UA80778C2

UA80778C2 - FOIL OR THIN STRIP FROM ALLOY OF Al-Fe-Si AND METHOD FOR MAKING THEREOF

Info

Publication number: UA80778C2
Application number: UAA200601770A
Authority: UA
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2007-10-25
Also published as: CN100445405C; WO2005010222A3; JP2007502360A; DK1644545T3; FR2857981A1; ZA200600425B; AU2004259877A1; BRPI0412775A; WO2005010222A2; DE602004005045D1; NO338970B1; EP1644545B1; NO20060508L; CA2532585A1; PL1644545T3; ES2281831T3; JP4989221B2; CN1997763A; US20060213590A1; SA04250245B1

Description

Опис винаходу

Винахід стосується фольги або тонких стрічок товщиною менше 20О0мкм, переважно товщиною 5Омкм, 2 виготовлених зі сплаву алюмінію, заліза та кремнію, практично без домішок марганцю, а також способу виготовлення такої фольги або стрічок. Такі стрічки можуть бути одержані шляхом напівнеперервного лиття звичайних відливків, шляхом неперервного лиття у стрічковий кристалізатор ("Мм'іп-реїї савііпд") або лиття між валками ("їм/іп-гої! савііпа").

На ринку тонких листів фольги зі сплаву алюмінію існує постійна тенденція до зменшення їх товщини за умов 710 збереження високих механічних характеристик та високої придатності до формування.

Часто використовують фольгу зі сплавів з дуже низьким вмістом марганцю, таких, наприклад, як зареєстрований у АІштіпішт Аззосіайоп сплав 8111, склад якого є таким, мас. 9о: зі 11

Бе 0,40-1,0

Си «ОО

Ми о/«ОМОо

Відсутність марганцю полегшує здійснення рекристалізації при фінальному відпалі, але розривна міцність Кп для товщини менше 100мкм залишається незадовільною.

Отже, для задоволення потреб ринка постає задача розробки нових сплавів та/або оптимізації процесів їх обробки.

Для підвищення механічної міцності намагаються додавати марганець, як це зроблено наприклад у сплаві 8006, склад якого, зареєстрований у АІштіпішт Аззосіайоп, є таким, мас. 95: се о 8і «бло

Бе 1,2-2,0

Си «030

Мп 0,30-1,0 (ее)

Ма «ОО м

В результаті додавання марганцю матеріал дійсно стає твердішим. В (патенті 05 Моб517646 того ж заявника) ч- наведені відомості про механічні характеристики сплаву такого складу: 5і-0,2395, Ре-1,2695, Си-0,017905,

Мпи-0,3795, Ма-0,003295, Ті-0,00895, що, в поєднанні з оптимальними режимами обробки, забезпечує розривну -

Міцність Кп-103МпПа для товщини 6б,бмкм. с

Завдяки додаванню невеликої кількості марганцю механічні характеристики можуть бути поліпшені також і у тих сплавів серії 8000, які містять залізо. В |(патентній заявці МУО 02/64848 (АїЇсап Іпіегпайопаї!)| описане виготовлення шляхом неперервного лиття тонких стрічок зі сплаву АІ-Ре-5і, який містить від 1,2 до 1,795 Ре та « від 0,35 до 0,895 5і. Для збільшення механічної міцності до сплаву додають від 0,07 до 0,2095 марганцю. 70 Додавання марганцю вважається необхідним для зменшення розмірів зерна після фінального відпалу. - с Таким чином, марганець відіграє роль елементу, здатного покращувати механічні властивості сплавів серії й 8000. В той же час, марганець у формі твердого розчину або у дрібнодисперсній формі здатен блокувати або "» уповільнювати рекристалізацію під час фінального відпалу. Через це необхідно здійснювати точний контроль за випадінням твердої фази марганцю протягом всього процесу, що викликає певні труднощі. Будь-яке відхилення в

Ході процесу може суттєво вплинути на якість фінального відпалу. Отже, було б вкрай бажаним розробити такий (ее) склад сплаву, який був би вільним від марганцю, але мав би високі механічні властивості.

В Іпатенті ОБ Мо5503689 (Кеупоїдз Мега!5)| описаний спосіб виготовлення тонкої стрічки зі сплаву, що о містить від 0,30 до 1,195 5і та від 0,40 до 1,095 Ге, менше 0,2595 Си та менше 0,195 Мп, шляхом неперервного -І лиття та холодного вальцювання без проміжного відпалу. Оптимальний вміст заліза та кремнію лежить в межах

Ввід 0,6 до 0,7595. 7 В Іпатенті ОБ Мо5725695 (Кеупоїдз Мега!5)| описаний аналогічний спосіб, який передбачає здійснення (Че проміжного відпалу в межах 400-4402С (750-825), а також фінального відпалу з рекристалізацією при 28820 (5502). Співвідношення Зі/БРе при цьому дорівнює або є більшим за 1. З наведених прикладів виходить, що максимальна розривна міцність матеріалу становить 9ОМПа (13,13 тисяч фунтів на квадратний дюйм), максимальна межа пружності становить 39,1МПа (5,68 тисяч фунтів на квадратний дюйм), а подовження о становить 11,3795 для товщини 4бмкм (0,00185 дюйма). Для деяких варіантів використання такі характеристики не є задовільними. їмо) Якщо сплави отримують шляхом неперервного лиття, досить часто доводиться здійснювати високотемпературну термообробку для нейтралізації шкідливого впливу ліквацій, в ході якої поглинаються 60 елементи, що випали, та досягається гомогенізація складу по товщині. Вплив гомогенізації при 600 «С на сплав 8011 (0,7195 Ре, 0,775 5і, 0003895 Си, 0,00695 Мп та 98,4595 АЇ), отриманий литтям між валками, описаний у

Істатті М. ВігоЇї "Сепіепіпе Зедгедайоп іп а Тмжміп-Кої Савзі АА8О11 АПШоу", АІштіпішт, 74, 1998, с.318-3211.

В результаті такої обробки здійснюється модифікація фаз, що випали, та зменшуються неоднорідності.

Зменшення центральної ліквації дозволяє в подальшому обмежити наявність пор в дуже тонких листах фольги 65 та покращити придатність сплаву до формування.

Виходячи з економічних міркувань, температуру термообробки бажано знижувати. Стосовно сплаву 8111

(0,795 Ре, 0,790 Бі, Мп«0,02, 2п«0,02, Си«0,02) можна констатувати, що фазові перетворення починаються та рекристалізація здійснюється вже при 460 оС, хоча для повних перетворень необхідною є температура 550-580925 |С. М. 5іатома еї а). "Кезропзе ої АА 8006 апа АА 8111 БйБір-Саві КоПейай АПЙПйЙоуз ю Ніднп Тетрегайїштге Аппеаїйпд", ІСАА-6б, 1998). Слід очікувати, що гомогенізація сплавів, вільних від марганцю, здійснюватиметься в умовах відносно низьких температур.

Крім того, в ході послідовних етапів обробки з метою досягнення необхідної малої товщини, як правило, передбачають ще один, проміжний відпал, який робить метал більш м'яким. Сплави із вмістом марганцю вимагатимуть і для цієї операції підвищеної температури (понад 4002), без якої рекристалізація не відбудеться.

Сплави серії 8000 без марганцю вочевидь вимагатимуть термообробки в умовах нижчої температури, ніж сплави тину 8006. В |патентній заявці МУО 99/23269 (Мірроп Гідні еї АїЇсап Іпіегпайопаї!)| описаний спосіб, розроблений для сплавів А1І-Ре-5і, які містять від 0,2 до 195 5і та від 0,3 до 1,295 Ре із співвідношенням Зі/Ре в межах 0,4-1,2. Цей спосіб передбачає проміжний відпал, здійснюваний у 2 етапи: при температурі 350-4502С та температурі 200-3302С. Спосіб спрямований на усунення недоліків поверхні матеріалу. Механічні характеристики при цьому не досліджувались.

Метою винаходу є розробка способу виготовлення фольги або тонких стрічок зі сплаву АІ-ГРе-5і, практично вільного від марганцю, але з високими механічними характеристиками, хорошою здатністю до формування та економічним у виробництві.

Об'єкт винаходу

Об'єктом винаходу є тонкий лист фольги товщиною від 6 до 200мкм, переважно від 6 до 5О0мкм, виготовлений зі сплаву такого складу, мас. Фо: і: 1,0 -1,5, Ре: 1,0 - 1,5, Си«0,2, Мп«О0/1, інших елементів « 0,05 кожного та «0,15 загалом, А! - решта; при цьому співвідношення Зі/Ре о» 0,95, а розривна міцність фольги

Кт становить Ь100МПа для товщини »9мкм та »100МПа для товщини від б до Умкм. Межа пружності К 02 тонкого листа фольги (виміряна на зрізаних зразках) перевищує 70МПа. Подовження при розриві є більшим за с наведені нижче значення і залежить від товщини фольги: о вв | 3015 со з й м

Вміст кремнію у сплаві знаходиться, переважно, в межах від 1,1 до 1,395, а вміст заліза - від 1,0 до 1,296. о

Об'єктом винаходу є також спосіб виготовлення тонких стрічок товщиною менше 200Омкм зі сплаву АІ-Ре-5і о такого складу, мас. бо: 5і: 1,0 - 1,5, Ре: 1,0 - 1,5, Си«0,2, Мп«О0/1, інших елементів « 0,05 кожного та « 0,15 загалом, А! - решта; при цьому співвідношення Зі/Бе » 0,95, який передбачає виготовлення першої стрічки шляхом або напівнеперервного вертикального лиття та гарячої прокатки, або шляхом неперервного лиття з « можливою гарячою прокаткою, холодну прокатку цієї першої стрічки до кінцевої товщини з можливим проміжним Ввідпалом протягом 2-20 годин при 250-350 С, переважно при 280-3402С, та фінальним відпалюванням при - с 200-37026. и Фольгу або тонкі стрічки виготовляють відповідно до винаходу зі сплавів АІ-Ре-5і, які практично не я містять марганцю, вміст якого є нижчим за 0,195. Вміст заліза та кремнію при цьому є суттєво більшим, ніж у сплавів 8011 та 8111, які є найбільш поширеними безмарганцевими сплавами на основі АІ-Ре-5і, що використовуються для виготовлення тонких листів фольги. Оптимальним є вміст кремнію 1,1-1,395, а заліза - (ее) 1,0-1,290. о Сплави відповідно до винаходу мають переважно такий склад, при якому співвідношення вмісту Зі/Ре становить 20,95. У відпаленому стані (стан ФО) вони мають не типові для сплавів такого складу механічні -і властивості, а саме: розривну міцність КуЯ»110МпПа, а точніше - 115МПа для товщини »У9мкм та Ь100МПа для -1 50 товщини від 6 до У9мкм, та умовну межу пружності для залишкової деформації 0,2 Ко2270МПа. Ця механічна міцність не позначається на їх здатності до формування, оскільки у порівнянні зі сплавами 8011 та 8111 со величини граничного подовження не гірші, а розривний тиск збільшився.

Ці механічні властивості властиві як стрічкам, отриманим із пластин, виготовлених як шляхом напівнеперервного вертикального лиття та гарячої прокатки, так і стрічкам, виготовленим шляхом неперервного лиття у стрічковий кристалізатор ("реїї савіїпд") або лиття між валками ("гої савзііпд"). Безперервне лиття у о стрічковий кристалізатор вимагає наступної гарячої прокатки.

Стрічки після гарячої прокатки або необроблені стрічки у випадку їх виготовлення методом лиття між ко валками можуть бути підданими, у варіанті реалізації винаходу, гомогенізації в умовах низької температури (в межах 450-5002С), метою якої є зменшення центральної ліквації, яка може негативно впливати на придатність 60 готового продукту до формування. Ця низькотемпературна обробка є достатньою для поглинання центральної ліквації у сплавах без марганцю. В подальшому стрічки обробляють холодною прокаткою або до кінцевої необхідної товщини, або до проміжної товщини від 0,5 до Ббмм, коли їх піддають проміжному відпалу. На відміну від технології обробки сплавів, що містять марганець, проміжний відпал може бути здійснений в умовах зниженої температури, а саме від 250 до 3502С, переважно від 280 до 3402С, протягом часу більше двох годин. Такий бо температурний режим, хоч і зазначений у наведеній вище Ізаявці УМО 02/064848)|, є нижчим від звичайно застосовуваних, де температура перевищує 40020.

Заявник мав змогу пересвідчитись, що обробка сплаву А1І-ГРе-5і, особливо із співвідношенням 5і/Ре 20,95, в умовах зниженої температури, а також за відсутності, якщо це можливо, проміжного відпалу, забезпечує суттєве, принаймні на 1595, покращення його механічних властивостей у порівнянні зі сплавами, які піддавали звичайному проміжному відпалу. Це підвищення механічної міцності супроводжується також покращенням здатності до формування, яку визначають через розривний тиск або висоту конуса відповідно до стандарту ІЗО 2758.

Фінальний відпал здійснюють при температурі від 200 до 3702 протягом часу від 1 до 72 годин. Тривалість 70 відпалу залежить від ступеню знежирення поверхні фольги. Після відпалу отримують дрібнозернисту структуру із середнім розміром зерен, виміряним за допомогою скануючого електронного мікроскону, меншим за Змкм.

Поєднання низькотемпературної гомогенізації або відсутність її взагалі з низькотемпературним відпалом або його відсутністю взагалі є сприятливим, окрім економічних переваг, для отримання дрібнозернистої структури.

Розміри зерен зменшуються приблизно на 3095 у порівнянні з обробкою при більш високих температурах, що 75 позитивно впливає на такі механічні характеристики як Ко» та Ку, які для тонких листів фольги суттєво залежать від кількості міжзернових меж. Це не супроводжується погіршенням здатності до подовження, оскільки збільшення кількості зерен по товщині матеріалу сприяє зменшенню ризику появи локальних пошкоджень на рівні одного-двох зерен, з яких, можливо, і складається вся товщина матеріалу.

Тонкі листи фольги, виготовлені відповідно до винаходу, особливо придатні до тих варіантів використання, 2о які вимагають хороших механічних властивостей у поєднанні з високою здатністю до формування. Це можуть бути "сендвічеві" матеріали, зокрема для пакування свіжих продуктів харчування, матеріали для виготовлення ковпачків на шийки пляшок, або алюмінієва побутова фольга.

Приклади реалізації

Приклад 1 Га

З метою демонстрації впливу складників сплаву на його властивості були виготовлені шляхом неперервного лиття між валками два зразки у вигляді стрічок товщиною 6,1 мм зі сплаву А, що заявляється, та сплаву В тину і) 8111; їх склад (мас. 95) наведений в таблиці 1. со зо сплав/ ві |ге| си | Мп / Ме сг| ті В ї- (в ол | ол бот |0008 00005 0001 (0,007 0,005. ї-

Стрічки були прокатані в холодному стані до товщини 2мм, після чого піддані проміжному відпалу при 3202С («в») з5 протягом 5 годин. Потім послідовною холодною прокаткою їх товщину довели до З8мкм. Нарешті, провели со фінальний відпал протягом 40 годин при 27026.

Для кожного із зразків здійснили вимірювання механічних характеристик: розривної міцності К т (МПа), умовної межі пружності для залишкової деформації 295 Ко» та граничного подовження А (95) відповідно до стандарту МЕ-ЕМ 546-2, а також розривного тиску повітрям Ре (кПа) відповідно до стандарту ІЗО 2758 та висоти « конусу На (мм). Результати вимірювань наведені в таблиці 2. шщ - :» «6 вліво лвв) ва вв (ее)

Можна констатувати, що, на відміну від сплаву В тину 8111, розривна міцність стрічки зі сплаву А набагато о перевищує 100МПа, а межа пружності є більшою за 70МПа. Крім того, розривний тиск та подовження також -І виявились більшими, що свідчить як про високу міцність матеріалу, так і про його високу здатність до формування. -і Приклад 2 со Шляхом неперервного лиття між валками виготовили, як і у прикладі 1, стрічку зі сплаву А товщиною 6б,1мм.

Холодну стрічку обробили прокаткою до товщини 2мм. Частину стрічки піддали звичайному для сплавів такого тину проміжному відпалу протягом 5 годин при 500 9С. Другу частину стрічки відпалювали відповідно до ов ВИНАХОДУ: 5 годин при 3202С. Обидві частини стрічки послідовною холодною прокаткою довели до кінцевої товщини 10,5мкм. Фінальний відпал здійснювали протягом 40 годин при 27026.

Ф, Вимірювали ті самі характеристики, що й у прикладі 1. Результати вимірювань наведені в таблиці 3. іме) зо я 06050 зо пт) вв вл

Можна констатувати, що зниження температури проміжного відпалу призводить одночасно до підвищення 65 розривної міцності, граничного подовження, розривного тиску та здатності до формування.

Середній розмір зерен, виміряний за допомогою скануючого електронного мікроскопа, становив З3,бмкм у випадку відпалу при 47092С, та 2,3мкм для відпалу при 320 9С.

Таким чином, покращення механічних характеристик при відпалі в умовах низької температури пов'язане із зменшенням розмірів зерна після фінальної термообробки.

Claims

Формула винаходу

1. Фольга або тонка стрічка товщиною від б до 200 мкм, зі сплаву такого хімічного складу, мас. бо: ЗІ: 1,0 ую 1,5, Ре: 1,0-1,5, Су « 0,2, Мп « 0,1, інших елементів « 0,05 кожного та « 0,15 загалом, А! - решта, розривна міцність якої після відпалу становить Ку » 110 МПа для товщини » 9 мкм та Ку» 100 МПа для товщини від б до 9 мкм.

2. Фольга або тонка стрічка за п. 1, яка відрізняється тим, що товщина фольги або тонкої стрічки становить від б до 50 мкм.

З. Фольга або тонка стрічка за пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що після відпалу вона має розривну міцність Ку » 115 МПа для товщини » 9 мкм.

4. Фольга або тонка стрічка за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що після відпалу вона має межу пружності Ко 2 » 70 МПа.

5. Фольга або тонка стрічка за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що її граничне подовження А в го залежності від товщини становить: вв 1300300 ся 25 -

о

6. Фольга або тонка стрічка за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що співвідношення у сплаві вмісту со Зі до Гестановить 2 0,95. 30 й о. й й й

7. Фольга або тонка стрічка за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що вона містить бі у сплавів їч- межах 1,1 - 1,3 мас. 9о та Ге в межах 1,0 - 1,2 мас. 95. м

8. Спосіб виготовлення тонкої стрічки товщиною менше 200 мкм зі сплаву АІ-Ре-5і такого хімічного складу,

мас. бо: Бі: 1,0 - 1,5, Ре: 1,0- 1,5, Су « 0,2, Мп « 011, інших елементів « 0,05 кожного та « 0,15 загалом, АІ - КК«6К 35 решта, який включає або напівбезперервне вертикальне лиття вказаної стрічки з наступною гарячою прокаткою, со або безперервне лиття, холодну прокатку цієї стрічки до кінцевої товщини, з можливим проміжним відпалом при температурі 250 - 350 «С та фінальним відпалом при температурі 200 - 370 26.

9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що безперервне лиття проводять з наступною гарячою прокаткою.

10. Спосіб за пп. 8 або 9, який відрізняється тим, що проміжний відпал виконують при температурі 280 - « 340 б. | шо Що шо | з с

11. Спосіб за будь-яким з пп. 8 - 10, який відрізняється тим, що співвідношення у сплаві вмісту 5і та Ре становить 2 0,95.

ів . - . . . . и?

12. Спосіб за будь-яким з пп. 8-11, який відрізняється тим, що перед холодною прокаткою стрічку піддають гомогенізації при температурі 450 - 500 20.

13. Спосіб за будь-яким з пп. 8-12, який відрізняється тим, що стрічку виготовляють шляхом безперервного о лиття між валками. о Офіційний бюлетень "Промислова власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних -І мікросхем", 2007, М 17, 25.10.2007. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. -І ІЧ е) іме) 60 б5