сплав на основе алюминия для получения фольги

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия для получения фольги, включающий железо, кремний, марганец, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 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.

Описание изобретения к патенту

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

вытяжку, а именно: со следующими характеристики прочности и пластичности ( _B>140 МПа, _0,2>85 МПа, >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%.