze neigen bekanntlicherweise dazu, entscheidende Auswirkungen auf die Korngrössen der Legierung zu haben.

Gute Beispiele von mit Mangan angereicherten Aluminiumlegierungen, welche insbesondere zweckdienlich für eine Verwendung beim Durchführen der Verfahren der vorliegenden Erfindung sind, dient diejenige, die als Legierungen 3003 und 3004 bezeichnet sind. Spezifische Grenzen der Anteile sind wie folgt (wobei alle Mengen in Gew.-% des Gesamtgewichtes gegeben sind):

Bestandteil Typ 3003 Typ 3004

Silizium 0,60 max. 0,30 max.

Eisen 0,70 max. 0,70 max.

Kupfer 0,20 max. 0,25 max.

Mangan 1,0/1,5 1,0/1,5

Magnesium - 0,8/1,3

Zink 0,10 max. 0,25 max.

Aluminium Rest Rest

Vorteilhaft und offensichtlich nützlich kann die Aluminiumlegierung, die beim Stranggiessen verwendet wird, zum Teil oder ausschliesslich aus zurückgegebenen (recycled) Stoffen bestehen.

Eine grosse Anzahl von Versuchen haben erwiesen, dass wenn das bahnförmige, mit Mangan angereicherte Alumi-niumlegierungs-Erzeugnis verwendet wird, um es in gezogene und abgestreckt gezogene, zweistückige Getränke- und Bierbehälterrohlinge umzuformen, das bahnförmige Rohmaterial, das gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, gut bearbeitbar ist, ohne dass in den Körpern der Büchsen Beschädigungen, Spuren oder Risse ermittelt wurden, wobei nichtbehandelte bahnförmige Erzeugnisse für denselben Zweck nicht zufriedenstellend verwendet werden konnten. In der Tat wurde das nichtbehandelte Material während dem Abstreckziehen vollständig beschädigt.

Unter Behälterrohling versteht man bei den entsprechenden, aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Behältern, z.B. für Getränke (Bier, «Coca-Cola»), den einstückig gezogenen Teil, bestehend aus zylindrischer Umfangswand mit Boden. Dabei ist der Übergang von Umfangswand zum Boden gerundet. Die Übergangsstelle weist einen Radius von ca. 5 bis 10 mm auf. Der vollständige Behälter besteht somit aus lediglich zwei Teilen, nämlich dem bei der Herstellung als Behälterrohling bezeichneten einstückigen Teil, der die Umfangswand und den Boden beschreibt, und der darauf aufgefalzten Deckplatte mit z.B. den einen Aufreissver-schluss bildenden Rillen und Griffteilen.

Dies im Gegensatz zu den Weissblechdosen, bei welchen die zylindrische Umfangswand getrennt von der scheibenförmigen Bodenplatte hergestellt wird und diese zwei Teile in einem besonderen Arbeitsgang miteinander verbunden werden müssen. Der Deckel wird dabei in einem weiteren Arbeitsgang aufgebracht. Im Gegensatz zum oben erwähnten gerundeten Übergang der Alu-Dosen zwischen Umfangswand und Boden ist bei den Weissblechdosen eine ausgeprägte Kante zwischen Umfangswand und Bodenplatte bei z.B. der Falzverbindung zu erkennen.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines bandgegossenen, querschnittsverminderten, bahnförmigen Erzeugnisses aus einer Aluminiumlegierung, wobei zuerst eine Aluminiumlegierung verarbeitet wird, indem zuerst die Schmelze in Bandform gegossen wird, welches Band dann mindestens einem Bearbeitungsschritt zur kalten Querschnittsverminderung unterworfen wird, um ein dünnes, bahnförmiges Fertigerzeugnis mit vorbestimmter Querschnittsform und grosser Härte zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumlegierung, die mindestens Mangan in einem Anteil von mindestens 0,4 Gew.-% enthält und kaltverformbar ist, für das Erzeugnis hergestellt wird, dass spätestens vor dem letzten Schritt der Kaltverformung das geformte Erzeugnis einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, indem es auf eine Temperatur zwischen 480 °C und knapp unterhalb der Schmelztemperatur der Legierung während einer Zeitspanne zwischen 4 und 24 Stunden erwärmt wird, und dass dann das Erzeugnis in eine bahnförmige Form vorbestimmter, endgültiger Querschnittsform und Härte kaltverformt wird.
2. Bahnförmige Aluminiumlegierung, hergestellt nach Anspruch 1.
3. Verwendung der bahnförmigen Aluminiumlegierung nach Anspruch 2 zur Herstellung eines Behälterrohlings.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn unmittelbar nach dem Bandgiessen der Wärmebehandlung unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bandgegossene Bahn bei der Kaltverformung mehreren Bearbeitungsschritten zur Querschnittsverminderung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die querschnittsverminderte Bahn nach dem ersten Arbeitsschritt zur Querschnittsverminderung mittels Kaltverformung der Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mindestens 0,6 Gew.-% Mangan enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mindestens 0,6 Gew.-% Mangan, höchstens 0,8 Gew.-% Silizium, höchstens 0,8 Gew.-% Eisen, höchstens 0,3 Gew.-% Kupfer, höchstens 6 Gew.-% Magnesium und höchstens 0,4 Gew.-% Zink enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 540 °C während einer Zeitspanne von mindestens 10 Stunden durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 620 °C während einer Zeitspanne von mindestens 16 Stunden durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Kaltverformung derart gewählt wird, dass ein Werkstoff mit einer Härte H19, einer Zugfestigkeit von mindestens 2812 kg/cm2, einer Streckgrenze von mindestens 2530 kg/cm2 und einer Bruchdehnung einer 50,8-mm-Probe von mindestens 2% mit einer Dicke von 0,25 bis 0,50 mm erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung zum Bandgiessen wenigstens zum Teil regenerierte und wiedergewonnene Aluminiumlegierungsteile enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung ausschliesslich regenerierte und wiedergewonnene Aluminiumlegierungsteile enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung Aluminiumlegierungsteile von gebrauchten Getränkebüchsen enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung Aluminiumlegierungsteile von gebrauchten Bierbüchsen enthält.
15. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, 5 hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 4.
16. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 5.
17. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 6.

io 18. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 7.
19. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 8.
20. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, 15 hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 9.
21. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 10.
22. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 11.

20 23. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie sekundäre Legierungsbestandteile mit einer durchschnittlichen Korngrösse enthält, die doppelt so gross ist als die Korngrösse derselben Legierungsbestandteile, wenn sie keine Wärmebehandlung nach 25 dem erfindungsgemässen Verfahren erfahren würden.
24. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie sekundäre Legierungsbestandteile enthält, die eine Durchschnittsgrösse zwischen 2 und 15 Mikron aufweisen.

30 25. Bahnförmige Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, " dadurch gekennzeichnet, dass sie sekundäre Legierungsbestandteile enthält, die eine Durchschnittsgrösse zwischen 10 und 15 Mikron aufweisen.
26. Bahnförmiges Erzeugnis nach Anspruch 2, hergestellt 35 nach dem Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mindestens 0,6 Gew.-% Mangan enthält.
27. Bahnförmiges Erzeugnis nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn-

40 zeichnet, dass sekundäre Bestandteile mit einer durchschnittlichen Grösse zwischen 2 und 15 Mikron vorhanden sind.
28. Bahnförmiges Erzeugnis nach Anspruch 2, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sekundäre Bestandteile mit einer durchschnitt-

45 liehen Grösse zwischen 10 und 15 Mikron vorhanden sind.
29. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bahnförmige Aluminiumlegierung mittels Ziehen und Abstreckziehen zu einem Behälterrohling umgeformt wird.

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