Способ изготовления фольги из алюминиевых сплавов для последующей штамповки

 

Изобретение относится к термомеханической обработке алюминиевых сплавов и может быть использовано в производстве пластин теплообменных аппаратов, одноразовой посуды и др. изделий. Способ изготовления фольги для последующей штамповки из сплава системы алюминий-железо-кремний с регламентированным содержанием железа и кремния в соотношении Fe/Si = 2,5-7,5 включает получение литой полосы путем кристаллизации расплава алюминиевого сплава между водоохлаждаемыми валками, нагрев до 525-580^o С, выдержку в течение 8-15 ч, охлаждение и последующую холодную прокатку до заданной толщины с промежуточным при температуре 520-550^oС в течение 3-6 ч, проводимым после холодной прокатки с суммарной вытяжкой 7-16, и окончательным отжигом в нейтральной атмосфере при температуре 200-400^oС с выдержкой при этой температуре 2-8 ч. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, пластичности, что позволяет улучшить штампуемость изделий, а также повысить производительность процесса и выход годного.

Изобретение относится к области термомеханической обработки алюминиевых сплавов, в частности к способам изготовления фольги из алюминиевых сплавов, используемой для последующей штамповки.

Известен способ производства алюминиевой фольги для изготовления деталей методом штамповки. Известный способ включает в себя получение фольговой заготовки путем горячей прокатки слитка, отжиг при температуре 450-500^oС в течение 8-10 ч, холодную прокатку с использованием технологической смазки с фракционным составом 200-400^oС и окончательный отжиг с переменной скоростью нагрева /1/.

Недостаток известного способа заключается в низком уровне механических свойств получаемой фольги.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный способ изготовления листов и фольги для глубокой вытяжки, включающий получение литой полосы путем кристаллизации расплава алюминиевого сплава между водоохлаждаемыми валками, нагрев до 500-520^oС в течение 8 ч и последующую холодную прокатку с промежуточным и окончательным отжигами /2/.

Недостаток известного способа заключается в недостаточно высоком уровне прочностных и пластических характеристик готового продукта, что не позволяет получать фольговые материалы, пригодные для последующей глубокой штамповки изделий широкого назначения.

Задачей изобретения является повышение уровня прочностных и пластических свойств фольговых материалов, используемых для последующей глубокой штамповки при производстве пластин теплообменных аппаратов, одноразовой посуды и других изделий, а также повышения производительности процесса производства и выхода годного.

Предложенный способ изготовления фольги из алюминиевых сплавов для последующей штамповки, включающий получение литой полосы путем кристаллизации расплава алюминиевого сплава между водоохлаждаемыми валками, нагрев, выдержку, охлаждение и последующую холодную прокатку до заданной толщины с промежуточным и окончательным отжигами, отличающийся тем, что получение литой полосы осуществляют из расплава алюминиевого сплава системы алюминий-железо-кремний с регламентированным содержанием железа и кремния в пределах допустимого интервала содержания в сплаве, в соотношении Fe/Si=(2,5-7,5), нагрев литой полосы осуществляют до 525-580^oС, выдержку осуществляют в течение 8-15 ч, промежуточный отжиг проводят после холодной прокатки с суммарной вытяжкой 7-16 при температуре 520-550^oC в течение 3-6 ч, а окончательный отжиг осуществляют в нейтральной атмосфере при температуре 200-400^oС с выдержкой при этой температуре в течение 2-8 ч.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. В плавильной печи готовят расплав алюминиевого сплава системы алюминий-железо-кремний, содержащий железо и кремний в соотношении Fe/Si, равном 2,5-7,5.

Полученный расплав нагревают до температуры, не превышающей 790^oС, и осуществляют подачу расплава в водоохлаждаемый валковый кристаллизатор. Полученная литая полоса сворачивается в рулон массой до 10 т и нагревается до температуры 525-550^oС с выдержкой при данной температуре в течение 8-15 ч. После охлаждения полосы до комнатной температуры осуществляется холодная прокатка в несколько проходов с суммарной вытяжкой 7-16. После холодной прокатки проводят промежуточный отжиг при температуре 520-550^oС с выдержкой при данной температуре в течение 3-6 ч. После промежуточного отжига осуществляют окончательную холодную прокатку в несколько проходов до заданной толщины и проводят окончательный отжиг в нейтральной атмосфере при температуре 200-400^oС с выдержкой при данной температуре в течение 2-8 ч.

Расплав готовят в плавильной печи, загружая в нее жидкий алюминий, алюминиевые чушки и отходы фольгопрокатного производства. Полученный расплав расшихтовывают до заданного химического состава сплава с помощью алюминиевых лигатур, причем содержание железа к кремнию в сплаве выдерживают в соотношении 2,5-7,5.

При данном соотношении железа к кремнию в литом сплаве формируется мелкозернистая структура с равномерным распределением дисперсных интерметаллических частиц алюминий-железо-кремний, обеспечивающих в деформированном металле высокое сочетание прочности при максимальном значении пластических характеристик.

При соотношении железа к кремнию менее 2,5 в структуре сплава наблюдается избыточное количество кремниевой фазы, грубых размеров, что приводит к снижению прочностных характеристик материала и образованию повышенной пористости фольги тонких размеров. При соотношении железа к кремнию более 7,5, избыточное количество железа способствует образованию игольчатых интерметаллидных соединений в сплаве, приводя к его упрочнению и снижению пластических характеристик.

Полученный расплав перемешивают и разогревают до температуры, обеспечивающей возможность подачи его в водоохлаждаемые валки-кристаллизаторы. Температура расплава не должна превышать 790^oС, в противном случае наблюдается интенсивное насыщение расплава газами, приводящее к снижению качества металла.

Расплав сплава подается в водоохлаждаемые валки, в которых происходит формирование литой заготовки, толщиной 5-8 мм. Полученная литая заготовка сворачивается в рулон и направляется в нагревательную печь для отжига.

Нагрев литой заготовки осуществляется до температуры 525-550^oС и при данной температуре выдерживается в течение 8-15 ч. При нагреве до температуры ниже 525^oС не происходит выравнивания структурных составляющих сплава и равномерного распределения интерметаллических соединений по объему литой заготовки. При нагреве до температуры выше 550^oС происходит интенсивный рост интерметаллических соединений с неизбежным падением пластических характеристик фольгового материала.

Выдержка литой заготовки в течение менее 8 ч при температуре 525-550^oС не обеспечивает необходимых процессов выравнивания структурных составляющих, а выдержка более 15 ч не приводит к улучшению структуры материала, а способствует огрублению частиц интерметаллических соединений.

После охлаждения отожженной литой заготовки, ее подвергают предварительной холодной прокатке в несколько проходов с суммарной вытяжкой 7-16.

Холодная деформация с вытяжкой менее 7 не обеспечивает необходимой степени проработки литой структуры материала, а деформация с вытяжкой более 16 не обеспечивает повышения свойств проката и приводит к снижению механических характеристик сплава за счет деформационного разрушения.

Промежуточный отжиг проводят при температуре 520-550^oС в течение 3-6 ч. Отжиг при температуре ниже 520^oС не способствует формированию в сплаве равномерной структуры, пригодной к последующей холодной деформации. Отжиг при температуре выше 550^oС приводит к чрезмерному росту структурных составляющих и снижению равномерности формирования структуры при дальнейшей холодной прокатке.

Длительность промежуточного отжига в течение 3-6 ч обеспечивает формирование при заданных температурах необходимого уровня механических характеристик сплава и высокой его деформируемости.

Окончательную холодную прокатку проводят в несколько проходов до заданной толщины, и затем осуществляют окончательный отжиг в нейтральной атмосфере при 200-400 С в течение 2-8 ч.

Проведение окончательного отжига в атмосфере азота (нейтральная атмосфера) обеспечивает получение поверхности фольги высокого качества без пригаров технологической смазки.

Отжиг при температуре ниже 200^oС в течение менее 2 ч не обеспечивает формирования мелкозернистой структуры сплава, пригодной для глубокой штамповки. Отжиг при температуре выше 400^oС в течение более 8 ч приводит к росту размеров зерна и снижению эксплуатационных параметров алюминиевой фольги.

Предложенный способ иллюстрируется на следующем примере.

Для получения исходной заготовки в плавильной печи готовили расплав алюминиевого сплава марки 1100. Согласно химического состава сплава содержание железа и кремния в сплаве оговорено суммой 0,95% (по массе). В качестве исходного сырья использовали жидкий алюминий марки А5 с содержанием кремния 0,19% (по массе). Расплав расшихтовывали лигатурой алюминий-железо до содержания железа 0,7% (по массе), выдержав соотношение Fe/Si=3,68. Содержание остальных элементов - в соответствиями с требованиями стандарта на состав данного сплава. Приготовленный расплав при температуре 770^oС переливали в миксер и по металлопроводу подавали в водоохлаждаемые валки.

Полученная полосовая заготовка толщиной 7,0 мм охлаждается до температуры 160^oС и сматывается в рулоны массой до 10 т, после чего литая полоса в рулонах нагревается до температуры 530^oС и выдерживается при данной температуре в течение 12 ч.

После охлаждения до комнатной температуры проводят предварительную холодную прокатку в несколько проходов по следующей схеме: 7,0-->4,2-->2,5-->1,5-->0,9-->0,57 мм. Суммарная вытяжка при этом составила 12,28.

После этого проводят промежуточный отжиг при температуре 530^oС в течение 4 ч и осуществляют холодную прокатку в несколько проходов по следующему режиму: 0,57-->0,34-->0,2 мм. Окончательный отжиг проводят при температуре 370^oС в течение 4 ч в атмосфере азота.

Полученная фольга обладает следующими механическими характеристиками: предел прочности при растяжении - 7,9-8,4 кГ/мм²; относительное удлинение - 25,5-28,5%.

Использование оптимальных режимов обработки позволяет получить фольгу толщиной 0,2 мм с величиной относительного удлинения до 30% и высокой штампуемостью.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 850730, М.кл. С 22 F 1/04, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР 1306484, М.кл. С 22 F 1/04, 1983.

Формула изобретения

Способ изготовления фольги из алюминиевых сплавов для последующей штамповки, включающий получение литой полосы путем кристаллизации расплава алюминиевого сплава между водоохлаждаемыми валками, нагрев, выдержку, охлаждение и последующую холодную прокатку до заданной толщины с промежуточным и окончательным отжигами, отличающийся тем, что получение литой полосы осуществляют из расплава алюминиевого сплава системы алюминий-железо-кремний с регламентированным содержанием железа и кремния в пределах допустимого интервала содержания в сплаве, в соотношении Fe/Si = 2,5-7,5, нагрев литой полосы осуществляют до 525-580^oС, выдержку осуществляют в течение 8-15 ч, промежуточный отжиг проводят после холодной прокатки с суммарной вытяжкой 7-16 при температуре 520-550^oС в течение 3-6 ч, а окончательный отжиг осуществляют в нейтральной атмосфере при температуре 200-400^oС с выдержкой при этой температуре 2-8 ч.