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Verfahren zur Herstellung von lackierten, dünnen Aluminiumblechen
mit hoher mechanischer Festigkeit Es ist seit langem bekannt, Bleche aus Aluminium
oder Aluminiumlegierungen in lackiertem oder unlackiertem Zustand als Austauschwerkstoff
für Weißblech zu verwenden. Wenn es sich z. B. um die Herstellung von Konserven-
und anderen Dosen sowie von Flaschenverschlußkapseln nach Art der Kronenkorke handelt,
werden Bleche von einer Dicke verlangt, die höchstens 0,8 mm und mindestens 0,1
mm beträgt und vorzugsweise bei 0,25 bis 0,35 mm liegt. Die bisher für solche Zwecke
gelieferten Bleche, die fast ausschließlich in Bandform erzeugt werden, hatten eine
mechanische Festigkeit, welche diejenige von Weißblech nicht erreichte, insbesondere
nicht, wenn sie in lackiertem Zustand gebraucht wurden. Verwendet man nämlich hartgewalztes
Blech aus Reinaluminium oder niedriglegiertem Aluminium in lackiertem Zustand (wobei
die Lackierung als Korrosionsschutz und gegebenenfalls zusätzlich als Haftgrund
für einen etwaigen Kunststoffbelag dient), so wird das Metall beim Erwärmen zwecks
Trocknens und gegebenenfalls Einbrennens des Lacküberzuges weichgeglüht, so daß
es beispielsweise für Kronenkorke und Dosen keine genügende Festigkeit mehr aufweist.
Bleche aus hochlegiertem Aluminium, z. B. aus AlMg 5, die im weichgeglühten Zustand
noch beachtliche Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung und Härte aufweisen,
scheiden vor allem aus preislichen Gründen als Austauschwerkstoff für Weißblech
bei der Herstellung von Massenprodukten wie Dosen und Kronenkorken aus. Der Werkstoff
des Bleches darf kaum teurer sein als Reinaluminium.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zur Herstellung von
lackierten dünnen Aluminiumblechen, deren mechanische Eigenschaften etwa derjenigen
des üblichen Weißbleches gleicher Stärke entsprechen und mit letzterem Werkstoff
auch preislich konkurrieren können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß eine Aluminiumlegierung
mit 0,3 bis 0,70/0
Magnesium, 0,3 bis 0,7% Silizium und gegebenenfalls
weiteren Zusätzen an Zink, Chrom, Mangan und/oder Titan, insgesamt aber nicht mehr
als 1,51/o an Legierungszusätzen, bei mindestens zweifacher Endstärke dem Lösungsglühen
mit nachfolgendem Abschrecken unterzogen, dann bis zur Erreichüng eines Kalthärtungseffektes
kaltgelagert, auf Endstärke kaltgewalzt und hierauf lackiert und warm ausgelagert
wird.
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Vorzugsweise erfolgt das Lösungsglühen und Abschrecken schon bei einer
höheren als der zweifachen, z. B. der drei- bis fünffachen Endstärke, und die Kaltlagerung
bei Raum- oder nur etwas erhöhter Temperatur, z. B. bei 40 bis 60° C. -Der aufzutragende
Lack muß angesichts des Verwendungszwecks der Bleche (Tiefziehen zu Dosen, Flaschenverschlußkapseln
u: dgl.) tiefziehfähig sein, wird vorteilhaft als Lösung aufgetragen, und das lackierte
Blech wird bis zur Trocknung bzw. zum Einbrennen des Lacks bei Temperaturen zwischen
120 und 240° C erwärmt. Dabei wird im Vergleich zum kaltgewalzten Zustand nicht
nur die Verformbarkeit, sondern auch die-mechanische Festigkeit des Blechs erhöht.
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Wird das Lösungsglühen bei zweifacher Endstärke vorgenommen, so beträgt
beim Kaltwalzen der Verformungsgrad 50%; wird das Lösungsglühen bei fünffacher Endstärke
vorgenommen, so beträgt er 80%. Dieser Wert darf überschritten werden, sofern die
gewünschte mechanische Festigkeit noch erreicht wird.
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Das Lagern zwecks Herbeiführens des Kalthärtungseffektes wird vorzugsweise
so lange durchgeführt, bis praktisch der voll ausgehärtete Zustand erreicht ist;
bei einer Legierung z. B., die aus Aluminium mit 0,4% Mg und 0,6% Si besteht, ist
es empfehlenswert, eine Lagerdauer von mindestens 2 Tagen bei Zimmertemperatur bzw.
etwas kürzer
bei leicht erhöhter Temperatur zu wählen. Vorzugsweise
wird bei Raumtemperatur während 3 bis 4 Tagen gelagert. Selbstverständlich schadet
eine längere Lagerungsdauer in keiner Weise, da das Material nach dem Aushärten
unverändert bleibt.
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Das Aluminiumlegierungsblech wird vorzugsweise in Bandform gewalzt
und weiterverarbeitet. Je nach dem Verwendungszweck wird es nach dem Trocknen bzw.
Einbrennen des Lackes in Formate geschnitten, ausgestanzt, in mehrere schmalere
Bänder getrennt oder in aufgerollter Form dem Besteller geliefert.
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Als Lacke, die einen tiefziehfähigen Überzug liefern, kommen vorzugsweise
Äthoxylinharze, Epoxyharze und Polyvinylchlorid-Mischpolymerisate in Frage.
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Beim Lagern nach dem dem Lösungsglühen folgenden Abschrecken (das
beispielsweise in kaltem oder lauwarmem Wasser oder auch im Luftstrom vorgenommen
werden kann) steigen die Werte für die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Härte
an. Ein weiterer Anstieg erfolgt während des Kaltwalzens; die Bruchdehnung nimmt
dabei jedoch ab (bei einer Aluminiumlegierung mit 0,4 % Mg und 0,6 % Si beispielsweise
auf einen Wert von 6 bis 3 %). In diesem Zustand reicht die Verformbarkeit beispielsweise
für das Tiefziehen von Dosen oder für die Herstellung von Kronenkorken nicht aus.
Wird nun das kaltgewalzte Blech lackiert und zwecks Trocknens und gegebenenfalls
Einbrennens des Lackes während 10 Minuten bis 30 Sekunden auf 120 bis 240° C erwärmt,
so tritt gleichzeitig eine Kristallerholung mit einer Erhöhung der Bruchdehnung
auf beispielsweise 10 bis 15 % und nachfolgendem Anstieg von Streckgrenze, Zugfestigkeit
und Härte ein. Es wird also eine Verbesserung der mechanischen Werte des vergüteten
und kaltgewalzten Bleches mit einem Trocknen und gegebenenfalls Einbrennen des Lacküberzuges
verbunden.
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Es war schon bekannt, einzelne Gegenstände aus normal legiertem AlMgSi
nach dem Lösungsglühen und dem Abschrecken zu lackieren und hierauf zu erhitzen,
um gleichzeitig den Lack einzubrennen und das AlMgSi warmzuhärten. Es handelte sich
aber weder um ein niedriglegiertes Aluminium noch um das Lackieren und Warmhärten
einer kalt ausgehärteten Aluminiumlegierung noch um ein Material, das nach der letzten
Erwärmung einer starken Verformung ausgesetzt werden kann und dabei als Austauschwerkstoff
für Weißblech in Frage kommt, noch um ein Material, das bei der Herstellung von
Massenprodukten mit dem Weißblech preislich konkurrieren kann. Durch die Kombination
der verschiedenen Arbeitsgänge (Lösungsglühen, Abschrecken, Kalthärten, Kaltwalzen,
Warmhärten in Verbindung mit der Lacktrocknung) konnte erreicht werden, daß Streckgrenze,
Zugfestigkeit, Härte und Dehnung auch bei der Lacktrocknung noch ansteigen. Ohne
das dem Lösungsglühen und Abschrecken folgende Kalthärten erreicht man durch Vergütung
des Bleches in einer Endstärke von beispielsweise 0,25 bis 0,45 mm nicht ausreichende
Werte für Streckgrenze, Zugfestigkeit und Härte, wenn es sich z. B. um die Herstellung
von Kronenkorken oder von Dosen handelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet außer den erwähnten Vorteilen
(zunehmende Verbesserung der mechanischen Festigkeit während der letzten Arbeitsgänge,
Kombination der Warmhärtung mit der Lacktrocknung) noch weitere wichtige Vorteile:
1. Das Lösungsglühen mit Abschrecken muß nicht bei Endstärke durchgeführt werden,
sondern bei erheblich dickerer Materialstärke; ein Vergüten durch Lösungsglühen
und nachfolgendes Abschrecken bei Stärken von beispielsweise 0,25 bis 0,45 mm ist
unwirtschaftlich, technisch schwer durchzuführen und ergibt nicht die maximalen
Festigkeitswerte.
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2. - Meistens ist die Oberfläche der vergütbaren Aluminiumlegierungen,
auch der niedriglegierten, nach dem Lösungsglühen und dem Abschrecken leicht grau;
beim Warmaushärten wird die graue Oberfläche beibehalten. Beim Kaltwalzen des vergüteten
Materials nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dessen Oberfläche dagegen wieder
walzblank, was für die Verwendung des Materials sehr vorteilhaft ist.
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Beispiel Ein Aluminiumband mit 0,4 % Mg und 0,6 % Si wird bei einer
Zwischenstärke von 1 bis 1,5 mm einem Lösungsglühen unterworfen, in Wasser abgeschreckt
und kalt ausgehärtet, wobei die Streckgrenze von 4 bis 6 kg/mm2 auf 8 bis 15 kg/mm2
ansteigt, die Zugfestigkeit von etwa 10 auf etwa 20 kg/mm2 und die Brinellhärte
- von 20 bis 30 auf 55 bis 60 kg/mm2. Beim nachfolgenden Kaltwalzen auf eine Endstärke
von 0,3 mm (Kaltwalzgrad 70 bis 80%) steigt die Streckgrenze auf 28 bis 34 kg/mm2,
die Zugfestigkeit auf 30 bis 35 kg/mm2 und die Brinellhärte auf 90 bis 100 kg/mm2.
In diesem Zustand beträgt die Bruchdehnung nur noch 3 bis 4 %, d. h., die Verformbarkeit
ist z. B. für die Herstellung von Kronenkorken ungenügend. Wird nun ein so hergestelltes
Blech lackiert, was z. B. nach dem Verfahren gemäß der deutschen Auslegeschrift
1063 941 geschehen kann, und der Lacküberzug bei einer Temperatur zwischen 120 und
240° C getrocknet, so läßt sich ein beträchtlicher Dehnungsgewinn feststellen (es
kann z. B. ein Wert von 15 % erreicht werden), während Streckgrenze und Zugfestigkeit
nicht absinken, sondern um etwa 6 bis 8 bzw. 8 bis 10% zunehmen. Die mechanische
Festigkeit des auf diese Weise hergestellten Materials entspricht etwa derjenigen
des üblichen Weißbleches gleicher Stärke.