NO156572B - Plater av hypoeutektiske aluminium-jernlegeringer samt fremgangsmaatefor deres fremstilling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører plater av hypoeutektiske aluminium-jern-legeringer som spesielt er beregnet for fremstilling av lette plater, bøyelige rør, kapsler og for alle anvendelser hvor det kreves at slike plater har mekaniske egenskaper som er gunstige når det gjelder stansing eller pressing, bøying og stivhet; samt fremgangsmåte for fremstilling av nevnte plater.

Med hypoeutektisk aluminium-jern-legeringer menes her legeringer som inneholder minst 1,7% jern.

Slike legeringer er kjent spesielt fra fransk patent nr. 1.438.096 som beskytter et produkt som passer for fremstilling av metallplater med en tykkelse på mindre enn 76^um, karakterisert ved at den inneholder fra 0,6-1,2% jern, og resten er aluminium. En slik plate tilveiebringes ved en vanlig halvkontinuerlig støpning fulgt av en kaldvalsing,

og med interessante mekaniske egenskaper, nemlig en motstand mot brudd ved trekning i størrelsesorden 80 mPa og en forlengelse på 7%.

Et annet fransk patent, nr. 2.291.285, vedrører likeledes en fremstilling av legeringsplater som inneholder mellom 1,1 og 2,5% jern. Denne fremgangsmåte benytter anvendelse av sylinderstøpere av Hunter-typen, valsing og utgløding.

Men det dreier seg hele tiden om forbindelser som inneholder

i nærheten av 1,7% jern, dvs. som er eutektiske, noe som fører til homogene, faste faser, som består av fine, intermetalliske partikler fordelt i hele materialet.

Man har studert legeringer hvor sammensetningen ligger ganske langt fra eutektikum og inneholder maksimalt 1,3% jern.

Under disse betingelser er det kjent at størkningen begynner med tilsynekomsten av aluminiumkrystaller som benevnes primære, og som foreligger i form av dendritter, og den av-sluttes med et belegg av en intermetallisk, eutektisk for-bindelse, AlnFe, som skiller kornene fra hverandre. Dette gir en heterogen struktur som er helt forskjellig fra den homogene struktur man får ved en eutektisk sammensetning.

Når det dreier seg om hypoeutektiske aluminium-jern-legeringer, anvender fransk patent nr. 1.438.096 tabeller for å vise variasjoner i mekaniske egenskaper slik som motstand mot brudd ved trekking og forlenging, som en funksjon av tykkelsesreduksjonen i metallet under valsingen. Dette forholdet som benevnes deformeringsforholdet, samsvarer med

E-e

formelen —-— x 100, hvor E er tykkelsen før valsingen, og e tykkelsen til slutt.

Man kan se av nevnte tabeller at hypoeutektisk Al nFe har en forlengelseskarakteristikk som er bedre enn de kjente legeringer 1100 og 5005. Disse egenskapene fører til, som det heter i patentet: "legeringen passer bedre til fremstilling av tynne plater og gir et sluttprodukt som er bedre når det gjelder anvendelse til pakning, hvor en bedre mekanisk motstandsevne er utilstrekkelig hvis den følges av et vesentlig forlengelsestap".

Legering 1100 har følgende sammensetning i vekt-%:

Si + Fe = 1,0; Cu 0,05 - 0,20; Mn 0,05; Zn 0,10; andre, hver 0,05; totalt 1,15; Al min. 99,00.

Legering 5005 har følgende sammensetning i vekt-%:

Si 0,30; Fe 0,7; Cu 0,20; Mn 0,20; Mg 0,50-1,1;

Cr 0,10; Zn 0,25; andre, hver 0,05; totalt 0,15; Al resten.

Det er hovedsakelig forsøkene på å finne et optimalt kompromiss mellom disse to egenskaper som har vært retningsgivende for interesserte ved fremstilling av plater som skal benyttes til emballasje, og det er med dette mål for øyet at man har forsøkt å finne et middel til å forbedre dette kompromisset, og tilveiebringe et produkt hvor egenskapene er gunstige for stansing, bøying og stivhet.

Oppfinnelsen tar sikte på å gjøre det mulig å utvikle en sluttstruktur i metallplatene som benevnes "semikrystallinsk".

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en plate av hypoeutektisk aluminium-jern-legering med en tykkelse på 50-250^um, en sammensetning slik at innholdet i vekt-% er 1,1-1,3% Fe, 0,1-0,7% Si, 0-0,1% Mn, 0,01-0,1% Ti og 0-0,2% Cu, samt en strekkfasthet på 120-140 mPa og en forlengelse over 17%, og kjennetegnet ved at den har en struktur hvor 10-30% av volumet er i rekrystallisert tilstand i form av korn som er større enn 5^,um og mindre enn 20^um, og hvor resten er i en restituert tilstand for derved å oppnå et optimalt kompromiss mellom nevnte strekkfasthet og forlengelse.

Man vet at spesielt under kaldvalsing vil metallet herdes, eller mer korrekt kaldherdes, dvs. at det vil gradvis tape enhver plastisk forlengelsesevne, samtidig som det får en høyere styrke. Det kan deretter oppvarmes til en temperatur i nærheten av 4 00°C og kan således underkastes en utglødning som benevnes ved krystallisering, hvorunder de mekaniske egenskaper vil modifiseres betraktelig og føre til en reduksjon i strekkfasthet og en økning i forlengelse. Man forbedrer således betraktelig forlengelsesevnen, men i de fleste tilfeller vil metallets styrke være utilfredsstillende.

Av denne grunn har man vurdert at ved å forsøke å begrense krystalliseringen som utvikles, ville det være mulig å fremstille en intermediær struktur hvor man samtidig har for-delene ved tilfredsstillende styrke hos metallet i kald-herdet tilstand og tilfredsstillende forlengelse av metallet i rekrystallisert tilstand, noe som vil gi det ønskede kompromiss .

Det er ifølge oppfinnelsen således også tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av plater av hypoeutektiske aluminium-jern-legeringer ved tilsetning av et raffineringsmiddel til metallbladet, halvkontinuerlig støping i en kokille eller kontinuerlig mellom sylindre, kaldvalsing og utgløding mellom 380 og 430°C, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at raffinerlngsmiddelet tilsettes i en slik mengde at det dannes en støpt struktur hvor kornene har en maksimal dimensjon på mindre enn lOO^um, og hvor avstanden mellom armene på dendrittene er mellom 8 og 30^um og ved at valsingen utføres ved anvendelse av et tykkelsesreduksjonsforhold mellom 98 og 99,8%, slik at det etter utglødingen oppnås en semi-rekrystallisert sluttstruktur.

Ved foreliggende fremgangsmåte benyttes vanlige metallur-giske fremgangsmåter, det foretas raffinering av legeringen i flytende tilstand, støping, valsing og endelig utgløding. Man skal imidlertid legge merke til at fremgangsmåten er uavhengig av om støpeprosessen er halvkontinuerlig ved hjelp av kokiller eller om det er sylinderstøping av typen 3C, dvs. støping mellom to sylindere, under forutsetning av at raffineringsparameterene og utglødningen tilpasses støpemetoden, slik at man får den samme sluttstruktur.

Det tilsettes som nevnt et raffineringsmiddel i en mengde slik at man får en støpt struktur hvor kornene har maksimal dimensjon på mindre enn lOO^um.

I de kjente fremgangsmåtene får man under støpingen korn

i størrelsesorden i nærheten av 200^um, men erfaringer har vist at med en slik størrelse får legeringen en altfor heterogen adferd under valsingen, noe som skaper forskyvnings-bånd som begunstiger utvikling av total rekrystallisering,

og som går imot frembringelsen av en semikrystallinsk struktur.

Men et innhold av meget små korn er heller ikke interessant siden dette fører til en for regulær og jevn fordeling av eutektikum, og fører til et produkt som ikke krystalliserer.

Av denne grunn raffineres det på en slik måte at man får

korn i størrelse mellom 10 og 50^um. Denne raffinering kan foregå ved hjelp av ethvert raffineringsmiddel som benyttes

i aluminiumsmetallurgien og spesielt produkter av bor og titan som f.eks. AT5B (Al legering inneholdende 5 vekt-%

Ti og minst 1 vekt-% B).

Med det samme formål å unngå denne homogenitet i strukturen er det åpenbart for dem som kjenner de foreliggende fremgangsmåter, at man benytter legeringssammensetninger som er lengst mulig fra den eutektiske sone, men som ikke desto mindre inneholder tilstrekkelig jern for å få fordelen av de spesielle egenskaper i dette elementet, og spesielt virk-ningen som blokkeringsmiddel mot rekrystallisering. Et innhold mellom 1,1 og 1,3% jern er derfor foretrukket.

Likeledes med det samme formål for å oppnå en heterogen struktur unngår man å støpe legeringen i en sylindermaskin av typen Hunter, siden strykningshastigheten er for stor og gir altfor fine dendritter som er mindre enn 5^um. Maskinen 3C derimot er spesielt interessant i foreliggende sammenheng siden den fører til dannelse av dendritter som er tilstrekkelig store til at man lett kan skille strukturen i soner med og uten eutektikum.

Nevnte kaldvalsing går direkte på den støpte struktur, og som foregår med fortykkelsesreduksjon på mellom 98 og 99%. Med kaldvalsing forstår man en valsing som foregår ved en temperatur som er mindre enn rekrystalliseringstemperaturen.

Dette resultat fører til at når reduksjonsforholdet er

for lite, f.eks. i størrelsesorden 96%, er hardheten utilstrekkelig, og følgelig vil metallet rekrystalliseres lett

og fullstendig under utglødingen. Hvis derimot utvalsingen er for stor, vil dendrittgrenene være for fine, slik at rekrystallisering ikke kan finne sted, og strukturen utvikler seg bare ved regenerering.

Mellom disse to valsingsgradene vil et begrenset antall om-råder kunne rekrystalliseres og danne rekrystalliserte, isolerte korn i et restituert materiale, og disse kornene kan ikke utvikle seg og innta hele strukturen p.g.a. nærværet av elektriske partikler. Dette forholdet velges slik at man får en semikrystallinsk struktur hvor det rekrystalliserte volum ligger mellom 10 og 30% av det totale volum, hvor denne fordeling er den som er mest for-enlig med det ønskede mål.

Som nevnt foretas en utgløding ved mellom 380 og 4 30°C etter valsingen med en oppvarmingshastighet og varighet slik at man får den ønskede semikrystallinske struktur,

og slik at den er sammensatt av rekrystalliserte korn med en diameter på mindre enn 30^um og som vanligvis ligger mellom 4 og 15^um, og som er isolert i en restituert matrise hvor kornene er mellom 1 og 2^um.

Den semikrystallinske struktur som man har fått på denne måten, synes hovedsakelig å skyldes en dispersjon hvor fordelingen av avstanden mellom de intermetalliske partikler samtidig gjør det mulig med en rekrystallisering når denne avstanden er stor, og blokkering av rekrystalliseringen når denne avstanden er liten.

Det lille volum som de rekrystalliserte korn opptar, er vesentlig siden det gir en legering med en forbedring i smidigheten samtidig som strukturen av de omliggende korn gjør det mulig å bevare en høy elastisitetsevne.

Denne kombinasjonen gir legeringsplatene et gunstig kompromiss mellom disse egenskapene, som spesielt passer for bearbeidingsoperasjoner, såsom f.eks. stansing.

Oppfinnelsen illustreres ved de følgende eksempler som gir resultatene av de mekaniske egenskaper man får i plater med tykkelse på lOO^um.

Eksempel 1

En legering med sammensetningen:

Fe: 1,3% Si: 0,3% Cu: 0,1% Mn: 0,015 Ti: 0,03

raffineres ved hjelp av en moderlegering av AT5B i et forhold på 3 kg pr. tonn legering, og støpes deretter kontinuerlig ved hjelp av en kokille uten bånd i form av en plate hvor tverrsnittet har dimensjonene 38 x 7 cm med en hastighet på 8 cm/minutt.

Strukturen i det støpte produkt inneholder primære aluminiumskorn med en størrelse på mindre enn 150^um skilt fra hverandre av eutektiske soner av Al Fe.

n

Platen kaldvalses med en tykkelsesreduksjon på 99,8%, slik at man får en plate med en tykkelse på lOO^um som deretter utglødes ved 420°C i 30 timer.

Sluttstrukturen i denne platen har 30% av volumet i rekrystallisert tilstand, og de mekaniske egenskaper er følgende:

noe som er spesielt gunstig for å bearbeide platene ved stansing.

Eksempel 2

En legering med sammensetning:

Fe: 1,15% Si: 0,3% Ti: 0,03 Cu: 0,002% Mn 0,020%

raffineres ved hjelp av en moderlegering av AT5B (se ovenfor)

i et forhold på 2 kg pr. tonn legering, og støpes deretter kontinuerlig ved hjelp av en avkjølt sylindermaskin av typen 3C i form av en plate med en tykkelse på 0,8 cm og med en hastighet på 100 cm/minutt.

Strukturen på det støpte produkt inneholder primære aluminiumskorn, og dimensjonen er mellom 30 og 80^,um, skilt fra hverandre av tekniske soner av Al Fe.

n

Platen valses kald med et reduksjonsforhold på 99%, slik at man får en plate med en tykkelse på 80^um som utglødes ved 400°C i 30 timer.

Platen har en sluttstruktur hvor 20% er rekrystallisert og følgende mekaniske egenskaper:

og disse egenskapene gjør det mulig å benytte platen til fremstilling av stansede plater med praktisk talt intet vrak.

Foreliggende oppfinnelse finner sin anvendelse i aluminiums-industrien når man skal fremstille plater med en tykkelse på mellom 15 og 150yum, hvor man skal kombinere optimale verdier med hensyn til belastning til brudd og forlengelse.

Claims (2)

1. Plate av en hypoeutektisk aluminium-jern-legering med en tykkelse på 50-250 ^um, en sammensetning slik at innholdet i vekt-% er 1,1-1,3% Fe, 0,1-0,7% Si, 0-0,1% Mn, 0,01-0,1% Ti og 0-0,2% Cu, samt en strekkfasthet på 120-140 mPa og en forlengelse over 17%, karakterisert ved at den har en struktur hvor 10-30% av volumet er i rekrystallisert tilstand i form av korn som er større enn 5^,um og mindre enn 30^um, og hvor resten er i en restituert tilstand for derved å oppnå et optimalt kompromiss mellom nevnte strekkfasthet og forlengelse.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av plater av hypoeutektiske aluminium-jern-legeringer ved tilsetning av et raffineringsmiddel til metallbadet, halvkontinuerlig støping i en kokille eller kontinuerlig mellom sylindre, kaldvalsing og utgløding mellom 380 og 430°C, karakterisert ved at raffineringsmiddelet tilsettes i en slik mengde at det dannes en støpt struktur hvor kornene har en maksimal dimensjon på mindre enn lOOyUm, og hvor avstanden mellom armene på dendrittene er mellom 8 og 30^um, og ved at valsingen utføres ved anvendelse av et tykkelsesreduksjonsforhold mellom 98 og 99,8%, slik at det etter utglødingen oppnås en semi-rekrystallisert sluttstruktur.