СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОЛЬГИ
ALLOY ON BASE OF ALUMINIUM FOR PRODUCTION OF FOIL

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия системы А1-Fe-Si, предназначенных для изготовления фольги, используемой в качестве упаковки в пищевой промышленности, медицине, химической промышленности.
Известен сплав на основе алюминия марки 8006 (США, стандарт ASTM), имеющий следующий зарегистрированный в Aluminum Association химический состав (в мас.%):
Fe
1,20-2,00
Si
0,15-0,40
Mn
0,3-1,0
Сu
0,05-0,3
Mg
<0,10
Zn
<0,10
Аl
остальное.
Фольга из алюминиевого сплава 8006 предназначена под глубокую вытяжку и штамповку для производства пищевых контейнеров.
Недостатком известного сплава является то, что сплав имеет недостаточно высокие характеристики прочности, пластичности, которые необходимы для фольги под глубокую вытяжку. Повышенное содержание железа приводит к неравномерному распределению интерметаллидных соединений игольчатой формы, укрупнению интерметаллидных соединений, выпадению кристаллического кремния.
Неравномерное распределение крупных интерметаллидных соединений игольчатой формы не позволяет достичь необходимого уровня механических характеристик и низкую анизотропию свойств в получаемой заготовке и высокую коррозионную стойкость.
Фольга в отожженном состоянии из этого сплава имеет следующие характеристики: предел прочности при растяжении - до 135 МПа, предел текучести - до 75 МПа, относительное удлинение 9-11%.
Существующие технологии производства фольги не могут обеспечить выпуск продукции с необходимыми техническими требованиями для фольги под глубокую
B
0,2
вытяжку, а именно: со следующими характеристики прочности и пластичности (σ>140 МПа, σ>85 МПа, δ>12%) при минимальной анизотропии свойств.
Наиболее близким по технической сущности является сплав на основе алюминия (РСТ, заявка №WO 01/04369, С22С 21/00, опубл. 18.01.2001) следующего химического состава, мас.%:
Fe
0,5-3,0
Si
0,0005-0,2
Mn
0,5-4,0
Сu
0,005-0,2
Cr
0,01-0,5
Ti
0,01-0,5
Zr
0,01-0,5
Al
остальное.
Недостатком известного сплава является невысокий уровень прочностных и пластических характеристик готового продукта, наличие анизотропии свойств, недостаточная коррозионная стойкость.
Причиной, обуславливающей возникновение указанного выше недостатка, является неравномерное распределение интерметаллидных соединений в алюминиевой матрице, размер и форма интерметаллидных соединений. Неравномерное распределение интерметаллидных соединений в алюминиевой матрице приводит к образованию фестонов - зон разупрочнения, где отсутствуют интерметаллидные соединения. Наличие крупных интерметаллидных соединений иглообразной формы приводит к возникновению дырчатости и обрывности при прокатке фольги.
Задачей изобретения является создание сплава на основе алюминия для получения фольги, характеризующегося равномерным распределением интерметаллидных соединений в алюминиевой матрице, уменьшением размеров и степени игольчатости интерметаллидных соединений до оптимальных показателей.
Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств, снижение анизотропии свойств и повышение коррозионной стойкости сплава на основе алюминия для получения фольги.
Технический результат достигается за счет того, что в сплав, включающий алюминий, железо, кремний, марганец, хром, дополнительно вводится ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Железо
0,95-1,25
Марганец
0,15-0,25
Хром
0,025-0,035
Ванадий
0,10-0,15
Алюминий
остальное,
при этом содержание кремния определено из соотношения содержания железа к кремнию, равного 3,0-3,5.
Сплав указанного состава обладает высоким уровнем механических свойств, низкой анизотропией свойств и повышенной коррозионной стойкостью за счет получения мелкозернистой недендритной структуры, включающей равномерно распределенные в алюминиевой матрице эвтектику Al-Si и интерметаллидные соединения, содержащие алюминий, железо, хром, ванадий округлой формы и размером 0,7-1,2 мкм.
Уменьшение содержания железа до указанных пределов обеспечивает повышение характеристик прочности за счет образования интерметаллидных соединений и повышение характеристик пластичности и коррозионной стойкости за счет получения их равномерного распределения, округлости формы и размера 0,7-1,2 мкм. При повышении содержания железа более 1,25% увеличиваются прочностные характеристики, но резко уменьшается пластичность, что связано с повышением объемной доли интерметаллидных соединений, различной их формой и размерами. Содержания железа менее 0,95% вызывает снижение характеристик прочности.
Выбранное соотношение содержания железа к содержанию кремния 3,0-3,5 обеспечивает высокие характеристики прочности, пластичности, минимальную анизотропию свойств и коррозионную стойкость за счет получения мелкозернистой равномерной недендритной структуры с оптимальными размерами интерметаллидных соединений железа и эвтектики Al-Si и оптимальным распределением этих структурных составляющих. Соотношение содержания железа к содержанию кремния менее 3,0 приводит к снижению прочностных характеристик материала и образованию повышенной пористости (дырчатости) фольги тонких размеров из-за наличия избыточного количества эвтектики Al-Si грубых размеров. Соотношение содержания железа к содержанию кремнию более 3,5 приводит к излишнему упрочнению и снижению пластических характеристик и повышению обрывности фольги, т.к. избыточное содержание железа способствует образованию игольчатых интерметаллидных соединений.
Уменьшение содержания марганца до указанных пределов обеспечивает повышение характеристик прочности и пластичности, коррозионной стойкости за счет положительного воздействия на форму железосодержащих фаз в алюминиевом сплаве. Марганец вызывает сфероидизацию частиц и позволяет уменьшать размер интерметаллидных соединений, что будет способствовать улучшению качества фольги за счет исключения дырчатости и обрывности при прокатке. Увеличение содержания марганца выше 0,25% вызывает снижение характеристик пластичности фольги.
Уменьшение содержания хрома в указанных пределах обеспечивает сохранение прочностных свойств и коррозионную стойкость фольговой заготовки при повышенных температурах. При содержании выше 0,035% характеристика пластичности фольги снижается. Содержание хрома в сплаве ниже 0,025% не оказывает воздействия на структуру и свойства фольговой заготовки.
Добавка ванадия приводит к образованию мелких интерметаллидных соединений, которые, являясь центрами кристаллизации, оказывают модифицирующее действие и измельчают структуру зерен, что обеспечивает повышение характеристик прочности, пластичности, минимальную анизотропию свойств и коррозионную стойкость. При увеличении содержания ванадия более 0,15% во время высокотемпературного отжига заготовки 500-540°С наблюдается рост аномально крупного зерна. При уменьшении содержания ванадия менее 0,1% в предлагаемом сплаве снижается воздействие ванадия на образование интерметаллидных соединений.
Настоящий состав был опробован при изготовлении фольги толщиной 36 мкм из сплава на основе алюминия следующего состава, мас.%:
железо
1,05-1,23
кремний
0,30-0,35
марганец
0,19-0,24
ванадий
0,12-0,15
хром
0,030-0,034
алюминий
остальное.
Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2. Химический состав сплавов приведен в таблице 1.
Химический состав сплавов
Таблица 1
№ хим. состава
железо
кремний
марганец
ванадий
хром
алюминий
1
1,23
0,33
0,21
0,15
0,033
Остальное
2
1,21
0,31
0,19
0,13
0,030
3
1,15
0,31
0,22
0,12
0,031
4
1,09
0,32
0,24
0,12
0,031
5
1,05
0,33
0,20
0,12
0,032
Прототип
2,5
0,35
2,0
-
0,2
Механические свойства фольги толщиной 36 мкм приведены в таблице 2.
Механические свойства фольги толщиной 36 мкм
Таблица 2
№ хим. состава
Предел прочности, МПа
Предел текучести, МПа
Относительное удлинение, %
20°С
300°С
20°С
300°С
20°С
300°С
1
165
115
115
90
18,5
22,0
2
155
108
110
85
16,5
19,0
3
160
110
107
90
16,5
23,0
4
145
105
110
87
17,5
24,0
5
140
100
100
85
15,5
22,0
Прототип
144
108
105
86
10,0
16,5
Распределение показателей анизотропии приведены на чертеже.
Таким образом, предложен сплав на основе алюминия для получения фольги с высокими механическими свойствами, минимальной анизотропией и хорошей коррозионной стойкостью. Это позволяет эффективно использовать фольгу, полученную из предлагаемого сплава, для производства пищевых контейнеров и в качестве упаковки в медицине и химической промышленности. Применение предложенного сплава для производства изделий из фольги повышает выход годной продукции на операциях штамповки и глубокой вытяжки на 15-20%.