FR2773819A1 - Aluminum-copper-manganese alloy for impact extruded and drawn aerosol can manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
ii
ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR BOITIER D'AEROSOL ALUMINUM ALLOY FOR AEROSOL CASE
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
L'invention concerne le domaine des alliages d'aluminium, et plus particulièrement ceux The invention relates to the field of aluminum alloys, and more particularly those
destinés à la fabrication de boîtiers d'aérosol. intended for the manufacture of aerosol cans.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
On connaît déjà, notamment par la demande japonaise 1-149939/89, des alliages d'aluminium comprenant de 0,05 à 0,8 % en poids de Cu et de 0, 05 à 0,8 % en poids de Mn. Ces alliages sont adaptés à la fabrication de boîtiers d'aérosol filés par choc (impact extrusion) à partir de pions, et qui présentent une tenue améliorée à la corrosion par piqûres. Selon cet état de la technique, les pions sont obtenus à partir de bande par laminage à Already known, in particular from Japanese application 1-149939 / 89, aluminum alloys comprising from 0.05 to 0.8% by weight of Cu and from 0.05 to 0.8% by weight of Mn. These alloys are suitable for the manufacture of aerosol packages spun by impact (impact extrusion) from pins, and which have improved resistance to pitting corrosion. According to this state of the art, the pins are obtained from strip by rolling to
chaud, puis laminage à froid.hot, then cold rolling.
De manière connue en soi, les boîtiers filés par choc sont ensuite typiquement dégraissés, vernis intérieurement et/ou imprimés extérieurement, traités dans un four de manière à In a manner known per se, the impact spun housings are then typically degreased, internally varnished and / or externally printed, treated in an oven so as to
cuire les encres et sécher les vernis, et finalement conifiés. bake the inks and dry the varnishes, and finally conified.
PROBLEMES POSESPROBLEMS POSED
La demanderesse a recherché des alliages d'aluminium qui présentent une amélioration The Applicant has searched for aluminum alloys which present an improvement
des propriétés mécaniques, en vue de réduire l'épaisseur de paroi des boîtiers d'aérosols. mechanical properties, with a view to reducing the wall thickness of the aerosol cans.
Par ailleurs, elle a recherché des alliages, de préférence, adaptés à la fabrication de pions par coulée continue, et non plus par seul laminage, et, de préférence, adaptés à la Furthermore, it sought alloys, preferably suitable for the manufacture of pins by continuous casting, and no longer by rolling alone, and preferably adapted to the
fabrication de boîtiers d'aérosols filés et étirés, et non pas seulement filés. manufacture of spun and drawn aerosol cans, not just spun.
DESCRIPTION DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
Selon un premier objet de l'invention, l'alliage d'aluminium, destiné à la fabrication de boitiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions dudit alliage ou par filage par choc de ces pions suivi d'un étirage, comprend du cuivre et du manganèse, dont la composition en Cu et Mn est située à l'intérieur du polygone ABCD défini, dans un système d'axes de coordonnées avec la teneur en Mn (% en poids) en abscisse et celle de Cu (% en poids) en ordonnée, par les coordonnées des points A, B, C et D: abscisse (Mn%) ordonnée (Cu %) According to a first subject of the invention, the aluminum alloy, intended for the manufacture of aerosol cans obtained by impact spinning of pions of said alloy or by impact spinning of these pions followed by drawing, comprises copper and manganese, whose composition in Cu and Mn is located inside the defined polygon ABCD, in a system of coordinate axes with the content of Mn (% by weight) on the abscissa and that of Cu (% in weight) on the ordinate, by the coordinates of points A, B, C and D: abscissa (Mn%) ordinate (Cu%)
A 0,075 0,65A 0.075 0.65
B 0,50 0,65B 0.50 0.65
C 0,35 0,4C 0.35 0.4
D 0,25 0,4D 0.25 0.4
le reste étant constitué par Ai et les impuretés inévitables. the remainder being constituted by Ai and the inevitable impurities.
Cette composition d'alliage a été trouvée particulièrement adaptée à la fabrication de This alloy composition has been found particularly suitable for the manufacture of
pions à partir de bande coulée en continu. pawns from continuous casting tape.
En ce qui concerne les teneurs en Mn, elles visent surtout à diminuer l'adoucissement du métal lors du recuit des laques et vernis des boîtiers aérosols. Les essais conduits par la demanderesse ont montré qu'une teneur en Mn se situant en-deça de la limite imposée par la droite AD conduirait à un pion à grain trop gros, entraînant in fine la formation de With regard to the Mn contents, they above all aim to reduce the softening of the metal during the annealing of lacquers and varnishes of aerosol cans. The tests conducted by the applicant have shown that an Mn content situated below the limit imposed by the straight line AD would lead to a too large-grained pawn, ultimately leading to the formation of
plis lors de la conification de l'aérosol final. Par ailleurs, une teneur en Mn se situant en- folds during conformation of the final aerosol. Furthermore, an Mn content of between
deça de la limite imposée par la droite AD conduirait en plus à un aérosol de caractéristiques mécaniques insuffisantes compte tenu notamment de la nécessité de diminuer l'épaisseur des parois de boîtiers d'aérosols pour diminuer notablement les below the limit imposed by the straight line AD would lead in addition to an aerosol of insufficient mechanical characteristics taking into account in particular the need to reduce the thickness of the walls of aerosol cans to significantly reduce the
coûts de métal.metal costs.
En particulier quand la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,4% en poids, il a été observé un fort effet anti-adoucissant du Mn qui entraîne une augmentation très marquée des caractéristiques mécaniques. Cet effet est particulièrement remarquable dans le cas d'alliages contenant aussi du Cu; en effet ces alliages d'aluminium avec Cu s'adoucissent très vite: on peut ainsi considérer que l'ajout de 0,3% de Mn à un alliage d'aluminium 1050 (désignation de l'Aluminum Association) fait gagner 15 MPa, alors que le même ajout à un alliage 1050 contenant 0,5% de Cu fait gagner 30 MPa. Ainsi, il In particular when the Mn content is between 0.2 and 0.4% by weight, a strong anti-softening effect of Mn has been observed, which results in a very marked increase in mechanical characteristics. This effect is particularly remarkable in the case of alloys also containing Cu; indeed, these aluminum alloys with Cu soften very quickly: we can thus consider that the addition of 0.3% of Mn to an aluminum alloy 1050 (designation of the Aluminum Association) saves 15 MPa, while the same addition to a 1050 alloy containing 0.5% Cu saves 30 MPa. So, he
a été observé une forte synergie entre les éléments Cu et Mn. a strong synergy between the Cu and Mn elements was observed.
Pour de fortes teneurs en Mn, typiquement supérieures à 0,5%, l'ajout supplémentaire de Mn n'apporte rien car l'alliage ne s'adoucit quasiment plus lors des recuits des laques ou vernis des boîtiers d'aérosols, et généralement d'ailleurs, un ajout de Mn au-dessus de For high Mn contents, typically greater than 0.5%, the additional addition of Mn brings nothing because the alloy hardly softens anymore during the annealing of lacquers or varnishes of aerosol cans, and generally moreover, an addition of Mn above
0,5 % en poids ne fait que dégrader la structure du métal. 0.5% by weight only degrades the structure of the metal.
En ce qui concerne la teneurs en cuivre, les essais ont montré qu'il y avait intérêt, pour obtenir une tenue élevée à la corrosion, à ce que la teneur en Cu soit inférieure à 0,65 % (ordonnée de la droite AB), mais qu'elle soit supérieure à 0,4% (ordonnée de la droite CD) pour obtenir un aérosol final de caractéristiques mécaniques élevées pour pouvoir réduire l'épaisseur des parois de boîtiers d'aérosols. With regard to the copper contents, the tests showed that it was advantageous, in order to obtain a high resistance to corrosion, for the Cu content to be less than 0.65% (ordinate of the line AB) , but that it is greater than 0.4% (ordinate of the straight line CD) to obtain a final aerosol with high mechanical characteristics in order to be able to reduce the thickness of the walls of aerosol cans.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
La figure 1 représente le diagramme des compositions dans le plan Ox,y, o l'abscisse Ox représente le pourcentage pondérai en Mn de l'alliage d'Al, et o l'ordonnée Oy FIG. 1 represents the diagram of the compositions in the plane Ox, y, where the abscissa Ox represents the percentage by weight in Mn of the alloy of Al, and where the ordinate Oy
représente le pourcentage pondérai en Cu de l'alliage d'Al. represents the percentage by weight of Cu of the alloy of Al.
Le polygone ABCD délimite le domaine des compositions en Mn et Cu des alliages The polygon ABCD delimits the domain of the Mn and Cu compositions of the alloys
d'aluminium selon l'invention.aluminum according to the invention.
Le polygone EFGH délimite le domaine préféré des compositions en Mn et Cu des The polygon EFGH delimits the preferred domain of the Mn and Cu compositions of
alliages d'aluminium selon l'invention. aluminum alloys according to the invention.
La figure 2 est une illustration qualitative de la variation des caractéristiques mécaniques Rm (en ordonnée), en fonction de la hauteur H (en abscisse) du boîtier d'aérosol obtenue pour un même pion de départ, sur la partie gauche A du diagramme, en fonction du temps de traitement thermique de cuisson des vernis et encres (en abscisse), sur la partie droite B. La courbe I correspond au procédé de filage par choc, alors que la courbe II correspond FIG. 2 is a qualitative illustration of the variation of the mechanical characteristics Rm (on the ordinate), as a function of the height H (on the abscissa) of the aerosol can obtained for the same starting pin, on the left part A of the diagram, as a function of the heat treatment time for baking varnishes and inks (on the abscissa), on the right-hand side B. Curve I corresponds to the impact spinning process, while curve II corresponds
à une première étape Fi, de filage par choc, suivie d'une seconde étape d'étirage EJ]. at a first stage Fi, of impact spinning, followed by a second stage of stretching EJ].
La figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif de coulée continue "4R "> (1), alimenté en métal liquide (2), pour la fabrication de bande (3) destinée à la fabrication, par Figure 3 is a sectional view of a continuous casting device "4R"> (1), supplied with liquid metal (2), for the manufacture of strip (3) intended for manufacture, by
estampage, de pions (4) ayant sensiblement la même épaisseur que ladite bande (3). stamping, pins (4) having substantially the same thickness as said strip (3).
Les figures 4a à 4c sont une illustration schématique du procédé préféré selon l'invention, comprenant la transformation d'un pion de départ (4) (figure 4a) en ébauche filée (5) (figure 4b), et la transformation de cette ébauche (5) en boîtier (6) d'aérosol par FIGS. 4a to 4c are a schematic illustration of the preferred method according to the invention, comprising the transformation of a starting pin (4) (FIG. 4a) into a spun blank (5) (FIG. 4b), and the transformation of this rough (5) in an aerosol can (6) by
étirage avec réduction d'épaisseur de la paroi (7) de l'ébauche (5). drawing with reduction in thickness of the wall (7) of the blank (5).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
De préférence, l'alliage d'aluminium selon l'invention présente une composition en Cu et Mn qui est située à l'intérieur du polygone EFGH défini par les coordonnées des points E,F,G et H (% pondéral): abscisse (%Mn) ordonnée (%Cu) Preferably, the aluminum alloy according to the invention has a composition of Cu and Mn which is located inside the polygon EFGH defined by the coordinates of the points E, F, G and H (% by weight): abscissa ( % Mn) ordered (% Cu)
E 0,25 0,6E 0.25 0.6
F 0,45 0,6F 0.45 0.6
G 0,4 0,5G 0.4 0.5
H 0,3 0,5H 0.3 0.5
comme représenté sur la figure 1.as shown in figure 1.
Les compositions d'alliage selon l'invention sont particulièrement avantageuses quand, d'une part, les pions (4) sont obtenus à partir de bande coulée en continu (3) comme illustré à la figure 3, et quand, d'autre part, les pions sont transformés en boîtiers d'aérosols par une première étape de filage par choc, suivie d'une seconde étape The alloy compositions according to the invention are particularly advantageous when, on the one hand, the pins (4) are obtained from continuously cast strip (3) as illustrated in FIG. 3, and when, on the other hand , the pins are transformed into aerosol cans by a first step of impact spinning, followed by a second step
d'étirage, comme schématisé aux figures 4a à 4c. drawing, as shown diagrammatically in FIGS. 4a to 4c.
La figure 2 illustre les avantages de ce procédé sur les caractéristiques mécaniques (Rm). Figure 2 illustrates the advantages of this process on the mechanical characteristics (Rm).
Il est à noter aussi que les alliages selon l'invention sont moins sensibles que les alliages standards ou les alliages hors invention, aux effets du traitement thermique (partie B de la figure 2) et à la diminution des caractéristiques mécaniques qui résulte de ce traitement. Ainsi, l'invention permet d'obtenir des boîtiers d'aérosols présentant, au choix, soit de meilleures caractéristiques mécaniques et donc une tenue à la pression interne supérieure, It should also be noted that the alloys according to the invention are less sensitive than the standard alloys or the alloys outside the invention, to the effects of the heat treatment (part B of FIG. 2) and to the reduction in the mechanical characteristics which results from this treatment. . Thus, the invention makes it possible to obtain aerosol cans having, as desired, either better mechanical characteristics and therefore resistance to higher internal pressure,
soit une épaisseur de paroi moindre, ce qui correspond à une économie de métal. or a smaller wall thickness, which corresponds to a saving of metal.
L'alliage selon l'invention peut, outre les éléments Cu et Mn, comprendre d'autres éléments: 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0, 5 % en poids de Fe, et moins de 0,2 The alloy according to the invention may, in addition to the elements Cu and Mn, comprise other elements: 0.005 to 0.05% by weight of Ti, from 0.2 to 0.5% by weight of Fe, and less than 0.2
% en poids de Si.% by weight of Si.
L'emploi de titane vise à obtenir de la bande (3) de coulée à grains relativement fins. The use of titanium is aimed at obtaining relatively fine-grained casting tape (3).
Quant aux éléments Fe et Si, ce sont le plus souvent des impuretés de l'aluminium. La teneur en Fe résulte du fait que cet élément, à une teneur supérieure à 0,2% en poids, joue un rôle pour faire baisser la taille des grains, alors qu'au-delà d'une teneur de 0,5% en poids, son effet est négatif, car il annihile l'effet du manganèse en piégeant cet élément. Le silicium est une simple impureté dont la teneur doit être tenue inférieure à 0,2% en poids sous peine de faire baisser la solubilité du manganèse, ce qui conduit notamment à As for the elements Fe and Si, they are most often impurities from aluminum. The Fe content results from the fact that this element, at a content greater than 0.2% by weight, plays a role in reducing the size of the grains, while beyond a content of 0.5% in weight, its effect is negative, because it annihilates the effect of manganese by trapping this element. Silicon is a simple impurity, the content of which must be kept below 0.2% by weight, otherwise the solubility of manganese will be reduced, which in particular leads to
des grains plus gros.larger grains.
Un second objet de l'invention concerne l'utilisation des alliages selon l'invention pour l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4) dudit alliage, A second subject of the invention relates to the use of the alloys according to the invention for obtaining aerosol cans produced by shock spinning of pawns (4) of said alloy,
lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. said pins being obtained from continuously cast strip.
De préférence, ce second objet concerne l'utilisation des alliages selon l'invention pour l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4) dudit alliage et étirage subséquent de l'ébauche (5) obtenue, lesdits pions étant obtenus à partir de Preferably, this second object relates to the use of the alloys according to the invention for obtaining aerosol cans produced by shock impact spinning (4) of said alloy and subsequent drawing of the blank (5) obtained, said pawns being obtained from
bande coulée en continu.continuous casting strip.
i Comme déjà indiqué, la sélection d'alliages selon la présente invention est particulièrement adaptée dans le cas de pions obtenus à partir de bande coulée en continu, et plus particulièrement avantageuse quand ces pions sont transformés en i As already indicated, the selection of alloys according to the present invention is particularly suitable in the case of pions obtained from continuously cast strip, and more particularly advantageous when these pions are transformed into
boîtiers d'aérosol par filage par choc suivi d'une étape d'étirage. aerosol cans by impact spinning followed by a stretching step.
Un troisième objet de l'invention est constitué par les boîtiers d'aérosols en alliage selon l'invention, obtenus par filage par choc de pions (4) dudit alliage, lesdits pions étant A third object of the invention consists of the aerosol canisters of an alloy according to the invention, obtained by impact spinning of pins (4) of said alloy, said pins being
obtenus à partir de bande coulée en continu. obtained from continuous casting tape.
De préférence, ce troisième objet est constitué par des boîtiers d'aérosols en alliage selon l'invention, obtenus par filage par choc de pions dudit alliage suivi d'au moins une étape Preferably, this third object is constituted by aerosol canisters made of an alloy according to the invention, obtained by impact spinning of pions of said alloy followed by at least one step
d'étirage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. drawing, said pins being obtained from continuously cast strip.
EXEMPLES DE REALISATIONEXAMPLES OF REALIZATION
On a fabriqué des pions en différents alliages d'aluminium, ainsi que les boîtiers filés étirés correspondant. Les boîtiers obtenus ont les dimensions suivantes: - diamètre: 45 mm - hauteur: 290 mm - épaisseur de paroi: 0,28 mm e j. Composition pondérale Résistance mécanique Résistance mécanique brut de filage après recuit des laques Fe Mn% Cu% Si% Rm(MPa) R0,2 MPa Rm (MPa) R0,2 MPa Pawns were produced in different aluminum alloys, as well as the corresponding drawn spun housings. The enclosures obtained have the following dimensions: - diameter: 45 mm - height: 290 mm - wall thickness: 0.28 mm e j. Weight composition Mechanical resistance Raw mechanical resistance of spinning after annealing of lacquers Fe Mn% Cu% Si% Rm (MPa) R0,2 MPa Rm (MPa) R0,2 MPa
1 0,24 0,5 0 0,15 188 175 184 1721 0.24 0.5 0 0.15 188 175 184 172
2 0,22 O 0 0,16 165 150 148 1362 0.22 O 0 0.16 165 150 148 136
3 0,26 0 0,55 0,12 201 186 180 1673 0.26 0 0.55 0.12 201 186 180 167
4 0,3 0 0,25 0,14 190 175 168 1494 0.3 0 0.25 0.14 190 175 168 149
0,35 0 0,1 0,18 173 161 157 1420.35 0 0.1 0.18 173 161 157 142
6 0,28 0,3 0 0,12 178 164 172 1606 0.28 0.3 0 0.12 178 164 172 160
7 0,26 0 0,7 0,13 210 196 188 1727 0.26 0 0.7 0.13 210 196 188 172
8 0,38 0,5 0,5 0,18 208 194 204 1908 0.38 0.5 0.5 0.18 208 194 204 190
9 0,41 0,18 0,54 0,16 207 193 200 187 9 0.41 0.18 0.54 0.16 207 193 200 187
0,35 0,36 0,54 0,17 209 196 206 1910.35 0.36 0.54 0.17 209 196 206 191
- - - - - _ _...L- - - - - _ _... L
12 0,29 0,3 0,45 0,17 204 192 201 190 12 0.29 0.3 0.45 0.17 204 192 201 190
Seuls les essais 9 à 12 sont conformes à l'invention. Only tests 9 to 12 are in accordance with the invention.
Réf. Résistance à la corrosion Mise en forme (filage + étirage) Taille des grains,im Aptitude à la conification ! IcommeAI 1050 300 Plis 2 idem 50 Pas de plis 3 | idem 30 Pas de plis 4 idem 40 Pas de plis idem 40 Pas de plis 6 idem 220 Début de plis 7 Piqûres 30 Pas de plis 8 comme AI 1050 300 Plis 9 comme AI 1050 70 Pas de plis comme AI 1050 120 Pas de plis 11 comme AI 1050 135 Pas de plis 12 comme AI 1050 120 Pas de plis Ces essais comparatifs montrent bien l'intérêt de la sélection selon l'invention puisque le domaine d'alliage permet seul d'obtenir à la fois des caractéristiques mécaniques élevées pour le boîtier aérosol après recuit des laques et vernis, une absence de plis à la conification, et une bonne tenue à la corrosion, analogue à celle d'un boîtier en alliage d'aluminium peu chargé en éléments autres que Ai, l'alliage 1050 (désignation normalisée selon l'Aluminum Association), alliage de référence pour ce type d'application. Ref. Corrosion resistance Shaping (spinning + drawing) Grain size, im Conformation aptitude! IcommeAI 1050 300 Folds 2 same 50 No folds 3 | idem 30 No pleats 4 idem 40 No pleats idem 40 No pleats 6 idem 220 Beginning of pleats 7 Stitching 30 No pleats 8 like AI 1050 300 Pleats 9 like AI 1050 70 No pleats like AI 1050 120 No pleats 11 as AI 1050 135 No folds 12 as AI 1050 120 No folds These comparative tests clearly show the advantage of the selection according to the invention since the alloy field alone makes it possible to obtain both high mechanical characteristics for the aerosol can after annealing of lacquers and varnishes, an absence of folds at conification, and good corrosion resistance, similar to that of an aluminum alloy casing little loaded with elements other than Ai, the 1050 alloy ( standard designation according to the Aluminum Association), the benchmark alloy for this type of application.
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