Aluminium-Knetlegierung

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminium-Knetlegierung, die gekennzeichnet ist durch 1,15 bis 2,0 % Mangan, 1,0 bis 2,0 % Silizium, 0,25 bis 0,65 % Magnesium, 0,2 bis 1,0 % Eisen, höchstens 0,3 % Kupfer, höchstens 0,2 % Zink, höchstens 0,1 % Zirkonium, höchstens 0,1 % Titan, Rest Aluminium, einschließlich insgesamt maximal 0,2 % sonstige Verunreinigungen,
auf deren Verwendung für Halbzeuge und Fertigteile sowie auf Verfahren zur Erzielung verbesserter Eigenschaften, insbesondere verbesserter Festigkeitswerte an Halbzeugen und Fertigteilen aus dieser Legierung.
Insbesondere soll die gesuchte Legierung zur Herstellung von Getränkedosen (Dosenkörper und Deckel), sowie zur Herstellung von löt- und emaillierbaren Halbzeugen geeignet sein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminium-Knetlegierung, auf deren Verwendung für Halbzeuge und Fertigteile sowie auf Verfahren zur Erzielung verbesserter Eigenschaften, insbesondere verbesserter Festigkeitswerte an Halbzeugen und Fertigteilen aus dieser Legierung.

[0002] Aluminium läßt sich durch Zulegieren anderer Metalle in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften in vielfältiger Form abwandeln und durch Verfahrensmaßnahmen auf bestimmte Ziele hin verbessern.

[0003] So ist beispielsweise aus der DE-AS 17 58 801 ein Verfahren zur Herstellung eines Dosenkörpers bekanntgeworden, bei dem eine Aluminiumlegierung zu einem dünnen Band ausgewalzt und sodann durch Tiefziehen und Abstreckziehen der Dosenkörper

[0004] geformt wird. Es wird vorgeschlagen, nicht wie üblich von einem weichgeglühten Bandabschnitt auszugehen, sondern für das Tiefziehen und Abstreckziehen ein mindestens 75 % kaltverfestigtes Band aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 96,5 % Aluminium, 0,75 bis 2,5 % Eisen und 0,1 bis 2,5 % Magnesium und/oder 1,1 bis 1,5 % Mangan mit Silizium und anderen zufälligen Beimengungen von höchstens 1 % zu verwenden. Auf diese Weise können zwar Dosenkörper ausreichender Festigkeit hergestellt werden, nicht aber Dosendeckel, für die eine Zugfestigkeit im kaltverfestigten Zustand von mindestens 350 N/mm² und eine Dehnung von mindestens 6 % verlangt werden. Als Ausgangsmaterial für die Fertigung von Dosenkörpern und Deckeln sind daher zwei verschiedene Aluminiumlegierungen erforderlich, wobei erhebliche Nachteile in Kauf genommen werden müssen, auf die weiter unten noch eingegangen wird.

[0005] Nach dem aus der DE-OS 18 17 243 bekanntgewordenen Verfahren, können feinkörnige Bänder aus manganhaltigen Aluminiumlegierungen hergestellt werden, indem beim Weichglühen das Band vor Erreichen der Weichglühtemperatur mindestens 5 Stunden im Temperaturbereich von 160°C bis knapp unter der Temperatur der vollständigen Rekristallisation gehalten wird. Die Zugfestigkeitswerte eines derartig behandelten, 0,1 mm dicken Bandes einer A1-Mn-Legierung mit 1,2 % Mn, 0,6 % Fe, 0,3 % Si, 0,1 % Cu, liegen im rekristallisierten Zustand bei 110 bis 130 N/mm², was für viele Anwendungszwecke zu niedrig ist.

[0006] Nach einem weiteren - aus der DE-AS 22 21 660 bekanntgewordenen - Verfahren-, kann die Bruchdehnung von Aluminiumlegierungen hoher Festigkeit durch ein mehrstufiges Glüh-und Umformverfahren verbessert werden. Dieses Verfahren soll für Legierungen mit 0,05 bis 1 % Eisen, 0,05 bis 1 % Silizium sowie mindestens einem der Legierungszusätze aus der Gruppe bis zu 5 % Magnesium, weniger als 3 % Mangan, weniger als 1 % Kupfer, weniger als 0,5 % Chrom, weniger als 0,5 % Zink, weniger als 0,5 % Zirkonium, weniger als 0,5 % Titan und/oder weniger als 0,1 % Bor, Rest Aluminium mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen von insgesamt weniger als 1,5 %, einzeln jedoch weniger als 0,5 %, geeignet sein. Abgesehen davon, daß das Verfahren vergleichsweise aufwendig ist, sind die Zugfestigkeitswerte im Bereich von 450 N/mm² und höher bzw. die Dehnungswerte von mindestens 5 %,nur für eine Legierung mit 0,08 % Silizium, 0,44 % Kupfer, 0,77 % Mangan, 0,10 % Chrom, 2,9 % Magnesium, 0,02 % Zink, 0,17 % Eisen, 0,01 % Titan, Rest Aluminium, dargelegt, die wegen des hohen Magnesiumgehaltes für Gegenstände, die durch Tief-und Abstreckziehen geformt oder die löt- und emaillierbar sein müssen, nicht geeignet sind.

[0007] Aus alledem ergibt sich, daß die Bemühungen um eine Verbesserung der Eigenschaften von Aluminiumlegierungen häufig zwar erfolgreich sind, zugleich aber auch zu einer weiteren Anwendungs-Spezialisierung der Werkstoffe führen, was im Hinblick auf die Notwendigkeit der Rohstoff- und Energieeinsparungen unerwünscht ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielfältig anwendbare Aluminium-Knetlegierung zu schaffen, die - bei ggfs. unterschiedlicher Verarbeitung - ein breites Eigenschaftsfeld abdecken kann, die weder bei der Herstellung noch beim Rezyklieren besondere Schwierigkeiten bereitet und die mit den für Aluminium üblichen und unproblematischen Legierungselementen auskommt.

[0008] Diese Aufgabenstellung sei anhand von zwei speziellen Problemkreisen noch näher erläutert.

[0009] Aluminium-Dosen werden seit Jahren in steigendem Maße als Einweg-Behälter für Getränke, insbesondere für Bier und kohlensäurehaltige Erfrischunsgetränke verwendet. Sie bestehen aus einem durch Tief- und Abstreckziehen hergestellten einteiligen Dosenkörpern und einem nach dem Befüllen aufgebördelten Deckel mit Aufreißlasche. Ausgangsmaterial für die Fertigung der Dosenkörper und Deckel sind gewalzte Bänder aus voneinander abweichenden Aluminiumlegierungen.

[0010] Für die Deckel wird üblicherweise eine AlMg 4,5 Mn-Legierung (US-Bezeichnung 5182) in hoch kaltverfestig-¹ tem Zustand (H 19) verwendet, die nach der teilweisen Entfestigung beim Einbrennlackieren eine Zugfestigkeit von mindestens 350 N/mm² und eine Dehnung von mindestens 6 % aufweist. Diese Werte müssen eingehalten werden, damit der durch Einprägungen längs der Aufreißlinie geschwächte Deckel einerseits dem geforderten Berstdruck für mit C0₂-haltigen Getränken gefüllte Dosen standhal-. ten kann und andererseits ein rißfreies Aufbördeln möglich ist. Die genannte Legierung ist - wie langjährige Versuche gezeigt haben - selbst mit geringerer Kaltverfestigung für die Herstellung der Dosenkörper nicht geeignet. Da das angestrebte Verhältnis von Höhe zu Durchmesser durch Tiefziehen allein nicht zu erreichen ist, werden die Dosen durch Tief- und Abstreckziehen hergestellt. Dabei hat sich herausgestellt, daß Legierungen mit einem Mg-Gehalt von mehr als 1 % beim Abstreckziehen zum Abrieb und Anhaften am Werkzeug neigen, was zu unerwünschten Ziehriefen und häufigen Stillstandszeiten führt. Eine wirtschaftliche Fertigung der Dosenkörper ist mit derartigen Legierungen nicht möglich. Für die Herstellung des Dosenkörpers wird daher ganz überwiegend eine AlMn1 Mg 1-Legierung (US-Bezeichnung 3004) verwendet. Sie weist nach dem Einbrennlackieren die geforderte Zugfestigkeit von mindestens 270 N/mm² und eine Dehnung von 1 % auf und läßt sich einwandfrei abstreckziehen.

[0011] Die im Hinblick auf die unterschiedlichen Anforderungen bisher übliche Verwendung von zwei verschiedenen Aluminiumlegierungen für die Herstellung von Getränkedosen, erfordert nicht nur ein durchgehend zweigleisiges Fertigungsverfahren mit sorgfältiger Trennung des insbesondere beim Ausstanzen der Ronden in größerem Umfang anfallenden Abfallmaterials, sie erschwert auch ganz erheblich die Bestrebungen zur Material- und Energieeinsparung durch Rezyklieren der geleerten Dosen. Beim Einschmelzen rückgeführter Dosen erhält man je nach Schrottanteil eine Legierung mit ca. 1 % Mn und mehr als 1 aber weniger als 4,5 % Mg, die ohne legierungstechnische Maßnahmen weder für die Herstellung von Deckeln noch für die Herstellung von Dosenkörpern geeignet ist. Um auf eine der beiden brauchbaren Legierungen zu kommen, müssen teure Rohmetalle zulegiert werden, wodurch das Rezyklieren für den einzelnen Hersteller wirtschaftlich an Interesse verliert und deswegen die gesamtwirtschaftlich notwendige Altmaterialrückführung nicht in dem wünschenswerten Maße gefördert wird.

[0012] Zur Überwindung der genannten Schwierigkeiten ist in der US-PS 37 87 248 ein Verfahren zur Herstellung von Bändern für die Deckelfertigung vorgeschlagen worden, bei dem von einer Legierung ausgegangen wird, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweist, wie die für den Dosen- körper zu verwendende.

[0013] Die Legierung soll 0,5 bis 2 % Mn und 0,4 bis 2 % Mg, Rest im wesentlichen Al, enthalten. Nach einer Homogenisierungsglühung von 2 bis 24 Stunden bei etwa 455 bis 655⁰C (850 bis 1150°F) wird das Material in mehreren Schritten unter Einhaltung bestimmter Starttemperaturen und Abwalzgrade warm und kalt abgewalzt und anschließend einer Wärmebehandlung zur Stabilisierung des Gefügezustandes unterzogen. Im günstigsten Fall wird eine Zugfestigkeit von 316 N/mm² (45 psi) bei einer Dehnung von 4 % erreicht. Man sieht, daß trotz eines vergleichsweise aufwendigen Herstellungsverfahrens die eingangs erwähnten Forderungen nicht erfüllt werden. Diese könnten erreicht werden, wenn der obere Teil des angegebenen Mg-Bereiches, d.h. über 1 bis 2 % ausgenützt würde. Dann ist die Legierung für die Herstellung von Dosen-körpern durch Abstreckziehen mit Sicherheit aber nicht geeignet. Das in der US-PS vorgeschlagene Verfahren kann daher nicht als ein befriedigender Kompromiß angesehen werden.

[0014] Nach einem anderen Vorschlag (DE-OS 29 01 020) wird von einer Legierung mit 0,4 bis 1 % Mn und 1,3 bis 2,5 % Mg ausgegangen, die mittels Bandgießmaschine kontinuierlich zu einem Band vergossen werden soll. Das Gußband soll warm zwischen vorzugsweise 490 und 280°C mindestens 70 % abgewalzt und aufgehaspelt werden, dann an ruhender Luft abkühlen und schließlich auf Enddicke kalt gewalzt werden. Die erreichten Zugfestigkeitswerte liegen im kaltverfestigten Zustand unter 350 N/mm² und fallen je nach der zur Simulation des Lackeinbrennens angewandten Glühtemperatur auf 330 bis 310 N/mm² ab. Die angestrebte Dehnung von mindestens 6 % wird nur erreicht, wenn die Glühtemperatur mindestens 200°C beträgt, wobei jedoch die Zugfestigkeit nur noch etwa 325 N/mm beträgt. Auch für diesen Vorschlag gilt also, daß die angestrebten Werte für das Deckelmaterial nicht erreicht werden konnten. Hinsichtlich der Schwierigkeiten beim Abstreckziehen wird lediglich erwähnt, daß die angewandte Legierung eine geringere Neigung zum Haften am Werkzeug zeigt, als konventionelle Dosenbandlegierungen. Insgesamt bringt daher auch der Gegenstand der DE-OS 29 01 020 keine befriedigende Lösung des geschilderten Problems.

[0015] Es besteht somit weiterhin die Aufgabe, eine für Deckel und Dosenkörper gleichermaßen geeignete Aluminiumlegierung anzugeben.

[0016] Für andere Anwendungsbereiche werden löt- und emaillierbare Aluminiumlegierungen benötigt, die außerdem bestimmte Mindest-Festigkeitswerte im vollständig rekristallisierten Zustand aufweisen müssen.

[0017] Als löt- und emaillierbar werden Halbzeuge und Fertigteile bezeichnet, die - abgesehen von einer evtl. notwendigen Entfettung - keine aufwendige Vorbehandlung durch Chromatieren, Eloxieren, Plattieren, Galvanisieren oder dergleichen erfordern. Als vollständig rekristallisiert wird der thermodynamisch stabile Zustand des Gefüges verstanden, der bei Halbzeugen oder Fertigteilen auch mit "weich" bezeichnet wird.

[0018] Aus DIN 1725 in Verbindung mit DIN 1745, jeweils Teil 1 (Ausgabe Dezember 1976) ist eine Al-Mn-Legierung (Werkstoff-Nr. 3.0515) bekannt, die im weichen Zustand eine Mindestzugfestigkeit von 90 N/mm² und eine 0,2-Streckgrenze von 35 N/mm² aufweist. Durch einen Zusatz von Cu (Werkstoff-Nr. 3.0517) kann die Zugfestigkeit zwar auf 145 N/mm² verbessert werden, die 0,2-Streckgrenze bleibt jedoch bei 35 _N/mm². Durch einen Zusatz von Mg (Werksbff-Nr. 3.026) kann die Mindestzugfestigkeit auf 155 N/mm² und die 0,2-Streckgrenze auf 60 N/mm² im weichen Zustand gesteigert werden.

[0019] Beide festigkeitssteigernden Maßnahmen genügen den hier gestellten Anforderungen nicht und sind in anderer Hinsicht nachteilig. Während der Zusatz von Cu in Mengen von 0,05 bis 0,20 % bereits eine erhebliche Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit mit sich bringt, ist eine Al-Mn-Legierung mit 0,8 bis 1,3 % Mg nicht mehr löt- oder emaillierbar. Die eingangs genannten Bedingungen sind auf diesem Wege also nicht zu erfüllen.

[0020] Bekannt sind auch löt- und emaillierbare Al-Mn-Legierungen mit verbesserten Festigkeitseigenschaften, deren Anwendungsbereich durch einen Zusatz von Zirkonium und/oder Chrom erweitert worden ist (vergl. DE-PS 16 08 198, 16 08 766, DE-AS 25 29 064, DE-OS 25 55 095). In diesen Fällen handelt es sich jedoch nur um die Erzeugung eines rekristallisationsträgen Gefüges, d.h. um eine Verschiebung des Festigkeitsabfalles zu höheren Temperaturen hin. Im voraussetzungsgemäß "weichem" Zustand liegen die Festigkeitswerte dieser Legierung wieder deutlich unter den an- - gestrebten Werten.

[0021] Aus derartigen Legierungen hergestellte Teile können bei der Fertigung (Löt- und Emailliervorgänge) oder auch bei ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch höheren Temperaturen ausgesetzt werden als übliche Al-Mn-Legierungen, weil der Zr- und/oder Cr-Zusatz einen nennenswerten Abfall der durch Kaltumformung erzielten Gefügeverfstigung bei Temperatureinwirkungverhindert. Die Rekristallisationshemmung bleibt jedoch nur bis zu einer bestimmten Temperatur bzw. Einwirkungsdauer bestehen. Werden gewisse Grenzwerte während der Fertigung der Teile oder bei deren bestimmungsge--mäßen Gebrauch überschritten, so geht bei diesen Legierungen das Gefüge oft in den thermodynamisch stabilen, d.h. weichen Zustand über, wodurch die Festigkeitswerte für viele Anwendungsfälle nicht mehr ausreichend sind.

[0022] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung läßt sich demnach dahingehend ergänzen, daß eine Aluminiumlegierung gesucht wird, die sowohl allen Anforderungen genügt, die bei der Getränkedosenherstellun^g erfüllt sein müssen, als auch den Anforderungen, die bei der Herstellung von löt- und emaillierbarem Halbzeug und Fertigteilen verlangt werden.

[0023] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Aluminium-Knetlegierung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch 1,15 bis 2 % Mangan, mehr als 1,0 und bis 2,0 % Silizium, 0,25 bis 0,65 % Magnesium, 0,2 bis 1,0 % Eisen, höchstens 0,3 % Kupfer, höchstens 0,2 % Zink, höchstens 0,1 % Zirkonium, höchstens 0,1 % Titan, Rest Aluminium, einschließlich insgesamt maximal 0,2 % sonstige Verunreinigungen.

[0024] Der Siliziumgehalt der Aluminium-Knetlegierung beträgt vorzugsweise 1,2 bis 1,8 % oder noch besser 1,38 bis 1,57 %.

[0025] Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens, kann die Aluminium-Knetlegierung auch einen Siliziumgehalt von 0,85 bis 2 % aufweisen, wenn die Legierungsgehalte außerdem wie folgt aufeinander abgestimmt sind:

[0026] Ferner ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Aluminium-Knetlegierung die zuvor genannten eingeschränkten Siliziumbereiche mit den vorstehenden Abstimmungsbedingungen zu kombinieren.

[0027] Zur weiteren Verbesserung von Festigkeit und Dehnung enthält die Legierung 0,1 bis 0,3 % Cu, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 %.

[0028] Ein weiterer Aspekt des Erfindungsgedankens bezieht sich auf Halbzeuge, insbesondere Walzbänder, die aus einer Legierung gemäß den vorgenannten Zusammensetzungen bestehen. Insbesondere betrifft der Erfindungsgedanke auch Halbzeuge oder Fertigteile aus dieser Legierung, die im kaltverfestigten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 350 N/mm² und eine Dehnung von mindestens 6 % aufweisen. Andererseits sollen die Halbzeuge oder Fertigteile aus dieser Legierung im vollständig rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm² und eine Streckgrenze von mindestens 80 N/mm² aufweisen. Schließlich lassen sich aus der Legierung Halbzeuge oder Fertigteile herstellen, die im kaltverfestigten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 350 N/mm² und eine Dehnung von mindestens 6 % aufweisen und die im vollständig rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm² und eine Streckgrenze von mindestens 80 N/mm² aufweisen.

[0029] Zur Herstellung von Walzbändern aus einer Legierung entsprechend der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, geht man zweckmäßigerweise so vor, daß ein Gußblock warm und/oder kalt bis auf eine Zwischendicke D_z abgewalzt wird, daß danach das Zwischenband bei 450 bis 580°C einer Rekristallisationsglühung unterworfen wird und daß schließlich das Zwischenband mit einer Mindestgeschwindigkeit V ( K/s) abgekühlt und mit einem Mindestabwalzgrad ϕ (%) auf die Enddicke D_e abgewalzt wird. Bei der Herstellung ist je nach der geforderten Endfestigkeit R_m (N/mm²) folgende Bedingung einzuhalten:

[0030] Bei einer geforderten Endfestigkeit des Walzbandes im Bereich 220 bis 275 N/mm², kann das vorgenannte Verfahren dahingehend abgewandelt werden, daß das Zwischenband bei 450 bis 580°C geglüht, an ruhender Luft abgekühlt und mit einem Endabwalzgrad f = f (R_m) gemäß Diagramm in Figur 2 kalt auf Enddicke abgewalzt wird. Andererseits kann bei einer geforderten Endfestigkeit im Bereich 220 bis 275 N/mm² auch so vorgegangen werden, daß in üblicher Weise direkt auf Enddicke abgewalzt, danach das Band bei 450 bis 580°C rekristallisierend geglüht und mit einer Geschwindigkeit V = f (R ) gemäß Diagramm in Figur 3 auf unter 250°C abgekühlt wird. Liegt ein im Bandgießverfahren hergestelltes Gußband vor, das mit mindestens 10°K/s abgekühlt wurde, so kann ohne Rekristallisationsglühung direkt warm und/oder kalt bis auf die Enddicke abgewalzt werden. Im allgemeinen wird zweckmäßigerweise auf eine Zwischendicke D_z von 1 bis 4 mm abgewalzt bzw. auf eine Enddicke D_e von 0,20 bis 0,50 mm. Die Legierung bzw. die daraus hergestellten Walzbänder werden vorzugsweise für Fertigteile, insbesondere Dosen, aber auch nur für Dosenkörper oder Dosendeckel, verwendet.

[0031] Zur Herstellung von löt- und emaillierbaren Halbzeugen oder Fertigteilen aus der erfindungsgemäßen Legierung, geht man so vor, daß die Halbzeuge oder Fertigteile abschließend einer rekristallisierenden Wärmebehandlung von mindestens 3 Minuten bei 450 bis 600°C unterworfen werden. Diese abschließende Wärmebehandlung kann zweckmäßigerweise zugleich mit dem Email-Einbrennvorgang oder mit dem Lötvorgang erfolgen.

[0032] Nach der Erfindung ist es möglich, von einer einzigen Aluminiumlegierung für die Herstellung der Dosenkörper und Dosendeckel auszugehen. Damit entfallen alle Schwierigkeiten, die sich aus der bisher üblichen Verwendung von zwei verschiedenen Legierungen ergeben. Die Rückführung des Dosenmaterials ist dadurch wirtschaftlich wesentlich interessanter geworden und für alle Beteiligten, d.h. die Dosenhersteller, die Getränkeabfüller und die Endverbraucher, besteht ein höherer Anreiz, das Material der geleerten Getränkedosen der Wiederverwendung zuzuführen.

[0033] Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Magnesiumgehalt gegenüber den bisher für Getränkedosen verwendeten Aluminiumlegierungen erheblich verringert werden kann. In den USA wurden 1978 ca. 1 Mio. Tonnen Walzbänder für Getränkedosen gebraucht. Bei einer hoch angesetzten Rezyklierungsquote von 40 % verbleibt ein Bedarf an Neumetall von 600.000 t. Nimmt man einmal an, daß für diese Menge 1 % Magnesium durch 1 % Silizium ersetzt werden kann, so ergibt sich bei einem Preisunterschied für diese Metalle von etwa 3,-- DM/Kg und einem Bedarf anLegierungsmetall von 6000 t, eine Ersparnis von 6000 t x 3.000,-- DM/t = 18 Mio. DM bei Anwendung der Erfindung zur Bereitstellung des Jahresbedarfs an Bandmaterial.

[0034] Für die Aufbereitung der angenommenen 40 % rezyklierter Dosenschrotte zu 400.000 t Dosenband (davon 320.000 t für Dosenkörper und 80.000 t für Dosendeckel), werden etwa 2.000 t Magnesium zum Auflegieren des Deckelmaterials und ca. 78.000 t Hüttenaluminium zum Verdünnen des Dosenkörpermaterials benötigt. Würde der Dosenschrott aus einheitlichem Material gemäß der Erfindung bestehen, so würde das Material praktisch ohne Einsatz von Neumetall wiederverwendbar sein, woraus sich eine weitere Ersparnis in der Größenordnung von 6 Mio. DM allein aus dem Wegfall - der Kosten für das Magnesiumneumetall ergeben. Die vorstehend genannten Ersparnisse sind selbstverständlich in erster Linie abhängig von den Metallpreisen. Es ist jedoch abzusehen, daß in Zukunft eher noch höhere Ersparnisse erzielt werden können, weil die Herstellung der Reinmetalle mit einem hohen Energieverbrauch verbunden ist und bei den Energiekosten mit weiter steigender Tendenz zu rechnen ist.

[0035] Zur weiteren Erläuterung wird auf die Figuren verwiesen.

[0036] Figur 1 zeigt die erreichten Zugfestigkeitswerte in Abhängigkeit vom Magnesiumgehalt der Legierung für verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten und Abwalzgrade nach einer Rekristallisationsglühung bei 520°C. Bei den Proben 1 und 2 gemäß Tabelle 1 liegt der Magnesiumgehalt unterhalb 0,25 % und es werden unter allen Abkühl- und Abwalzbedingungen nur vergleichsweise geringe Zugfestigkeitswerte erreicht. Bei den Proben 3 bis 7 dagegen werden praktisch unabhängig vom Magnesiumgehalt, der zwischen 0,26 und 0,66 % variiert wurde, deutlich höhere Zugfestigkeitswerte erreicht. Eine Zugfestigkeit über 370 N/mm² ergibt sich bei einer Abkühlung mit 90°K/s und einem Abwalzgrad von 75 % (obere Kurve). Mit der gleichen Abkühlgeschwindigkeit, aber nur 45 % Abwalzgrad, liegen die Zugfestigkeitswerte um 325 N/mm² (untere Kurve). Bei der mittleren Kurve sind die Proben mit nur 2°K/s abgekühlt, aber mit 82 % Abwalzgrad auf Enddicke abgewalzt worden; es ergeben sich Zugfestigkeitswerte um 335 N/mm². Diese Versuchsergebnisse zeigen, daß der Magnesiumgehalt oberhalb 0,25 % keinen Einfluß auf die Endfestigkeit hat und daß er im untersuchten Bereich daher beliebig auf evtl. andere Bedingungen der Herstellung von Getränkedosen einstellbar ist. Ferner ist ersichtlich, daß bei entsprechender Wahl der Verfahrensparameter die für Dosendeckel geforderte Zugfestigkeit von 350 N/mm² erreicht und deutlich überschritten werden kann, so daß das Material selbst nach einer teilweisen Entfestigung beim Lackeinbrennen die Anforderungen erfüllt. Andererseits zeigen die beiden unteren Kurven, daß mit hoher Abkühlgeschwindigkeit und geringem Abwalzgrad das gleiche erreicht werden kann, wie mit niedriger Abkühlgeschwindigkeit und hohem Abwalzgrad. Sofern für die Fertigung der Bänder keine Durchlauf-, Glüh- und Abschreckanlage zur Verfügung steht, kann also durch einen höheren Abwalzgrad das gleiche erreicht werden. Umgekehrt kann die Endabwalzung mit kleinerem Abwalzgrad und damit wirtschaftlicher durchgeführt werden, wenn entsprechend hohe Abkühlgeschwindigkeiten realisierbar sind.

[0037] Dieser Zusammenhang ist unter Einbeziehung der geforderten Endfestigkeit in der oben genannten Ungleichung formuliert und in Figur 4 für verschiedene Zugfestigkeitswerte noch einmal grafisch dargestellt. Da für den Abwalzgrad gilt

läßt sich die Ungleichung auch wie folgt schreiben:

[0038] Für den praktischen Betrieb kann man also bei vorgegebener Endfestigkeit und je nach erreichbarer Abkühlgeschwindigkeit ohne weiteres die erforderliche Zwischendicke berechnen, wenn die Enddicke vorgegeben ist.

[0039] Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Ungleichung für ϕ nur für Werte R_m ≥ 275 N/mm² gilt. Bei R_m = 275 N/mm² ergibt sich für ϕ der Wert ≥ 0, d.h. es wäre unabhängig von der Abkühlgeschwindigkeit keine weitere Abwalzung erforderlich.

[0040] Bei Anwendung des Erfindungsgedankens wird es zwar hauptsächlich auf den Festigkeitsbereich oberhalb 275 N/mm² ankommen, aber auch für den darunterliegenden Bereich lassen sich für die Legierung Verfahrensbedingungen angeben, die zu einer vorgegebenen Endfestigkeit führen.

[0041] Figur 2 zeigt den erforderlichen Abwalzgrad in Abhängigkeit von der geforderten Festigkeit für ein bei 520°C geglühtes Band, das an ruhender Luft mit ca. 2°K/s abgekühlt wurde. Ein derartiges Band hat eine Festigkeit von ca. 220 N/mm², die bei einem Abwalzgrad von 60 % bis auf etwa 290 N/mm² gesteigert werden kann.

[0042] Figur 3 zeigt die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer vorgegebenen Endfestigkeit für ein auf Enddicke gewalztes und dann bei 520°C geglühtes Band.

[0043] Ausgehend von der erfindungsgemäßen Legierung wird demnach ein Verfahren angegeben, mit dem Bänder für die Fertigung von Getränkedosen hergestellt werden können, die jede in diesem Anwendungsbereich geforderte Endfestigkeit aufweisen können. Das damit zur Verfügung gestellte Bandmaterial kann für die Herstellung von Dosendeckeln verwendet werden, für die eine Festigkeit von mindestens 350 N/mm² gefordert wird; es kann aber auch zur Herstellung der Dosenkörper durch Tief- und Abstreckziehen eingesetzt werden, weil es wegen des niedrigen Magnesiumgehaltes bei diesen Umformoperationen keine Schwierigkeiten bietet. Damit ist für die Herstellung von Getränkedosen ein Weg gefunden worden, der die Fertigung wesentlich vereinfacht, das Rezyklieren des Altmaterials wirtschaftlich interessanter macht und ganz erhebliche Einsparungen mit sich bringt.

[0044] Bei der Herstellung von löt- und emaillierbarem Halbzeug oder Fertigteilen wird die abschließende Wärmebehandlung zweckmäßigerweise bei 450 bis 600°C durchgeführt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die abschließende Wärmebehandlung bei emaillierten Halbzeugen oder Fertigteilen gleichzeitig mit dem Email-Einbrennvorgang erfolgt. Bei gelöteten Halbzeugen oder Fertigteilen wird die abschließende Wärmebehandlung vorteilhafterweise gleichzeitig mit dem Lötvorgang vorgenommen. Zur weiteren Steigerung der Zugfestigkeits- und 0,2-Streckgrenzwerte, können die Halbzeuge oder Fertigteile nach der abschließenden Wärmebehandlung einer forcierten Kühlung unterworfen werden. Ist die abschließende Wärmebehandlung bei einer Temperatur in der Nähe des oberen Grenzwertes vorgesehen, so muß der Magnesiumgehalt der Legierung auf 0,25 bis 0,50 % eingeschränkt werden.

[0045] Bei einem ähnlichen Verfahren (vergl. DE-PS 27 54 673) werden mit einer vergleichbaren Legierung, die jedoch maximal 0,2 % Mg enthalten kann, zwar die angestrebten Zugfestigkeitswerte von mindestens 150 N/mm², nicht aber die gefordertenO,2-Streckgrenzwerte von mindestens 80 N/mm² erreicht. Letztere liegen unabhängig von der angewandten Temperatur der abschließenden Wärmebehandlung bei 50 N/mm² oder weniger darüber. Sie sind für eine Reihe von Anwendungsfällen nicht ausreichend. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die 0,2-Streckgrenze noch erheblich verbessert werden kann, wenn der Mg-Gehalt auf 0,25 bis 0,65 % angehoben wird, ohne daß Nachteile hinsichtlich der Löt- und Emaillierbarkeit auftreten. Bei Mg-Gehalten von mehr als 0,2 % war nach bisheriger Auffassung die Emaillierbarkeit von Al-Mn-Legierungen nur nach einer aufwendigen Vorbehandlung gegeben. In der Literatur wird sogar gefordert, den Mg-Gehalt unter 0,01 bzw. 0,05_.% zu halten (vergl. Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage (1974) Seite 734, Abs. 4; Z. Aluminium, 47. Jahrgang (1971) Seite 688, Tafel 1).

[0046] Es wurden Proben mit der Zusammensetzung nach Tabelle 1 untersucht. Dabei entsprechen die Proben 1 und 2 der DE-PS 27 54 673, während die übrigen einen steigenden Mg-Gehalt im Rahmen des beanspruchten Bereichs aufweisen. Die nach einer 30 minütigen Glühung bei einer üblichen Emaillier-Einbrenntemperatur von 560°C erreichten Festigkeitswerte, sind aus Tabelle 2 ersichtlich. Es wurden Zugfestigkeitswerte von über 200 N/mm² und 0,2-Streckgrenzwerte von 85 bis 98 N/mm² bei gleichbleibenden Dehnungswerten von rund 20 % erreicht. Alle Proben haben den Email-Hafttest gemäß Merkblatt DEZ F 17 des deutschen Email-Zentrums nach 96 Stunden in einer Antimontrichloridlösung einwandfrei überstanden. Diese Ergebnisse widerlegen die verbreitete Auffassung, daß ein Magnesiumzusatz bei Al-Mn-Legierungen, die emailliert werden sollen, zu vermeiden ist. (Z. Aluminium, 47. Jahrgang (1971), Seite 688, rechte Spalte, Abs. 3) In Figur 5 ist für eine Legierung mit 1,55 Mn, 1,53 % Si, 0,39 % Mg, 0,61 % Fe, 0,09 % Zr, Rest Aluminium und Verunreinigungen der Anstieg der Zugfestigkeits- und 0,2-Streckgrenzwerte in Abhängigkeit von der Temperatur der abschließenden Wärmebehandlung dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß oberhalb von 450⁰C eine bemerkenswerte Steigerung beider Werte auftritt. Ohne Magnesiumzusatz in der beanspruchten Menge ist keine Steigerung der 0,2-Streckgrenzwerte zu erreichen und die Zugfestigkeitswerte gehen nicht wesentlich über 160 N/mm² hinaus. (vergl. DE-AS 27 54 673, Diagramm I) Demgegenüber läßt sich für den Zustand "weich" die 0,2-Streckgrenze erfindungsgemäß auf über 80 N/mm² anheben und die Zugfestigkeit auf über 200 N/mm² steigern.

[0047] Beim Hartlöten mit Flußmitteln gilt in Al-Mn-Legierungen Magnesium als benetzungsschädlich. Es kann davon ausgegangen werden, daß dieser Nachteil ebenso wenig auftritt, wie eine Beeinträchtigung der Emailhaftung, wenn die Legierungsbestandteile entsprechend der Erfindung aufeinander abgestimmt werden. Da beim Hartlöten üblicherweise aber höhere Temperaturen als beim Emaillieren angewendet werden, ist noch zu beachten, daß die Solidus-Temperatur mit steigendem Mg-Gehalt herabgesetzt wird.

[0048] Dieser Zusammenhang ist aus Figur 6 ersichtlich. Für derartige Anwendungsfälle ist daher die Obergrenze des Mg-Gehaltes in Abhängigkeit von der Temperatur des Lötvorgangs herabzusetzen. Im allgemeinen genügt es, den Mg-Gehalt auf 0,5 % zu begrenzen, um bei einer Hartlöttemperatur bis 600⁰C ein Anschmelzen zu vermeiden.

Ansprüche

1. Aluminium-Knetlegierung gekennzeichnet durch 1,15 bis 2,0 % Mangan, mehr als 1,0 bis 2,0 % Silizium, 0,25 bis 0,65 % Magnesium, 0,2 bis 1,0 % Eisen, höchstens 0,3 % Kupfer, höchstens 0,2 % Zink, höchstens 0,1 % Zirkonium, höchstens 0,1 % Titan, Rest Aluminium, einschließlich insgesamt maximal 0,2 % sonstige Verunreinigungen.

2. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Siliziumgehalt von 1,2 bis 1,8 /.

3. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Siliziumgehalt von 1,38 bis 1,57 %.

4. Aluminium-Knetlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß der Siliziumgehalt 0,85 bis 2,0 % beträgt und daß die Legierungsgehalte wie folgt aufeinander abgestimmt sind:

0,3 (2Mg+Fe+Mn+1) ≤ Si

Mn ≥ 1,5 Fe

Mn+Fe ≥ 1,5

Mn+Si ≥ 2,3.

5. Aluminium-Knetlegierung nach Anspruch 4 mit der Maßgabe, daß der Siliziumgehalt den Bereichen der Ansprüche 1 bis 3 entspricht.

6. Aluminium-Knetlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch 0,1 bis 0,3 %, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 % Kupfer.

7. Halbzeuge bestehend aus einer Legierung nach'einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Walzbänder bestehend aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Halbzeuge oder Fertigteile bestehend aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie im kaltverfestigten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 350 N/mm² und eine Dehnung von mindestens 6 % aufweisen.

10. Halbzeuge oder Fertigteile bestehend aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie im vollständig rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm² und eine Streckgrenze von mindestens 80 N/mm² aufweisen.

11. Halbzeuge oder Fertigteile bestehend aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie im kaltverfestigten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 350 N/mm² und eine Dehnung von mindestens 6 % aufweisen und daß sie im vollständig rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens 150 N/mm² und eine Streckgrenze von mindestens 80 N/mm² aufweisen.

12. Verfahren zur Herstellung von Walzbändern aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gußblock warm und/oder kalt bis auf eine Zwischendicke D_z abgewalzt wird, daß danach das Zwischenband bei 450 bis 580°C einer Rekristallisationsglühung unterworfen wird und daß schließlich das Zwischenband mit einer Mindestgeschwindigkeit V (°K/s) abgekühlt und mit einem Mindestabwalzgrad ϕ (%) auf die Enddicke D_e abgewalzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der geforderten Endfestigkeit R_m (_N/mm²) folgende Bedingung einzuhalten ist:

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer geforderten Endfestigkeit im Bereich 220 bis 275 N/mm² das Zwischenband bei 450 bis 580°C geglüht, an ruhender Luft abgekühlt und mit einem Endabwalzgradf = f (R ) gemäß Diagramm.in Figur 2 kalt auf Enddicke abgewalzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer geforderten Endfestigkeit im Bereich 220 bis 275 N/mm² in üblicher Weise direkt auf Enddicke abgewalzt, danach das Band bei 450 bis 580°C rekristallisierend geglüht und mit einer Geschwindigkeit V = f (R_m) gemäß Diagramm in Figur 3 auf unter 250°C abgekühlt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß von einem mit mindestens 10°K/s abgekühlten Gußband ausgegangen wird und daß ohne Rekristallisationsglühung direkt warm und/oder kalt bis auf die Enddicke abgewalzt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Zwischendicke D_z von 1 bis 4 mm abgewalzt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Enddicke D_e von 0,20 bis 0,50 mm abgewalzt wird.

19. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, oder nach einem der Ansprüche 11 bis 17 hergestellten Walzbänder für Fertigteile, insbesondere Dosen, aber auch für Dosen-körper und Dosendeckel.

20. Verfahren zur Herstellung von löt- und emaillierbaren Halbzeugen oder Fertigteilen aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbzeuge oder Fertigteile abschließend einer rekristallisierenden Wärmebehandlung von mindestens 3 Minuten bei 450 bis 600°C unterworfen werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die abschließende Wärmebehandlung zugleich mit dem Email7Einbrennvorgang oder mit dem Lötvorgang erfolgt.

Zeichnung