PL198511B1

PL198511B1 - Blacha lub taśma ze stopu glinu, sposób jej wytwarzania i jej zastosowanie

Info

Publication number: PL198511B1
Application number: PL369769A
Authority: PL
Inventors: Jean-Luc Hoffmann; Bruce Morere; Fabrice Helfer
Original assignee: Alcan Rhenalu
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2008-06-30
Also published as: WO2003074747A1; ATE348199T1; FR2836929A1; RS50328B; EP1481106B1; DE60310381T2; DE60310381D1; ES2279123T3; RS78404A; FR2836929B1; PL369769A1; AU2003238148A1; EP1481106A1

Abstract

1. Blacha lub ta sma ze stopu glinu o grubo sci zawartej mi edzy 1 i 5 mm, przeznaczona do wy- twarzania wyrobów t loczonych i gi etych o ma lym promieniu gi ecia, o nast epuj acym sk ladzie wyra zo- nym w procentach wagowych: Si < 0,3, Fe 0,2-0,4, Mn 0,3-0,45, Cr 0,04-0,1, Mg 4,5-5,5, Cu<0,1, Zn<0,1, inne pierwiastki < 0,05 ka zdy i < 0,15 lacznie, reszta glin, znamienna tym, ze ma w stanie wy zarzenia ze zdrowieniem granic e plastyczno sci R 0,2 w kierunku poprzecznym T 240 MPa, wyd lu- zenie A 80 15% i ró znic e R m -R 0,2 90 MPa. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest blacha lub taśma ze stopu glinu, sposób jej wytwarzania i jej zastosowanie.

Blacha lub taśma jest zwłaszcza stosowana do wytwarzania giętych elementów o małym promieniu gięcia a najczęściej tłoczonych, przeznaczonych zwłaszcza do konstrukcji samochodowej, z blach albo taśm ze stopu aluminiowego typu stopu aluminiowo-magnezowego, to jest stopu serii 5000 według nomenklatury stowarzyszenia Aluminum Association.

Stopy aluminiowo-magnezowe o zawartości magnezu większej niż 4% stosuje się szeroko w konstrukcjach samochodowych do części innych niż poszycie nadwozia, na przykład do wzmocnień albo elementów konstrukcji, ewentualnie kształtuje drogą wytłaczania albo gięcia. Umożliwiają one dobrą wytrzymałość mechaniczną, bez konieczności, jak w przypadku stopów poszycia serii 6000, obróbki cieplnej z przeprowadzeniem do roztworu i hartowaniem. Na przykład można wymienić stopy 5019, 5182 i 5083, których skład (w % wagowo) zarejestrowany w Aluminum Association jest przedstawiony w tabeli 1.

T a b e l a 1

Stop	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn
5019	< 0,40	< 0,50	0,10	0,1-0,6	4,5-5,6	< 0,20	< 0,20
5182	< 0,20	< 0,35	< 0,15	0,2-0,5	4,0-5,0	< 0,10	< 0,25
5083	< 0,40	< 0,40	< 0,10	0,4-1,0	4,0-4,9	0,05-0,25	< 0,25

Wytwarzanie elementów tłoczonych i giętych wymaga materiału, który ma podatność na kształtowanie wystarczającą do wykonywania tłoczonych części elementów oraz podatność na gięcie tym większą, gdy wymaga się uzyskania bardzo małych promieni gięcia, typowo rzędu grubości blachy. Ta podatność powinna być dobra zarówno w kierunku walcowania, jak i w kierunku prostopadłym. Blacha albo taśma powinna mieć możliwie wysoką wytrzymałość mechaniczną, tak aby zmniejszyć do maksimum grubość i uzyskać w ten sposób efekt optymalnej lekkości, wynikający ze stosowania aluminium, w porównaniu do stali. Z drugiej strony, elementy pojazdów samochodowych poddaje się obróbce cieplnej w czasie wypalania wymalowanego nadwozia, co ma miejsce w temperaturze wynoszącej od 150° do 200°C w ciągu 15 do 30 minut. Stąd należy uwzględniać ewentualną utratę wytrzymałości mechanicznej w czasie tej operacji i jest pożądane, aby ta utrata była możliwie niska. Celem wynalazku są blachy i taśmy ze stopu Al-Mg, umożliwiające spełnienie tych wymagań.

Przedmiotem wynalazku jest blacha lub taśma ze stopu glinu o grubości zawartej między 1 i 5 mm, przeznaczona do wytwarzania wyrobów tłoczonych i giętych o małym promieniu gięcia, o następującym składzie wyrażonym w procentach wagowych: Si < 0,3, Fe 0,2-0,4, Mn 0,3-0,45, Cr 0,04-0,1, Mg 4,5-5,5, Cu<0,1, Zn<0,1, inne pierwiastki < 0,05 każdy i < 0,15 łącznie, reszta glin, charakteryzująca się tym, że ma w stanie wyżarzenia ze zdrowieniem granicę plastyczności R0,2 w kierunku poprzecznym T > 240 MPa, wydłużenie A₈₀ > 15% i różnicę R_m-Ro,2 > 90 MPa.

Korzystnie różnica między granicą sprężystości w kierunku podłużnym L i kierunku poprzecznym T jest mniejsza niż 15 MPa.

Korzystnie różnica między granicą sprężystości w kierunku podłużnym L i kierunku poprzecznym T jest mniejsza niż 10 MPa.

Korzystnie różnica między granicą plastyczności przed i po obróbce utwardzania powłoki farby przez 20 minut w 185°C jest mniejsza niż 20 MPa.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania blachy lub taśmy określonej powyżej, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy, w których odlewa się płytę, walcuje się ją na gorąco do grubości e_c, walcuje na zimno do grubości końcowej e_f zawartej między 70 i 40% e_c i wyżarza ze zdrowieniem w temperaturze zawartej między 180 i 280°C bez późniejszego walcowania wygładzającego.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie blach lub taśm określonych powyżej do wytwarzania wzmocnień skrzydła drzwiowego lub okiennego pojazdu samochodowego i do wytwarzania podnośników.

Jedyna figura rysunku ilustruje wyniki z przykładu 1 granicy plastyczności R₀,₂ i promienia gięcia.

Wynalazek opiera się na wyborze wąskiego składu stopu Al-Mg zawierającego co najwyżej 4% Mg i szczególnego zakresu produkcji w celu uzyskania kompromisu właściwości, zwłaszcza pomiędzy

PL 198 511 B1 granicą plastyczności, wydłużenia i podatności na gięcie, sprzyjającego zwłaszcza wykonywaniu elementów tłoczonych i giętych o małym promieniu gięcia.

Stopy według wynalazku są stopami zawierającymi co najwyżej 4% Mg, jak wspomniane wyżej stopy 5182, 5019 albo 5083, a zwłaszcza co najwyżej 4,5%. Magnez przyczynia się do wytrzymałości mechanicznej i można nastawiać jego zawartość w zależności od wymaganej wytrzymałości mechanicznej. Poza granicą 5,5% Mg stop staje się trudniejszy do odlewania i wykorzystywania.

Szczególnie dobrze przystosowany skład jest następujący:

Si < 0,3, Fe 0,2-0,4, Mn 0,3-0,45, Mg 4,5-5,5, Cu < 0,1, Cr 0,04-01.

Kontrola ogólnej zawartości manganu i chromu jest istotnym punktem uzyskania ogółu wymaganych właściwości. Zawartość niższa niż 0,3% polepsza wydłużenie, natomiast obniża granicę plastyczności, bez polepszania zresztą podatności na gięcie. Zawartość wyższa niż 0,7% polepsza granicę plastyczności, bez zbytniego zmniejszenia wydłużenia, lecz nieoczekiwanie pogarsza promień gięcia.

Sposób wytwarzania taśm według wynalazku polega na odlewaniu płyty z branego pod uwagę stopu, jej walcowaniu na gorąco w celu otrzymania taśmy o grubości e_c, a następnie jej walcowaniu na zimno do grubości końcowej e_f wynoszącej od 1 do 5 mm. W celu uzyskania wymaganych właściwości grubość końcowa e_f powinna wynosić od 40 do 70% grubości taśmy walcowanej na gorąco e_c. Jeżeli stopień walcowania na zimno jest niewystarczający, to nie można osiągnąć wymaganej granicy plastyczności. Jeżeli natomiast jest on zbyt duży, to współczynnik zgniotu n staje się zbyt niski i podatność na odkształcenie jest niewystarczająca.

Taśma walcowana na zimno podlega na koniec wyżarzaniu ze zdrowieniem w temperaturze wynoszącej od 180° do 280°C. Kontrola tej temperatury jest ważna, ponieważ brak wyżarzania ze zdrowieniem albo temperatura zbyt niska szkodzą wydłużeniu. I odwrotnie, temperatura wyżarzania wyższa niż 280°C prowadzi do stanu rekrystalizacji o niedostatecznej wytrzymałości mechanicznej.

Podstawową cechą charakterystyczną sposobu wytwarzania taśm i blach według wynalazku jest brak ponownego zgniotu po wyżarzaniu ze zdrowieniem, albo drogą walcowania na zimno albo drogą wygładzania pod naprężeniem. Taki zgniot zwiększyłby z pewnością granicę plastyczności, lecz zmniejszyłby nadmiernie wydłużenie i współczynnik zgniotu, co byłoby niekorzystne dla podatności na odkształcenie i podatności na gięcie. Co więcej, w czasie wypalania powłok z farby traci się bardzo szybko zysk granicy plastyczności, podczas gdy w przypadku wyrobów wyżarzanych ze zdrowieniem i niezgniatanych utrata wytrzymałości mechanicznej przy wypalaniu powłok z farby jest mniejsza.

Inna zaleta braku zgniotu po wyżarzaniu ze zdrowieniem, zwłaszcza drogą wygładzania, polega na otrzymywaniu blach i taśm, które mają niską anizotropię, z różnicą pomiędzy granicami plastyczności w kierunku L i T mniejszą niż 15 MPa, a najczęściej mniejszą niż 10 MPa.

W celu uniknięcia ponownego zgniotu metalu po wyżarzaniu ze zdrowieniem konieczne jest dobre opanowanie płaskości taśmy w czasie walcowania na zimno, a przede wszystkim w czasie wykończania, a zwłaszcza w czasie ponownego cięcia na długość taśm stosunkowo wąskich o dość dużej grubości, gdzie należy unikać odkształceń typu ostrza szabli.

Blachy i taśmy według wynalazku nadają się szczególnie do wytwarzania elementów tłoczonych i giętych o małym promieniu gięcia, zwłaszcza w przemyśle samochodowym. W temperaturze 180° uzyskuje się promienie gięcia mniejsze niż grubość blachy albo taśmy, a nawet mniejsze niż 80% tej grubości. Współczynnik zgniotu n jest wyższy niż 0,10, co przyczynia się do szybkiego zwiększenia wytrzymałości mechanicznej elementów w czasie ich kształtowania, a zatem do stosowania mniejszych grubości.

Tytułem przykładu stosowania można wymienić przeciwintruzyjne wzmocnienia skrzydeł, które zawierają części tłoczone i gięte, i które poddaje się obróbce polegającej na wypalaniu powłok z farb a zwłaszcza warstw kataforetycznych. W przypadku obróbki przez 20 minut w temperaturze 200°C utrata granicy plastyczności pozostaje mniejsza niż 20 MPa. Inne interesujące zastosowanie blach i taśm według wynalazku polega na wytwarzaniu dźwigników, które umożliwiają znaczny zysk na ciężarze w porównaniu z dźwignikami stalowymi.

P r z y k ł a d 1

Odlewa się płyty z 7 różnych stopów A do G, przy czym stopy A do E mają skład według wynalazku, natomiast stopy F i G mają skład poza wynalazkiem. Składy (w % wagowo) są przedstawione w tabeli 1a.

PL 198 511 B1

T a b ela 1a

Stop	Mg	Mn	Cu	Si	Fe
A	4,62	0,37	0,06	0,13	0,30
B	4,76	0,36	0,05	0,10	0,31
C	4,61	0,35	0,05	0,14	0,37
D	4,53	0,36	0,05	0,09	0,29
E	5,18	0,35	0,06	0,11	0,18
F	4,58	0,27	0,02	0,04	0,17
G	5,10	0,81	0,05	0,11	0,34

Płyty poddawano walcowaniu na gorąco w celu otrzymania taśm o grubości 5 mm, a następnie walcowaniu na zimno do grubości 3 mm, to jest do 60% grubości taśmy walcowanej na gorąco. Taśmy poddawano wyżarzaniu ze zdrowieniem w temperaturze 200°C. Zmierzono granicę plastyczności R₀,₂w kierunku L, wydłużenie przy zerwaniu A₈₀ według normy NF EN 10002-1 względem prób rozciągania na materiałach metalicznych, oraz promień gięcia w temperaturze 180°. Wyniki są przedstawione w tabeli 2.

T a b e l a 2

Stop	R0,2 (MPa)	A80 (%)	Promień gięcia (mm)
A	239	15,5	1,8
B	223	16,2	1,5
C	225	17,5	1,4
D	220	16,5	1,7
E	258	16,8	2,0
F	235	16,9	2,5
G	279	12,2	2,8

Stwierdza się, że stop H o większej zawartości Mn ma wydłużenie < 15% i dość wysoki graniczny promień gięcia, większy niż 80% grubości. Stop F o niskiej zawartości Mn ma także dość wysoki promień gięcia. Na fig. 1 przedstawiono kompromis pomiędzy granicą plastyczności R₀,₂ i promieniem gięcia. Jako akceptowalny przyjmuje się promień 1,5 mm w przypadku R₀,₂ 200 MPa i 2,5 mm dla R₀,₂280 MPa. Punkty odpowiadające 5 stopom według wynalazku są przedstawione po lewej stronie prostej i wskazują na dobry kompromis pomiędzy tymi dwiema właściwościami. Punkty odpowiadające stopom F i G znajdują się po prawej stronie prostej i nie stanowią zatem żadnego akceptowanego kompromisu.

P r z y k ł a d 2

Obróbkę cieplną 20 min przeprowadzono odpowiednio w temperaturze 170°C, 185°C i 200°C, symulując wypalanie powłok z farb pojazdu samochodowego, na próbkach blachy z przykładu 1 ze stopu C i E i na próbce stopu C, który poddano ponadto zgniataniu drogą wyrównywania przez rozciąganie. Zmierzono charakterystyczne właściwości mechaniczne w kierunku długości, a mianowicie wytrzymałość na zerwanie Rm, granicę plastyczności R0,2 i wydłużenie A80 przed i po obróbce cieplnej. Wyniki są przedstawione w tabelach 3 (dla stopu C poddanego wyżarzaniu ze zdrowieniem), 4 (dla E) i 5 (dla C ze zgniataniem).

T a b e l a 3 (C bez zgniatania)

Wypalanie	bez	20 min 170°C	20 min 185°C	20 min 200°C
Rm (MPa)	325	316	314	313
R0,2 (MPa)	225	212	210	208
A80 (%)	17,5	16,6	18,5	19,0

PL 198 511 B1

T a b e l a 4 (E bez zgniatania)

Wypalanie	bez	20 min 170°C	20 min 185°C	20 min 200°C
Rm (MPa)	355	351	353	351
Ro,2 (MPa)	258	254	256	254
A80 (%)	16,8	16,2	16,6	16,7

T a b e l a 5 (C ze zgniataniem)

Wypalanie	bez	20 min 170°C	20 min 185°C	20 min 200°C
Rm (MPa)	328	320	315	313
Ro,2 (MPa)	242	214	210	207
A80 (%)	14,9	16,0	17,2	18,7

Stwierdza się, że spadek R₀,₂ na skutek obróbki cieplnej jest o wiele mniejszy w przypadku próbek bez zgniatania niż w przypadku próbki zgniatanej.

P r z y k ł a d 3

Na próbkach C i E z przykładu 1 zmierzono mechaniczne właściwości charakterystyczne R_m, R₀,₂ i A₈o w kierunku długości w temperaturze 45° i w kierunku poprzecznym. Wyniki są przedstawione w tabeli 6.

T a b e l a 6

	C wzdłuż	C 45°	C poprzecznie	E wzdłuż	E 45°	E poprzecznie
Rm (MPa)	324	325	324	357	347	352
Ro,2 (MPa)	225	229	230	258	247	255
A80 (%)	17,5	19,1	18,2	16,8	16,6	16,1

Stwierdza się, że mechaniczne właściwości charakterystyczne, a mianowicie granica plastyczności, zmieniają się bardzo niewiele w zależności od kierunku pomiaru.

P r z y k ł a d 4

Wylewa się płyty ze stopu o składzie:

Si	Fe	Mn	Mg	Cu	Cr
0,12	0,18	0,33	4,57	0,04	0,04

Zmieniano grubość wyjściową walcowania na gorąco, przy czym grubość końcowa pozostawała przy 3 mm, tak że stosunek e_f/e_c zmieniano od 70 do 40%. Zmieniano także końcową temperaturę wypalania od 200° do 320°C, przy czym nie prowadzono żadnego późniejszego zgniatania przy wypalaniu końcowym. W każdym z przypadków zmierzono wytrzymałość na zerwanie R_m, granicę plastyczności R_o,₂, wydłużenie A i współczynnik zgniotu n. Wyniki odpowiadające średniej z 5 pomiarów są przedstawione w tabeli 7.

PL 198 511 B1

T a b e l a 7

ef/ec (%)		200°C	230°C	260°C	290°C	320°C
70	Rm (MPa)	305	304	296	289	266
	R02 (MPa)	207	207	197	179	126
	A80 (%)	16,4	17,8	18,7	21,4	25,5
	n	0,168	0,172	0,178	0,203	0,309
60	Rm (MPa)	317	313	307	285	267
	R02 (MPa)	228	222	216	166	132
	A80 (%)	15,9	17,5	18,7	23,6	25,9
	n	0,155	0,157	0,165	0,242	0,312
50	Rm (MPa)	339	332	333	283	268
	R0,2 (MPa)	261	253	244	161	138
	A80 (%)	15,2	17,1	18,6	24,6	27,0
	n	0,135	0,141	0,155	0,262	0,307
40	Rm (MPa)	338	330	337	278	268
	R0,2 (MPa)	260	251	248	156	142
	A80 (%)	14,5	16,1	18,9	25,0	25,9
	n	0,133	0,137	0,156	0,274	0,304

Stwierdza się znaczny spadek R_m, a przede wszystkim R₀,₂, gdy temperatura wypalania końcowego przechodzi od 260° do 290°C, co odpowiada przejściu do temperatury rekrystalizacji. Z drugiej strony przy danej temperaturze wyżarzania ze zdrowieniem stwierdza się, że gdy stosunek e_f/e_czmniejsza się, to jest gdy walcowanie na zimno jest większe, to R₀,₂ zwiększa się, natomiast wydłużenie i współczynnik zgniotu n zmniejszają się.

Claims

1. Blacha lub taśma ze stopu glinu o grubości zawartej między 1 i 5 mm, przeznaczona do wytwarzania wyrobów tłoczonych i giętych o małym promieniu gięcia, o następującym składzie wyrażonym w procentach wagowych: Si < 0,3, Fe 0,2-0,4, Mn 0,3-0,45, Cr 0,04-0,1, Mg 4,5-5,5, Cu<0,1, Zn<0,1, inne pierwiastki < 0,05 każdy i < 0,15 łącznie, reszta glin, znamienna tym, że ma w stanie wyżarzenia ze zdrowieniem granicę plastyczności R0,2 w kierunku poprzecznym T > 240 MPa, wydłużenie A₈₀ > 15% i różnicę R_m-R₀,₂ > 90 MPa.

2. Blacha lub taśma według zastrz. 1, znamienna tym, że różnica między granicą sprężystości w kierunku podłużnym L i kierunku poprzecznym T jest mniejsza niż 15 MPa.

3. Blacha lub taśma według zastrz. 2, znamienna tym, że różnica między granicą sprężystości w kierunku podłużnym L i kierunku poprzecznym T jest mniejsza niż 10 MPa.

4. Blacha lub taśma według jednego z zastrz. 1, znamienna tym, że różnica między granicą plastyczności przed i po obróbce utwardzania powłoki farby przez 20 minut w 185°C jest mniejsza niż 20 MPa.

5. Sposób wytwarzania blachy lub taśmy określonej w zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których odlewa się płytę, walcuje się ją na gorąco do grubości ec, walcuje na zimno do grubości końcowej ef zawartej między 70 i 40% ec i wyżarza ze zdrowieniem w temperaturze zawartej między 180 i 280°C bez późniejszego walcowania wygładzającego.

6. Zastosowanie blach lub taśm określonych w zastrz. 1 do wytwarzania wzmocnień skrzydła drzwiowego lub okiennego pojazdu samochodowego.

7. Zastosowanie blach lub taśm określonych w zastrz. 1 do wytwarzania podnośników.