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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Verfahren zur Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung
bestehenden Getränkedosen
und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Dosenenden
und für
solche Behälter
bestimmten Laschen, welches es ermöglicht, diese wirtschaftlicher und
effizienter herzustellen.
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Es ist heute üblich, Getränkedosen aus Aluminiumlegierungen
herzustellen. Ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Blechmaterial
wird zunächst
zu einer kreisförmigen
Gestalt ausgestanzt und anschließend tassenartig verformt.
Die Seitenwandungen werden dadurch geglättet, dass die Tasse durch
eine Reihe von Matrizen geführt
wird, die abnehmende Bohrungsdurchmesser haben. Durch die Matrizen
wird auf diese Weise ein Glättungseffekt bewirkt,
durch welchen die Seitenwandung gestreckt wird, so dass ein Dosenkörper entsteht,
dessen Abmessung dünner
ist als sein Boden.
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Die Formbarkeit ist eine Schlüsseleigenschaft
von Aluminiumlegierungen, die zur Herstellung von Dosen benutzt
werden. Solche Dosen werden häufig
aus Aluminiumlegierungen der Serien 3000 hergestellt. Solche Aluminiumlegierungen
enthalten Legierungselemente, die sowohl Magnesium und Mangan umfassen.
Im allgemeinen sind Mangan und Magnesium in dem Dosenkörpermaterial
nach Maßgabe
von Gehalten von weniger als 1 Gew.-% vorhanden.
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Bei der Herstellung solcher Getränkedosen ist
es industrielle Praxis gewesen, einen oberseitigen Deckel solcher
Dosen und Laschen zum einfachen Öffnen
solcher Deckel getrennt voneinander herzustellen und unter Verwendung
unterschiedlicher Legierungen. Solche Deckel und Laschen werden
anschließend
zum dem Abfüller
der Getränkedosen verschifft
und kommen zum Einsatz, sobald die Dosen durch einen Abfüller gefüllt worden
sind. Die für Dosenenden und
Laschen bestehenden Anforderungen sind im Allgemeinen völlig verschieden
von denjenigen, die für
die Dosenkörper
bestehen. Im allgemeinen wird eine größere Festigkeit für die Dosenenden
und die Laschen gefordert und es ist diese Forderung nach größerer Festigkeit,
durch welche die Herstellung dieser Dosenenden und Laschen aus einer
Aluminiumlegierung bestimmt worden ist. Eine solche gewöhnlich benutzte
Legierung ist die Legierung AA5182, eine Aluminiumlegierung, welche
relativ hohe Gehalte an Magnesium aufweist, um die zusätzliche
Festigkeit bereitzustellen, die für die Dosenenden und Laschen
notwendig ist. Die Legierung AA5182 enthält üblicherweise Magnesium gemäß einem
Gehalt, der von 4,4 Gew.-% ausgeht und auf diese Weise sich zu den
Kosten der für
die Dosenenden und Laschen bestimmten Legierung addiert.
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Es ist vorgeschlagen worden, als
Aluminiumlegierung, die zur Herstellung von Dosenenden und Laschen
benutzt wird, eine Legierung der Serien 3000 zu verwenden, wie z.
B. die Legierung AA3104. Weil solche Legierungen im allgemeinen
eine verminderte Festigkeit im Vergleich zu der Legierung AA5187
aufweisen, ist es notwendig gewesen, solche Dosenenden zu verwenden,
die aus der Legierung AA3104 hergestellt worden sind, die eine größere Dicke
aufweisen und auf diese Weise teurer sind.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
dementsprechend darin, ein Material für Dosenenden und Laschen sowie
Dosenenden und Laschen bereitzustellen, die aus diesem Material
hergestellt sind, mittels welchem die vorstehend beschriebenen Nachteile überwunden
werden.
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Es ist insbesondere die Aufgabe der
Erfindung, Dosendeckel und Laschen sowie ein Verfahren zur Herstellung
derselben bereitzustellen, bei welchen Aluminiumlegierungen verwendet
werden, die weniger Legierungselemente enthalten, ohne dass Festigkeit
aufgegeben wird.
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Es ist eine besondere Aufgabe der
Erfindung, Dosendeckel und für
diese bestimmte Laschen bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur
Herstellung derselben, welche unter Verwendung solcher Aluminiumlegierungen
angewendet werden können,
die weniger als 2% Magnesium enthalten, ohne dass die notwendige
Festigkeit der Dosendeckel und Laschen aufgegeben wird.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die detaillierte
Beschreibung der Erfindung vollständig verständlich werden.
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Die vorliegende Erfindung ist durch
das Verfahren des unabhängigen
Anspruchs 1 dargestellt. Die abhängigen
Ansprüche
beschreiben bevorzugte wahlweise Schritte.
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Das Konzept der vorliegenden Erfindung
beruht auf der Feststellung, dass solche Aluminiumlegierungen, die
geringere Gehalte an Legierungselementen aufweisen, nichts desto
trotz zur Herstellung von Dosendeckeln und Laschen benutzt werden
können,
ohne dass Festigkeit aufgegeben wird, indem nämlich ein Herstellungsverfahren
benutzt wird, bei welchem die Aluminiumlegierung, die vorzugsweise weniger
als 2 Gew.-% Magnesium als Legierungselement aufweist, zu einem
blechförmigen
Material verformt wird, nämlich
zur Herstellung von Dosendeckeln und Laschen. Gemäß einer
Ausführungsform in
der Erfindung wird die Aluminiumlegierung durch Strangguss zwischen
einem Paar kontinuierlich bewegter metallischer Bänder geformt,
um ein heißes Stranggussmaterial
zu bilden, woraufhin das Material rasch abgekühlt wird, um ein wesentliches
Ausfällen von
Aluminiumlegierungselementen als intermetallische Verbindungen zu
verhindern.
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Es ist unerwarteterweise festgestellt
worden, dass mittels eines solchen Herstellungsverfahrens ein Material
auf der Basis einer Aluminiumlegierung hergestellt werden kann,
welches gleiche oder bessere metallurgische Eigenschaften als solche
Aluminiumlegierungen aufweist, die üblicherweise zur Herstellung
von Dosenenden und Laschen benutzt werden.
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Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass das Herstellungsverfahren
bei Legierungen der Serien 3000 wie z. B. AA3104 angewandt werden
kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, die Dicke der Dosendeckel
und Laschen zu erhöhen,
um vergleichbare Streifen zu erzielen. Ohne den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung theoretisch zu begrenzen wird angenommen, dass die Techniken
des Strang- bzw. des Streifengusses, an die sich ein rasches Abkühlen anschließt, zu einem Legierungsblechmaterial
führen,
welches verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist, und zwar
aufgrund seiner eutektischen Bestandteile, durch welche eine erhöhte Festigkeit
bereitgestellt wird. Zusätzlich
wird angenommen, und zwar ohne in der Theorie den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung zu begrenzen, dass die Formbarkeit des erfindungsgemäßen, zum
Formen von Dosendeckeln und Laschen benutzten Blechmaterials verbessert
worden ist gegenüber
solchen Aluminiumlegierungen, die größere Mengen an Legierungselementen
enthielten, weil es bei der praktischen Ausführung der Erfindung nicht notwendig
ist, einen Vergütungsschritt
zu benutzen, der üblicherweise
bei den, dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren benutzt worden ist.
Auf diese Weise ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Produktion von Dosendeckeln und Laschen aus
weniger teuren Aluminiumlegierungen, ohne dass die metallurgischen
Eigenschaften der teureren Legierungen aufgegeben werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Folge der Verfahrensschritte eines Streifengusses,
eines Kühlens
und eines Walzens vorzugsweise vorteilhafter in der Form einer kontinuierlichen
Inline-Folge. Dies bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass Verfahrensschritte
und das Material betreffende Handhabungsschritte eliminiert werden,
die üblichenveise
im Stand der Technik angewandt worden sind. Der Streifenguss kann
benutzt werden, um einen als Gussstück vorliegenden Streifen herzustellen,
der eine Dicke von weniger als 25,4 mm (1,0 inch) aufweist, und
dessen Dicke vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,254 mm bis
5,08 mm (0,01 inch bis 0,2 inch) liegt. Zusätzlich ist gemäß einer
am meisten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Breite des Streifens klein bemessen im Gegensatz
zu den herkömmlichen
Ausführungsformen.
Dies ermöglicht
ein leichtes Inline-Verfahren und erlaubt Produktionslinien zur
Herstellung von Dosenenden und Laschen, die gegenständlich bei Dosenherstellungseinrichtungen
angeordnet sind oder einen Teil dieser bilden. Der Standort eines
Abfüllers
hat den weiteren Vorteil, dass zusätzliche Handhabungs- und Verschiffungskosten
vermieden werden, so dass auf diesem Wege die Wirtschaftlichkeit
von Dosenherstellungstechniken gefördert wird.
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In der gleichzeitig anhängigen,
am 23.06.1992 eingereichten Anmeldung Serial No. 07/902,936 ist
ein neues Konzept des Verfahrens zur Behandlung von Aluminiumlegierungen
bei der Herstellung von Aluminiumdosenmaterial offenbart. Es ist
festgestellt worden, dass es möglich
ist, das Gießen,
das Warmwalzen, das Vergüten,
die Lösungswärmebehandlung,
das Abschrecken und das Kaltwalzen in einem kontinuierlichen Inline-Verfahrensablauf
zur Herstellung von Dosenmaterial auf der Basis einer Aluminiumlegierung
zu kombinieren. Einer der Vorteile, die durch das Verfahren der
vorstehenden Anmeldung vermittelt werden, besteht darin, dass es
möglich
ist, die kontinuierliche Inline-Folge der
Verfahrensschritte mit hohen Geschwindigkeiten, in der Größenordnung
von einigen hundert Fuß pro Minute
durchzuführen,
wobei ein Fuß 0,3048
m entspricht. Einer der Nachteile, der in Verbindung mit dem Verfahren
dieser Anmeldung entdeckt worden ist, besteht darin, dass der zwischengeordnete
Vergütungsschritt,
der eine erneute Lösung
lösbarer
Elemente vorsieht sowie eine Kontrolle einer Zipfelbildung durch
Rekristallisation des Bleches, ein Faktor sein könnte, der die Geschwindigkeit
begrenzt, mit der das Verfahren betrieben werden kann. Nimmt auf diese
Weise die Produktionsgeschwindigkeit zu, muss der kontinuierliche
Vergütungsofen,
der bei dem in dieser Anmeldung offenbarten Verfahren praktisch
benutzt wird, länger
ausgeführt
werden und nach Maßgabe
eines höheren
Energieniveaus betrieben werden, welches eine Zunahme der Investitionskosten
und der laufenden Betriebskosten nach sich zieht. Es würde daher
wünschenswert
sein, dass der kontinuierliche Vergütungsschritt vermieden werden kann.
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Es ist möglich, ein Blechmaterial auf
der Basis einer Aluminiumlegierung herzustellen, und zwar vorzugsweise
ein Dosenkörpermaterial
auf der Basis einer Aluminiumlegierung, welches erwünschte metallurgische
Eigenschaften hat, indem in einer kontinuierlichen Folge von Verfahrensschritten,
die Schritte der Bereitstellung eines heißen, aus einer Aluminiumlegierung
bestehenden Zuführmaterials,
welches einer Folge von Walzschritten unterzogen wird, wobei das
Material rasch und kontinuierlich bis zum Erreichen der Dicke und
der metallurgischen Eigenschaften gekühlt wird, ohne die Notwendigkeit
eines Vergütungsschrittes,
der üblicherweise
im Stand der Technik benutzt worden ist, angewandt werden. Bei ähnlichen,
dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren, z. B. demjenigen
gemäß dem US-Patent Nr.
4,282,044 ist vorgeschlagen worden, dass ein Dosenkörpermaterial
aus einer Aluminiumlegierung durch Streifenguss hergestellt werden
kann, an den sich ein Walzen und ein Aufwickeln anschließen, wobei
das aufgewickelte Material in der Form von Rollen langsam abkühlt. Anschließend wird
die Rolle später vergütet, um
die metallurgischen Eigenschaften des Blechmaterials zu verbessern.
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Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, dass
sobald das Zuführmaterial
rasch abgekühlt wird,
und zwar im Anschluss an den Gießvorgang, es nicht notwendig
ist, einen Vergütungsschritt
einzusetzen, um die gewünschten
metallurgischen Eigenschaften zu erhalten, die daraus resultieren,
das lösbare
Elemente gelöst
werden. Ohne den Gegenstand der vorliegenden Erfindung theoretisch
zu begrenzen wird angenommen, dass das rasche Abkühlen, welches
durch die kontinuierlichen Inline-Walzvorgänge bewirkt wird, in einer
hinreichend kurzen Zeitperiode ausgeführt wird, um zu verhindern,
dass Legierungselemente in dem Aluminiumzuführmaterial als intermetallische
Verbindungen ausgefällt
werden. Diese Ausfällreaktion
ist eine diffusionsgeregelte Reaktion, welche Zeit benötigt. Falls
das Zuführmaterial
während
des Walzens rasch gekühlt
wird, steht nur eine ungenügende
Zeit zur Verfügung,
um das diffusionskontrollierte Ausfällen zu ermöglichen. Dies bedeutet umgekehrt,
dass nicht nur das Inline-Verfahren
der Aluminiumlegierung erleichtert wird, nämlich mit Hinblick auf eine
Minimierung der Anzahl an Verfahrensschritten, die die Handhabung des
Materials betreffen, sondern es kommt hinzu, dass die rasche Abkühlung ein
wesentliches Ausfällen
von Legierungselementen verhindert, so dass es nicht notwendig ist,
einen Hochtemperaturvergütungsschritt
zu verwenden, um die gewünschte
Festigkeit des fertigen Dosenproduktes zu erreichen.
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Das Zuführmaterial, welches gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist dadurch gekennzeichnet,
dass es in einer äußerst ökonomischen
Weise ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines kostenträchtigen
Vergütungsschrittes
hergestellt worden ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist ein Vergüten im Stand
der Technik benutzt worden, um eine Zipfelbildung zu minimieren.
Bei der praktischen Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass die Bedingungen
(Zeit und Temperatur) eines Warmwalzens, die Dicke der Legierung
als Streifengussteil und die Geschwindigkeit, mit welcher sie gegossen wird,
zur Kontrolle einer Zipfelbildung verwendet werden können. Beispielsweise
wird angenommen, dass ein Gießen
der Aluminiumlegierung nach Maßgabe reduzierter
Dicken die Zipfelbildung vermindert; in ähnlicher Weise kann ein Gießen nach
Maßgabe
höherer
Geschwindigkeiten gleichermaßen
eine Zipfelbildung vermindern. Sobald Verfahrensbedingungen benutzt
werden, die dazu tendieren, ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung
zu liefern, welches eine Tendenz zu stärkerer Zipfelbildung aufweist,
kann dieses Phänomen
mittels einer alternativen Ausführungsform
geregelt werden.
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Entsprechend dieser alternativen
Ausführungsform
der Erfindung kann eine starke Zipfelbildung, die an dem Zuführmaterial
auftritt, kompensiert werden, indem das behandelte Material vor
der Tassenformung nach Maßgabe
nicht kreisförmiger
Zuschnitte zugeschnitten wird, eine Technik deren Gebrauch im Stand
der Technik als gewundene bzw. gewickelte oder kalibrierte Matrize
bekannt geworden ist. Der Gebrauch einer kalibrierten Matrize gleicht jegliche
Zipfelbildungstendenzen des Blechmaterials aus, indem Metall an
den Umfangsabschnitten des Zuschnitts entfernt wird, an denen sich
Zipfelbildung beim Ziehen der Tasse einstellen könnte. Auf diese Weise verhindert
die kalibrierte Matrize jegliche Zipfelbildung, die ansonsten durch
das Auslassen einer Hochtemperaturvergütung verursacht werden könnte.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist der Streifen durch Streifen- bzw. Strangguss hergestellt,
und zwar nach Maßgabe
einer Gussdicke von weniger von 25,4 mm (1,0 Inch) und vorzugsweise
innerhalb des Bereichs von 0,254 mm bis 5,08 mm (0,01 Inch bis 0,2
Inch).
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Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
ist die Breite des Streifens, der Tafel oder der Platte gering angelegt,
und zwar in Gegensatz zu herkömmlichen
Vorstellungen. Dies ermöglicht
eine einfache Inline-Behandlung, minimiert Investitionskosten für eine Betriebsausrüstung und
minimiert darüber
hinaus die Kosten der Umwandlung schmelzflüssigen Metalls in ein Dosenkörpermaterial.
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1 ist
eine schematische Darstellung, welche ein Verfahren zeigt, bei dem
eine kontinuierliche Inline-Folge von Verfahrensschritten zur Herstellung
von aus einer Aluminiumlegierung bestehendem Blechmaterial angewandt
wird.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Streifengusseinrichtung,
die zur Ausführung
der Erfindung benutzt wird;
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3 ist
ein verallgemeinertes Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm für Aluminiumlegierungen,
welches zeigt, wie schnell ein Aufheizen und ein Abschrecken dazu
dient, eine Ausfällung
von Legierungselementen in der Form intermetallischer Verbindungen
zu eliminieren oder wenigstens wesentlich zu minimieren;
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4 ist
eine Zeichnung eines Zuschnitts, der mit einer kalibrierten Matrize
bzw. Stanzwerkzeug hergestellt worden, ist um erfindungsgemäß eine Zipfelbildung
zu kontrollieren.
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Der bevorzugte Prozess der vorliegenden Erfindung
betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung
bestehenden Tassenund Dosenkörpern,
und zwar unter Verwendung der folgenden Verfahrensschritte einer
kontinuierlichen Inline-Folge:
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- (a) In dem ersten Schritt wird ein heißes, aus
Aluminium bestehendes Zuführmaterial
bereitgestellt, vorzugsweise durch Strangguss und
- (b) das Zuführmaterial
wird bei der bevorzugten Ausführungsform
einem Walzen unterzogen, um das Blechmaterial rasch und kontinuierlich
nach Maßgabe
der gewünschten
Dicke abzukühlen und
die gewünschten
Festigkeitseigenschaften zu erhalten.
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Das abgekühlte Zuführmaterial kann entweder in
der Form einer Rolle hergestellt werden, und zwar mit Hinblick auf
einen späteren
Gebrauch oder es kann weiter behandelt werden, um nicht kreisförmige Zuschnitte
herzustellen, und zwar mittels einer kalibierten Matrize, um eine
Zipfelbildung zu kontrollieren, und zwar in Übereinstimmung mit herkömmlichen
Verfahren.
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Ein bedeutendes Konzept dieser Ausführungsform
dieser Erfindung besteht darin, dass das Walzen des frisch hergestellten
Streifengussteils schnell durchgeführt wird, und zwar bevor ausreichend
Zeit für
eine diffusionskontrollierte Reaktion zur Verfügung steht, infolge welcher
Legierungselemente aus einer festen Lösung als intermetallische Verbindungen
ausgefällt
werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es auf diese Weise, eine Hochtemperaturvergütung auszulassen, die im Stand
der Technik erforderlich ist, um eine Lösung lösbarer Legierungselemente herbeizuführen. Im
Allgemeinen muss das gegossene Zuführmaterial gekühlt werden,
und zwar auf Kaltwalztemperaturen in weniger als 30 Sekunden und
vorzugsweise in weniger als 10 Sekunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst
das erfindungsgemäße Verfahren
Eigenschaften, die sich von Verfahren unterscheiden, die dem Stand
der Technik zuzuordnen sind:
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- (a) Die Breite des Dosenkörpermaterials ist gering;
- (b) das Dosenkörpermaterial
wird in einer kleinen einfachen Inline-Vorrichtung hergestellt;
- (c) die Tendenz der nicht vergüteten Aluminiumlegierung zur
Zipfelbildung wird durch den Gebrauch einer kalibrierten Matrize
unterdrückt,
wobei ennrünschte
Festigkeitseigenschaften erreicht werden; und
- (d) die genannten kleinen Dosenkörperanlagen können in
oder in der Nähe
von Dosenherstellungsanlagen untergebracht werden, so dass Handlungen
des Verpackens und Verschiffens eliminiert werden.
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Es ist in der Aluminiumindustrie
Praxis geworden, breitere Gussstreifen oder Tafeln zu verwenden,
und zwar aus Gründen
der Wirtschaftlichkeit. Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist festgestellt worden, dass im Gegensatz zu dieser herkömmlichen
Lösung
die Wirtschaftlichkeit am besten bedient wird, wenn die Breite des Guss-Zuführmaterials
als schmaler Streifen beibehalten wird, um die Behandlung zu erleichtern
und es zu ermöglichen,
dass kleine dezentralisierte Streifenwalzanlagen verwendet werden.
Gute Ergebnisse sind erzielt worden, sobald das als Gussstück vorliegende
Zuführmaterial
eine Breite von weniger als 610 mm (24 Inch) aufwies und vorzugsweise
eine Breite innerhalb des Bereichs von 50,8 mm bis 508 mm (2 Inch
bis 20 Inch) aufwies. Indem derartig schmale Gussstreifen verwendet
werden, können
Investitionen beträchtlich
reduziert werden, und zwar durch den Gebrauch von kleinen Inline-Ausrüstungen.
Solche kleinen und ökonomischen
Inline-Ausrüstungen der
vorliegenden Erfindung können
in der Nähe
der Punkte des Bedarfs angeordnet werden, beispielsweise in Dosenherstellungsanlagen.
Dies wiederum hat den weiteren Vorteil, dass Kosten, die mit der
Verpackung, dem Verschiffen von Produkten und von Verbraucherschrott
verbunden sind, minimiert werden.
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Die Inline-Anordnung der Verfahrensschritte nach
Maßgabe
einer geringen Breite (beispielsweise 305 mm (12 Inch) macht es
auf diese Weise möglich, dass
das Verfahren in passender Weise und insbesondere wirtschaftlich
in oder in der Nähe
von Dosenherstellungsanlagen angesiedelt werden kann. Auf diese
Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend
den besonderen technischen und Durchsatznotwendigkeiten an Dosenmaterial
dieser Dosenherstellungsanlagen betrieben werden.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die in 1 dargestellt
ist, erkennt man die Folge der Schritte, die bei der Ausführung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. Einer der Vorteile der
vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verfahrensschritte
zur Herstellung von Dosenkörpermaterial
in einer kontinuierlichen Linie angeordnet werden können, so
dass die unterschiedlichen Verfahrensschritte in einer Folge ausgeführt werden.
Auf diese Weise werden zahlreiche Handhabungsoperationen vollständig vermieden.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird
schmelzflüssiges
Metall aus einem Ofen 1 einem Metallentgasungs- und Filtermittel 2 zugeführt, um
gelöste
Gase und in Partikelform vorliegendes Material aus dem schmelzflüssigen Metall
zu entfernen, wie in 1 gezeigt.
Das schmelzflüssige
Metall wird unmittelbar in ein Gussmaterial 4 umgeformt, und
zwar in einer Gießvorrichtung 3.
Der hier benutzte Ausdruck "Zuführmaterial" bezieht sich auf
eine Vielzahl an Aluminiumlegierungen in der Form von Gussteilen,
Platten, Tafeln und Streifen, die dem Warmwalzschritt zugeführt werden,
und zwar bei der geforderten Temperatur. Ein Aluminium "Gussstück" weist hier üblicherweise
eine Dicke von ungefähr
152 mm (6 Inch) bis ungefähr
762 mm (30 Inch) auf und wird gewöhnlich durch direkten Kokillenguss
oder elektromagnetischen Guss hergestellt. Der Begriff Aluminium "Platte" bezieht sich hier
auf eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von ungefähr 12,7
mm (0,5 Inch) bis ungefähr
152 mm (6 Inch) und wird üblicherweise
durch direkten Kokillenguss oder elektromagnetischen Guss alleine
oder in Kombination mit einem Warmwalzen einer Aluminiumlegierung
hergestellt. Der Ausdruck "Tafel" bezieht sich hier
auf eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 9,53 mm (0,375 Inch)
bis ungefähr
762 mm (3 Inch) und es liegt somit eine Überlappung mit der Definition
der Aluminium "Platte" vor. Der Ausdruck "Streifen" wird hier gebraucht
um eine Alumi niumlegierung zu bezeichnen, die üblicherweise eine Dicke von
weniger als 9,53 mm (0,375 Inch) aufweist. Üblicherweise werden sowohl
Tafeln als auch Streifen durch kontinuierliche Gießtechniken
hergestellt, die dem Fachmann bestens bekannt sind.
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Das Zuführmaterial, das bei der praktischen Ausführung dieser
erfindungsgemäßen Ausführungsform
verwendet wird, kann nach einer Anzahl Gießtechniken hergestellt werden,
die dem Fachmann bestens bekannt sind, einschließlich der Zwillingsbandgießvorrichtungen ähnlich denjenigen,
die in dem US-Patent
3,937,270 beschrieben worden sind sowie in den Patenten, auf die
in dieser Patentschrift Bezug genommen ist. Bei einigen Anmeldungen
wird es vorgezogen, als Technik zum Gießen des Aluminiumstreifens
ein Vertahren und eine Vorrichtung zu verwenden, die in der gleichzeitig
anhängigen
Anmeldung Serial No. 184,581 offenbart ist, die am 21. Juni 1994
angemeldet worden ist, der Anmeldung Serial No. 173,663, die am
23. Dezember 1993 angemeldet worden ist und der Anmeldung Serial
No. 173,369, die am 23. Dezember 1990 angemeldet worden ist. Die
Stranggusstechniken, die in den vorstehenden anhängigen Anmeldungen beschrieben worden
sind, die mit Vorteil bei der Ausführung dieser Erfindung eingesetzt
werden können,
sind in 2 der Zeichnungen
dargestellt.
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Wie gezeigt umfasst die Vorrichtung
ein paar Endlosbänder 10, 12,
die auf einem Paar oberer Rollen 14, 16 und einem
entsprechenden Paar unterer Rollen 18, 20 gehalten
sind. Eine jede der Rollen ist drehbar angeordnet und es handelt
sich um geeignete wärmebeständige Rollen.
Entweder eine oder beide der oberen Rollen 14, 16 wird
mittels eines geeigneten Motors oder einem ähnlichen Antriebsmittel angetrieben,
das in den Zeichnungen aus Gründen der
Einfachheit nicht dargestellt ist. Das gleiche gilt für die unteren
Rollen 18, 20. Ein jedes der Bänder 10, 12 ist
ein Endlosband und besteht vorzugsweise aus einem Metall, welches
eine geringe Reaktivität im
Verhältnis
zu dem zu gießenden
Aluminium aufweist. Bevorzugte Materialien für die Endlosbänder sind
Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt oder Kupfer.
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Die Rollen werden wie in 2 dargestellt angeordnet,
und zwar die eine über
der anderen mit einem Formgebungsspalt zwischen diesen, der der gewünschten
Dicke des Aluminiumstranggussteils entspricht.
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Schmelzflüssiges zu gießendes Metall
wird in den Formgebungspalt über
geeignete Metallzuführmittel
eingeführt
wie z. B. eine Gießwanne 28. Die
Innenseite der Gießwanne 28 entspricht
in ihrer Breite im Wesentlichen der Breite der Bänder 10, 12 und
umfasst eine der Zuführung
von Metall dienende Gießdüse 30,
um schmelzflüssiges
Metall in den Formgebungsspalt zwischen den Bändern 10, 12 einzuführen. Die
Gießvorrichtung
umfasst auch ein Paar Kühlmittel 32, 34,
die jeweils der Position des Endlosbandes gegenüberliegend angeordnet sind, welche
sich in Berührung
mit dem zu gießenden
Metall in dem Formgebungsspalt zwischen den Bändern befindet. Die Kühlmittel 32, 34 dienen
auf diese Weise der Kühlung
der jeweiligen Bänder 10, 12,
und zwar bevor sie in Berührung
mit dem schmelzflüssigen
Metall treten. Bei der bevorzugten, in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Kühlmittel 32, 34 wie
gezeigt im Verlauf der jeweiligen Rückführung der Bänder 10, 12 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform
können
die Kühlmittel 32, 34 herkömmliche
Kühlmittel
sein wie z. B. Fluiddüsen, über welche ein
Kühlfluid
direkt auf die Innenseite und/oder die Außenseite der Bänder 10, 12 gesprüht wird,
um die Bänder über ihre
Dicke zu kühlen.
Weitere Einzelheiten, welche die Stranggießvorrichtung betreffen, können den
zitierten anhängigen
Anmeldungen entnommen werden.
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Das Zuführmaterial 4 wird
durch wahlweise Kalibrierwalzen 5 in einem oder mehreren
Warmwalzständern 6 geführt, in
denen seine Dicke vermindert wird. Zusätzlich dienen die Walzständer zum
raschen Kühlen
des Zuführmaterials,
um ein Ausfällen der
die Festigkeit bewirkenden Legierungselemente wie z. B. Mangan,
Kupfer, Magnesium und Silizium, die in der Aluminiumlegierung enthalten
sind, zu verhindern oder zu behindern.
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Der Fachmann erkennt, dass eine unbedeutende
Ausfällung
intermetallischer Verbindungen auftreten kann, die jedoch die letztendlichen
Eigenschaften nicht beeinflusst. Eine solche geringfügige Ausfällung hat
keine Bedeutung auf die letztendlichen Eigenschaften, und zwar aufgrund
des Umstands, dass das Volumen und die Art der intermetallischen
Verbindungen nur einen vernachlässigbaren Einfluss
auf die letztendlichen Eigenschaften ausüben. Der hier benutzte Ausdruck "wesentlich" bezieht sich auf
Ausfällungen,
die die letztendlichen Blecheigenschaften beeinflussen.
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Der Fachmann versteht, dass Ein-
oder Mehrwalzschritte benutzt werden können, die dazu dienen, die
Dicke des Streifens 4 zu vermindern, während gleichzeitig eine rasche
Abkühlung
des Streifens stattfindet, um ein Ausfällen von Legierungselementen
zu verhindern. Die Austrittstemperatur der Streifen-Gießvorrichtung 3 verändert sich
innerhalb des Bereichs von 371 °C
(700 °F)
bis zu der Solitustemperatur der Legierung. Infolge der Walzverfahren
wird die Temperatur des Gussstreifens 4 rasch abgekühlt auf
Temperaturen, die für
ein Kaltwalzen geeignet sind, und zwar auf weniger als 177 °C (350 °F) und in
weniger als 30 Sekunden und vorzugsweise in weniger als 10 Sekunden,
um sicherzustellen, dass die Kühlung
ausreichend schnell abläuft,
um ein Ausfällen
von Legierungselementen aus einer festen Lösung zu verhindern oder wesentlich
zu minimieren. Die Auswirkungen des raschen Abkühlens können unter Bezugnahme auf 3 der Zeichnungen dargestellt
werden, welche die Bildung intermetallischer Fällprodukte in Aluminium in
Abhängigkeit
von der Temperatur und der Zeit zeigt.
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Solche Kurven, die im Stand der Technik
allgemein als Zeit-Temperatur-Umwandlung oder "C" Kurven
bekannt sind, zeigen die Bildung grober und feiner Partikel, die
infolge des Ausfällens
von Legierungselementen als intermetallische Verbindungen gebildet
werden, während
eine Aluminiumlegierung erwärmt
oder gekühlt
wird.
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Es ist in der Praxis der vorliegenden
Erfindung wichtig, das Zuführmaterial
während
der Walzverfahren rasch abzukühlen,
so dass der Streifen 4 entlang einer Temperatur-Zeit-Linie
gekühlt
wird, die die in 3 der
Zeichnungen gezeigten Kurven nicht schneidet. Die dem Stand der
Technik zuzuordnende Praxis der Ermöglichung eines langsamen Abkühlens beispielsweise
einer Rolle führte
zu einer Temperatur-Zeit-Linie, welche diese Kurven schnitt, so dass
infolge des langsamen Abkühlens
ein Ausfällen von
Legierungselementen als intermetallische Verbindungen auftrat.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Zuführmaterial
von der Stelle, an der es gekühlt
worden ist, einem oder mehreren Kaltwalzgerüsten zugeführt, in denen das Zuführmaterial mit
der Maßgabe
bearbeitet wird, dass die Legierung gehärtet wird und ihre Dicke nach
Maßgabe
eines Endmaßes
vermindert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
es manchmal wünschenswert,
den kalten Walzstreifen nach erfolgtem Kaltwalzen bei erhöhten Temperaturen
zu altern, vorzugsweise bei Temperaturen innerhalb des Bereichs
von 149°C
bis 191°C
(300°F–375°F), und zwar während ungefähr 1 Stunde
bis ungefähr
10 Stunden. Weil der Streifen gekühlt worden ist, so dass ein Ausfällen von
Legierungselementen als intermetallische Verbindungen im Wesentlichen
minimiert worden ist, weist der gegossene Streifen ein ungewöhnlich hohes
Niveau einer Übersättigung
an gelösten Stoffen
auf. Der Alterungsschritt verursacht auf diese Weise eine äußerste Zugfestigkeit
und Streckgrenze sowie eine Erhöhung
der Formbarkeit.
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Anschließend kann der Gussstreifen,
der gealtert worden ist, entweder aufgerollt werden oder er kann
unmittelbar zu Dosendeckeln und/oder Laschen unter Vennrendung herkömmlicher
Techniken geformt werden.
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Wie der Fachmann verstehen wird,
ist es möglich,
den Nutzen der vorliegenden Erfindung auszuwerten, ohne dass der
Kaltwalzschritt in dem Kaltwalzwerk als Teil des Inline-Verfahrens
ausgeführt wird.
Auf diese Weise ist der Gebrauch des Kaltwalzschrittes lediglich
ein wahlweiser Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung und
kann ganz ausgelassen werden oder er kann nach Art einer Offline-Verfahrensführung durchgeführt werden,
und zwar in Abhängigkeit
von dem letztendlichen Gebrauch der behandelten Legierung.
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Die Auswirkung der Dickenreduzierung,
die in ähnlicher
Weise durch die Walzverfahren bewirkt worden sind, unterliegt Breitenänderungen,
und zwar in Ab hängigkeit
von der Art des benutzten Zuführmaterials,
deren Chemie und der Art, gemäß welcher
es hergestellt worden ist. Aus diesem Grunde ist die prozentuelle
Verminderung der Dicke, nach deren Maßgabe die Walzverfahren geführt werden,
für die
Ausführung
der Erfindung unkritisch. Im Allgemeinen werden gute Ergebnisse
erzielt, sobald das Walzverfahren eine Dickenreduzierung innerhalb
des Bereichs von 40% bis 99% der ursprünglichen Dicke des Gussstreifen
bewirkt.
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Es wird alternativ bevorzugt, unmittelbar
Zuschnitte zuzuschneiden, und zwar unter Benutzung einer kalibrierten
Matrize, um Tassen zur Herstellung von Dosen herzustellen anstelle
eines Aufwickelns des Streifens oder der Tafeln 4. Kalibrierte
Matrizen, die zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung nützlich
sind, sind im Stand der Technik bekannt und in den US-Patenten 4,711,611
und 5,095,733 beschrieben. Solche Matrizen sind nunmehr üblich und
dem Fachmann bestens bekannt. Die kalibrierten Matrizen, die bei
der praktischen Ausführung
dieser Erfindung benutzt werden, können benutzt werden um einen
nicht kreisförmigen
Zuschnitt, der die in 4 gezeigte
Gestalt aufweist, zu bilden, der wiederum benutzt werden kann, um
eine Tasse zu formen, die die in der gleichen Zeichnung dargestellte
Gestalt aufweist. Auf diese Weise kann die kalibrierte Matrize wo
immer dies notwendig ist benutzt werden, um Zipfelbildungstendenzen
des Blechmaterials zu minimieren.
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Der Fachmann erkennt, dass es auch
möglich
ist, das Blechmaterial aufzuwickeln, bevor das Blechmaterial mit
einer kalibrierten Matrize behandelt wird.
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Die Konzepte dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind in einem weitem Bereich von Aluminiumlegierungen
anwendbar, die zum Gebrauch als Dosenkörpermaterial bestimmt sind.
Legierungen, die zum Gebrauch bei der praktischen Ausführung der
Erfindung im Allgemeinen geeignet sind, sind Aluminiumlegierungen,
die von ungefähr
0 Gew.-% bis ungefähr
0,6 Gew.-% Silizium, von ungefähr
0 Gew.-% bis ungefähr
0,8 Gew.-% Eisen, von ungefähr
0 Gew.-% bis ungefähr
0,6 Gew.-% Kupfer, von ungefähr
0,2 Gew.-% bis ungefähr
1,5 Gew.-% Mangan, von ungefähr
0,2 Gew.-% bis un gefähr
4 Gew.-% Magnesium, von ungefähr
0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Zink aufweisen, wobei der Rest aus Aluminium
einschließlich üblicher
Verunreinigungen besteht. Geeignete Legierungen umfassen Aluminiumlegierungen
der Serien 3000 und 5000 wie z. B. AA 3004, AA 3104 und AA 5017.
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Nachdem die grundliegenden Konzepte
dieser Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden sind, wird nunmehr auf die folgenden
Beispiele Bezug genommen, die lediglich zum Zweck der Darstellung
der Erfindung aufgeführt
werden.
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Beispiel 1
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Ein Blech bestehend aus einem, das
Endmaß aufweisenden
Dosenmaterials, welches nicht vergütet war, wurde zu einer Tasse
verformt unter Verwendung einer üblichen
Rundmatrize. Die Zipfelbildung wurde mit 6,6% gemessen.
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Ein benachbartes Blech, welches dem
gleichen Verfahren unterzogen wurde, (ohne eine Vergütung) wurde
zu einer Tasse verformt, und zwar mittels einer kalibriert geschnittenen
Kante der Zuschnittmatrize. Die Zipfelbildung wurde mit 3,1% gemessen.
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Beispiel 2
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Ein dünner Metallstreifen von 2,286
mm (0,09 Inch) Dicke wurde mit 91,44 m/min (300 Fuß pro Minute)
gegossen und unmittelbar in drei Stichen bei hoher Geschwindigkeit
von 2,286 mm (0,090 Inch) Dicke auf 0,2896 mm (0,0114 Inch) Dicke
gewalzt, wobei die Temperatur während
des Walzens abnahm, und zwar von 482°C (900°F) auf 149°C (300°F). Die Zipfelbildung des auf
diese Weise hergestellten Bleches betrug 3,8%. Die letztendliche Zugfestigkeit
des Bleches betrug 299,234 kNn–2 (43,400 psi) und die
Dehnung 4,4%.