Контейнеры, изготовленные из переработанного алюминиевого лома методом ударного прессования

Контейнеры, изготовленные из переработанного алюминиевого лома методом ударного прессования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка претендует на приоритет в соответствии с §119(е) Кодекса законов США 35 как Предварительная заявка на патент США, серийный номер 61/535,807, поданная 16 сентября 2011 г. и включенная в настоящий документ во всей своей полноте посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в основном относится к сплавам, которые, помимо прочих, созданы из переработанных материалов и используются в производстве алюминиевых контейнеров с применением технологического процесса, известного под названием «ударное прессование». В частности, настоящее изобретение имеет отношение к методам, устройствам и составам сплавов, применяемым при изготовлении заготовок, которые используются в производстве контейнеров и других изделий, создаваемых путем ударного прессования.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ

Ударное прессование - это технологический процесс, применяемый в производстве металлических контейнеров и других изделий уникальной формы. Данная продукция изготавливается, как правило, из размягченной металлической заготовки, в состав которой входит сталь, магний, медь, алюминий, олово или свинец. Контейнер образуется внутри ограничительной матрицы из холодной заготовки, с которой штамп входит в контакт. В результате силового воздействия штампа металлическая заготовка деформируется с внутренней стороны в области штампа, а также со стороны матрицы параллельно наружной поверхности. Когда начальная форма сформирована, контейнер или другое устройство извлекается из штампа обратным выталкивателем, после чего используются подрезные и фасонные резцы для создания предпочтительной формы устройства. Ударно-вытяжная штампованная тара традиционно включает в себя аэрозольные баллончики и другие емкости высокого давления, для которых имеет значение высокая прочность, и поэтому для их производства используются утолщенный лист металла и более тяжелые материалы, в отличие от обычной алюминиевой тары для напитков. Ввиду наличия требований к толщине и прочности этих контейнеров стоимость их изготовления может быть значительно выше по сравнению с обычными металлическими контейнерами для напитков, для которых обычно используется алюминий 3104. В обычном процессе ударного прессования используется почти чистый или «первичный» алюминий, что обусловлено его уникальными физическими характеристиками. Часто его называют алюминием «1070» или «1050», так как это по меньшей мере на 99,5% чистый алюминий.

Принимая во внимание трудности создания сложных форм из мягких металлов, таких как алюминий, для нормальной работы технологического процесса ударного прессования должны быть предусмотрены критические металлургические характеристики. Это подразумевает, помимо прочего, использование очень чистых, мягких алюминиевых сплавов, которые обычно содержат по меньшей мере около 99% чистого первичного алюминия. Ввиду наличия этого требования использование переработанных материалов, например сплавов на основе алюминия 3104, 3105 или 3004 из алюминиевого лома, не представлялось возможным для применения в технологическом процессе ударного прессования с целью изготовления аэрозольных баллончиков и емкостей для напитков.

Таким образом, возникает существенная потребность в поиске легкого и в то же время прочного алюминиевого сплава для создания ударно-вытяжной штампованной тары и других полезных изделий, а также в использовании алюминиевого лома, получаемого в ходе других производственных процессов. Это принесет пользу окружающей среде и позволит сохранить ценные природные ресурсы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, настоящее изобретение предполагает построение новой системы, устройства и методов применения таких материалов алюминиевого лома, как алюминий 3104, 3004, 3003, 3013, 3103 и 3105 в сочетании с другими металлическими материалами для создания уникального и нового алюминиевого сплава, который может использоваться в технологическом процессе ударного прессования для формирования различных формованных контейнеров и других изделий. Хотя в данном документе применяется обобщенное название «контейнеры», следует понимать, что текущий процесс и составы сплавов могут использоваться в процессе ударного прессования для создания любых видов формованных контейнеров и других изделий промышленного производства.

Поэтому в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения для создания металлического контейнера в процессе ударного прессования новый сплав представлен в начальной форме металлической заготовки. Для создания нового повторно используемого сплава в одном из вариантов в состав сплава входит переработанный алюминий 3105 или 3104 и относительно чистый алюминий 1070. В одном варианте повторно используемый алюминиевый сплав, на 40% состоящий из сплава 3104, смешан со сплавом 1070, в состав которого входят следующие элементы:

приблизительно 98,47% алюминия;

приблизительно 0,15% кремния;

приблизительно 0,31% железа;

приблизительно 0,09% меди;

приблизительно 0,41% марганца;

приблизительно 0,49% магния;

приблизительно 0,05% цинка;

приблизительно 0,02% хрома;

и приблизительно 0,01% титана.

В соответствии с данными таблиц, формулами изобретения и подробным описанием ниже в данном документе представлены и рассмотрены различные составы алюминиевых сплавов. Для достижения удовлетворительных результатов в каждом сплаве количество каждого элемента, например кремния (Si), железа (Fe), меди (Cu) и т.д., может варьироваться приблизительно в пределах 15%. Кроме того, специалистам в данной области ясно, что нет необходимости в том, чтобы новые составы сплавов, описанные здесь и используемые в процессе ударного прессования, состояли полностью или частично из переработанных элементов и сплавов. Напротив, сплавы могут быть получены и смешаны из основных материалов, которые не были использованы или задействованы ранее в предыдущих продуктах или процессах.

В другом аспекте настоящего изобретения новый технологический процесс может быть предложен для образования уникальных сплавов и включает, помимо прочего, смешивание различных отходов сплавов с другими первичными металлами с целью создания уникального сплава, специально адаптированного для использования в процессе ударного прессования.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения специальные инструменты, например подрезные резцы, и другие устройства, хорошо известные в области производства контейнеров, предполагается использовать с новыми сплавами и во взаимодействии с процессом ударного прессования. Кроме того, предполагается, что настоящее изобретение может применяться также в последующих новых технологиях производства, связанных с использованием новых составов сплавов.

В очередном аспекте настоящего изобретения представлен отдельно формованный контейнер или другое изделие, состоящие из одного или нескольких новых повторно используемых сплавов, предлагаемых и описанных в настоящем документе. Хотя эти контейнеры больше всего подходят для аэрозольных баллончиков и других типов емкостей высокого давления, описанные здесь составы и технологические процессы могут быть использованы для формованного металлического контейнера любого типа.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаются легкие контейнеры, в состав которых входят повторно используемые материалы. Предоставляется возможность реализовать по крайней мере одно из следующих преимуществ: отношение предела прочности к массе; давление разрыва; давление деформации; сопротивление вдавливанию; устойчивость к царапинам или истиранию; и/или уменьшение веса и содержания металла. Рассматриваются также возможности реализации других преимуществ. Кроме того, аспекты и отличительные признаки настоящего изобретения предполагают возможности для создания контейнеров с повышенной устойчивостью к обратному отжигу, что позволяет использовать материалы выстилания тары, имеющие более высокую температуру затвердевания. В различных вариантах осуществления предполагается применение сплава для изготовления ударно-вытяжной штампованной тары с повышенной устойчивостью к обратному отжигу, в результате чего улучшаются эксплуатационные показатели контейнеров, и для использования покрытий, требующих более высоких значений температуры затвердевания. Рассматриваются также конструкции контейнеров и чертежи инструментов для изготовления таких контейнеров.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения предусматривается использование алюминиевых заготовок и соответствующего повторно используемого материала, из которых изготавливается ударно-вытяжная штампованная тара. Переработанным материалом могут быть промышленные или потребительские отходы металлов, использование которых повышает общую эффективность продукта и технологического процесса. В значительной части существующего лома, например отходов при производстве кружек или чашек, содержится более высокая концентрация легирующих элементов по сравнению с основным сплавом 1070, используемым в настоящее время. Эти легирующие элементы, наряду с тем, что они предлагают различные ценовые и экологические преимущества, изменяют металлургические характеристики алюминия. Например, добавление этих элементов увеличивает диапазон температуры затвердевания. Таким образом, существуют проблемы, связанные с отливкой. При повышении предела текучести пластичность снижается, и возникают проблемы, связанные, к примеру, с прокаткой полосы. Известно, что характеристики рекристаллизации изменяются, и это влечет за собой необходимость в потенциальных изменениях условий термомеханической обработки, включая помимо прочего: температуру прокатки, вытяжку, температуру отжига, процесс отжига и/или продолжительность отжига. Повышенный предел прочности на разрыв и предел текучести увеличивают тоннажные нагрузки при штамповании заготовок.

Кроме того, шероховатость поверхности и смазка заготовок настоящего изобретения являются критически важным условием в связи с измененными металлургическими характеристиками. Тоннажные нагрузки на экструзионном прессе, как правило, выше при использовании заготовок, предусмотренных настоящим изобретением. В различных вариантах осуществления повышенная прочность материалов в настоящем изобретении позволяет достичь стандартных эксплуатационно-технических характеристик контейнеров при значительно меньшей массе контейнера и/или толщине его стенок.

Таким образом, в одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ изготовления заготовки, которая используется в процессе ударного прессования, из материала на основе переработанного лома, и заключается этот метод в следующем:

предлагается металлический лом, содержащий по крайней мере один из алюминиевых сплавов 3104, а также 3004, 3003, 3013, 3103 и 3105;

как минимум один из указанных алюминиевых сплавов 3104, а также 3004, 3003, 3013, 3103 и 3104 смешивается, как упоминалось выше, с относительно чистым алюминиевым сплавом для создания повторно используемого алюминиевого сплава;

к указанному выше повторно используемому алюминиевому сплаву добавляется материал из борида титана;

после нагрева создается заготовка с указанным выше повторно используемым алюминиевым сплавом;

указанная выше заготовка из указанного выше повторно используемого алюминиевого сплава деформируется в предпочтительную форму в процессе ударного прессования для создания формованного контейнера.

Раздел «Краткое изложение сущности изобретения» ни в коей мере и ни в каком объеме не должен интерпретироваться как типичный образец описания настоящего изобретения. Описание настоящего изобретения изложено с разными уровнями детализации в разделе «Краткое изложение сущности изобретения», а также на прилагаемых чертежах и в разделе «Подробное описание изобретения», и никакие ограничения в отношении объема описания настоящего изобретения в разделе «Краткое изложение сущности изобретения» не планировались: ни путем включения, ни путем невключения элементов, компонентов и т.д. Дополнительные аспекты описания настоящего изобретения станут более очевидными в разделе «Подробное описание изобретения», в частности, когда они будут представлены вместе с чертежами.

Эти и другие преимущества будут очевидны из описания изобретения (изобретений), представленных в настоящем документе. Вышеописанные варианты, задачи и конфигурации не являются ни окончательными, ни исчерпывающими. Разумеется, возможны другие варианты осуществления изобретения при условии использования, по отдельности или в сочетании, одного или нескольких отличительных признаков, изложенных выше или подробно описанных ниже. В дальнейшем краткое изложение сущности изобретения ни в коей мере и ни в каком объеме не должно интерпретироваться как типичное представление настоящего изобретения. Настоящее изобретение изложено с разными уровнями детализации в кратком изложении сущности изобретения, а также на прилагаемых чертежах и в разделе подробного описания изобретения, и никакие ограничения в отношении объема настоящего изобретения в кратком изложении сущности изобретения не планировались: ни путем включения, ни путем невключения элементов, компонентов и т.д. Дополнительные аспекты настоящего изобретения станут более очевидными в разделе подробного описания изобретения, в частности, когда они будут представлены вместе с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На рис. 1 изображен метод изготовления заготовки сплава, созданного из повторно используемого алюминиевого материала.

На рис. 2 изображен метод ударного прессования для использования вместе с повторно используемым алюминиевым материалом.

На рис .3 изображен процесс непрерывного отжига.

На рис. 4 изображено сравнение составов материала 1 и материала 2.

На рис. 5 изображены головка штампа и матрица для прессования.

На рис. 6 изображены значения сопротивления давлению деформации для контейнеров, изготовленных из материала 1 и материала 2.

На рис. 7 изображены значения сопротивления давлению разрыва для материала 1 и материала 2.

На рис. 8 изображены значения массы для образцов из материала 1 и материала 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает значительные преимущества в широком спектре различных видов деятельности. Намерение заявителя состоит в том, чтобы данная спецификация и прилагаемые здесь формулы изобретения по широте охвата отвечали объему и сущности описанного изобретения, несмотря на возможные языковые ограничения, которые продиктованы требованиями, имеющими отношение к конкретным описанным примерам. Для ознакомления специалистов в данной области техники, наиболее тесно связанных с настоящим изобретением, в этом документе описан предпочтительный вариант метода, иллюстрирующего наиболее оптимальный режим, предусмотренный для использования изобретения на практике, со ссылками и приложенными чертежами, которые составляют часть данной спецификации. Иллюстративный метод описан подробно, однако без намерения описать все формы и модификации, в которых изобретение может быть воплощено. Таким образом, описанные варианты осуществления являются иллюстративными, и, поскольку они будут очевидными для специалистов в данной области, могут быть модифицированы различными способами в рамках объема и сущности данного изобретения.

Хотя в последующем тексте дается подробное описание различных многочисленных вариантов осуществления, следует понимать, что правовая область описания определяется формулами изобретения, изложенными в конце этого описания. Подробное описание необходимо рассматривать только как пример - оно не включает все возможные варианты, поскольку описание каждого возможного варианта осуществления было бы практически нецелесообразным или даже невозможным. Многочисленные альтернативные варианты осуществления, которые могут быть реализованы с использованием как современной технологии, так и технологии, разработанной после даты регистрации данного патента, будут по-прежнему находиться в области применения формул изобретения.

В тех случаях когда какой-либо термин, примененный в формуле изобретения в конце данного патента, упоминается в этом патенте в соответствии с одним значением, это делается для ясности и таким образом, чтобы не запутать читателя, но это не предполагает, что такой термин формулы изобретения косвенно или иным образом ограничивается этим единственным значением. И наконец, если элемент формулы изобретения не определен употреблением слова «означает» и в его функции отсутствует подробное перечисление какой-либо структуры, это не предполагает, что объем любого элемента формулы изобретения следует интерпретировать на основании применимости шестого пункта §112 Кодекса законов США 35.

Как указано в тексте и прилагаемых таблицах, различные алюминиевые сплавы определяются многочисленными обозначениями, например 1070 или 3104. Как известно специалистам в данной области, сплав алюминия обозначается в соответствии с его основными легирующими элементами, обычно с помощью четырехзначной маркировки. Первая из этих четырех цифр соответствует группе алюминиевых сплавов, в которых используется основной легирующий элемент, например 2XXX для меди, 3XXX для марганца, 4XXX для кремния и т.д. Таким образом, любые ссылки на различные алюминиевые сплавы соответствуют общепринятым обозначениям в области производства алюминия и штампованной тары.

Обратимся теперь к следующим таблицам, рисункам и фотографиям; новый повторно используемый алюминиевый сплав предназначен для металлических заготовок, из которых в процессе ударного прессования изготавливаются формованные металлические контейнеры и другие изделия. В некоторых случаях в этих чертежах, фотографиях и диаграммах могут быть пропущены детали, которые не являются необходимыми для понимания изобретения или затрудняют восприятие других деталей. Конечно, следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, показанными на чертежах.

Во многих диаграммах и примерах, приведенных ниже, для идентификации конкретного сплава может использоваться термин «ReAl» или «RE» и т.д. Термин «ReAl» или « RE» означает просто металл, содержащий переработанный алюминий. В некоторых случаях алюминиевый сплав 3104, хорошо известный в этой области, перерабатывают вместе с другим материалом, как правило, с алюминиевым сплавом 1070. Цифра и знак процента после «ReAl» показывают, сколько процентов переработанного сплава 3104 в сочетании со сплавом 1070 использовалось для создания нового сплава, который применялся в процессе ударного прессования. Например, ReAl 3104 30% или RE 3104-30 означает, что для получения нового сплава, имеющего в своем металлургическом составе кремний (Si), железо (Fe), коперниций (Cn) и т.д., указанные в диаграммах, были объединены 30% сплава 3104 и 70% относительно чистого алюминиевого сплава 1070. В других диаграммах указывается число «3105» и процентное значение в представленном сплаве, например 20% или 40%. Подобно сплаву 3104 термин «3105» обозначает сплав алюминия, который хорошо известен специалистам в этой области; значения 20% или 40% указывают на количество этого сплава, которое смешано с относительно чистым алюминиевым сплавом 1070 для получения нового сплава, из которого изготавливается металлическая заготовка и в процессе ударного прессования создается контейнер, например аэрозольный баллончик. Хотя это не указано в таблице ниже, в процессе создания новых сплавов можно также использовать материал 3004 на основе переработанного лома или не скраповые слитки алюминия 3004. В таблице 1 приведен пример различных составов сплавов, описанных в настоящем документе. Все значения, указанные в таблице, являются приблизительными.

В таблице 2 показаны составы повторно используемых материалов для заготовок, в которых чистый алюминий - это сплав алюминия 1070, а материал на основе переработанного лома - это материал 3104 в разных пропорциях. Все значения, указанные в таблице, являются приблизительными.

В таблице 3 показаны составы повторно используемых материалов для заготовок, в которых чистый алюминий - это сплав алюминия 1070, а материал на основе переработанного лома - это материал 3105 в разных пропорциях. Все значения, указанные в таблице, являются приблизительными.

В таблице 4 показаны составы повторно используемых материалов для заготовок, в которых чистый алюминий - это сплав алюминия 1070, а материал на основе переработанного лома - это материал 3004 в разных пропорциях. Все значения, указанные в таблице, являются приблизительными.

На рис. 1 изображен метод для изготовления сплава, созданного из переработанного алюминия 100. Переработанный алюминий обрабатывается для создания заготовок, которые можно использовать в процессе ударного прессования. После создания заготовок их обрабатывают для изготовления контейнера, как показано на рисунке 2, который будет подробно рассмотрен далее.

Одним аспектом настоящего изобретения является метод изготовления повторно используемого алюминиевого материала. Материал заготовки из повторно используемого алюминия может включать в себя алюминий из переработанного лома и чистый алюминий, которые вместе расплавляются и отливаются для создания новой заготовки из переработанного алюминия. Подходящий материал из переработанного алюминия может содержать различные сплавы 3XXX, особенно 3005, 3104, 3105, 3103, 3013 и 3003. Для получения целевого химического состава могут использоваться и другие сплавы в небольших количествах. Сплав из лома 3104 обычно получают с заводов, выпускающих тару для напитков. Источником для сплава 3005 является, как правило, автомобильная промышленность. Чистый алюминий может включать в себя алюминиевый сплав 1070 или 1050. Для получения легирующего элемента материала ReAl могут использоваться разнообразные источники получения лома алюминия.

Для получения целевого химического состава ReAl могут использоваться чистые алюминиевые сплавы, например 1050 или 1070, с элементарными добавками.

Плавление

Брикеты, содержащие алюминий из переработанного лома, расплавляются для облегчения их смешивания с расплавленным чистым алюминием 102. Переработанный лом алюминия может содержать сплавы алюминия 3005, 3104, 3105, 3003, 3013 или 3103. Когда пламя печи касается непосредственно переработанного алюминия, небольшое количество поверхностного алюминия окисляется. При увеличенной площади поверхности, например в прессованных брикетах лома, количество окисленного материала и потери при плавлении будут выше, чем в брикетах имеющих небольшую площадь поверхности. Поэтому вместо печей с прямым ударом пламени лучше использовать плавильные печи с косвенным нагревом материалов.

В частности, плавка может осуществляться в печах нескольких типов.

Например, отражательную печь 112 можно использовать, как правило, для выпуска обычных заготовок, применяемых в ударном прессовании. Алюминий подвергается воздействию прямого удара пламени. При плавлении прессованных брикетов из тонкого алюминия потери в результате плавления могут быть, скорее всего, высокими. Таким образом, отражательная печь 112 не является предпочтительным способом получения заготовок ReAl из-за высоких потерь при плавлении.

Вообще, лучше использовать печь с технологией косвенного нагрева материалов. К печам с косвенным нагревом материалов относятся, помимо прочего, печи с горном бокового дутья, а также вращающиеся печи. Таким образом, в качестве печи можно использовать печь с горном бокового дутья. Алюминий помещается в печь с горном бокового дутья, и газовые горелки отдают тепло расплавленному металлу. Затем расплавленный металл используется для плавления лома. В печи с горном бокового дутья установлена крыльчатка, которая прокачивает плавильную ванну через боковую камеру. Лом алюминия подается в боковую камеру со скоростью, позволяющей основной массе материала расплавиться до того момента, когда она будет подана в область печи с горном бокового дутья, в которой сможет быть подвергнута воздействию прямого удара пламени. Использование печи 110 с горном бокового дутья - предпочтительный способ для плавки металлического лома при производстве материала ReAl.

Как вариант, можно использовать вращающуюся печь 104. Вращающаяся печь 104 похожа на бетономешалку. Лом алюминия переворачивается в одной области вращающегося цилиндра. Пламя направлено в сторону от этой области и нагревает огнеупорную футеровку. Горячая футеровка вращается, соприкасается с алюминием и передает ему энергию. Вращающаяся печь 104 - предпочтительный способ для плавки лома при производстве материала ReAl. Если используется вращающаяся печь 104 или печь 110 с горном бокового дутья, на их выходе лом может быть расплавлен и разлит в слитки, чушки или болванки 106 отдельно от производства заготовок. Эти слитки, чушки или болванки можно плавить во второй отражательной печи 108 с минимальными потерями при плавлении, так как площадь поверхности будет относительно мала.

Если в процессе плавки имеют место повышенные потери при плавлении, необходимо удалить из ванны шлак.

В одном из вариантов осуществления борид титана (TiBor) 114 добавляется в расплавленную смесь алюминиевых сплавов непосредственно перед разливкой, как правило, путем непрерывной подачи алюминия вместе с дисперсными частицами борида титана. Как вариант, TiBor можно добавлять в сплав из алюминиевого лома, пока он (сплав) находится в печи. Во время обработки TiBor может улучшать качество гранулярной структуры материала ReAl. Концентрация TiBor может быть в пределах приблизительно от 0,5 кг до 1,3 кг на метрическую тонну. В некоторых вариантах осуществления концентрация TiBor может быть на уровне примерно 0,6 кг на метрическую тонну.

Отливка

После процесса плавления расплавленный сплав разливают в формы. В процессе отливки с помощью одного из нескольких методов литья расплавленный сплав затвердевает в форме неразрезной плиты любого подходящего размера. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения получаются слитки примерно 8-14 дюймов в ширину и толщиной примерно 0,75-1,5 дюйма. Скорость отливки должна быть в диапазоне примерно 0,5-0,8 метрической тонны/час/дюйм ширины. В некоторых вариантах осуществления скорость отливки может быть в диапазоне примерно 0,62 метрической тонны/час/дюйм ширины.

Литье может выполняться различными методами, которые обуславливают выбор, например, колесно-ленточной литейной машины 118, литейной машины Hazelett 116, двухвалковой литейной машины 120 и/или блочной литейной машины 122. В колесно-ленточной литейной машине 118 расплавленный алюминий в процессе затвердевания выдерживается между колесом с ребордой и толстой металлической лентой. Лента обертывает колесо примерно на 180°. Для оптимизации и контроля отвода тепла как колесо, так и лента охлаждаются водой с обратной стороны. Как правило, колесно-ленточная литейная машина используется для выпуска заготовок 1070 и 1050. Однако негибкая толстая стальная лента не в состоянии отклоняться и поддерживать контакт со слябом, который дает усадку при кристаллизации. Этот эффект увеличивается при использовании сплавов ReAl, так как кристаллизация происходит в более широком диапазоне температур, в отличие от большинства чистых сплавов, например 1050 и 1070.

В качестве альтернативы можно использовать литейную машину Hazelett 116. При использовании этой машины расплавленный алюминий во время затвердевания удерживается между двумя гибкими стальными лентами. Стальные блоки кристаллизатора установлены цепочкой и образуют стороны литейной формы. Параллельные ленты имеют небольшой наклон вниз, чтобы обеспечить подачу расплавленного алюминия в систему за счет силы тяжести. Для оптимизации и контроля отвода тепла на обратную сторону обеих лент распыляется вода под высоким давлением. Эта вода под высоким давлением также отклоняет ленту для удержания ее в контакте с затвердевающим, сжимающимся слябом. Отклонение ленты позволяет выпускать с помощью литейной машины Hazelett 116 широкий спектр сплавов из алюминия (и других материалов). Как правило, технологический процесс литейной машины Hazelett используется при производстве алюминиевой полосы для строительства, а также может применяться при изготовлении заготовок для ударного прессования.

Альтернативный вариант - использование двухвалковой литейной машины 120. При использовании вышеназванной машины расплавленный алюминий во время затвердевания удерживается между двумя валками противоположного вращения, которые охлаждаются водой. Этот метод обеспечивает достаточно небольшую зону затвердевания и поэтому ограничивается производством относительно тонких «слябов». При такой толщине термин «полоса», вероятно, является более точным, чем сляб. Эта технология используется обычно в производстве алюминиевой фольги.

При другом подходе можно использовать блочную литейную машину 122. При использовании указанной литейной машины расплавленный алюминий во время затвердевания удерживается между серией установленных цепочкой стальных блоков и образует стороны литейной формы. Для оптимизации и контроля отвода тепла блоки охлаждаются водой.

На компоненты литейной машины, которые соприкасаются со слябом можно наносить смазочный порошок. Точнее говоря, в случае необходимости можно использовать графитовый или кварцевый порошок. Во время и по завершении литья особенно важно контролировать температуру. Независимо от используемого технологического процесса литья, во время затвердевания необходимо тщательно контролировать скорость охлаждения и температурный профиль сляба. Для достижения этой цели колесно-ленточная литейная машина 118 уменьшает интенсивность потока охлаждающей воды. В литейной машине Hazelett 116 для точного изменения температуры может контролироваться поток воды для общего управления и поток газа на слябы. Кроме того, важно контролировать условия окружающей среды, особенно поток воздуха рядом с литейной машиной. Управление потоком воздуха имеет особое значение, когда для изменения температуры сляба используется поток газа.

Температура сляба на выходе из литейной машины также должна тщательно контролироваться. Температура сляба на выходе из литейной машины 116 должна быть выше 520°C, однако максимальная температура любой части сляба, выходящего из литейной машины, должна быть меньше 582°C.

Прокатка

После отливки толщина сляба уменьшается примерно с 28-35 мм до заданной толщины в диапазоне примерно 3-14 мм для горячей и холодной прокатки 124/126. Относительное уменьшение толщины для горячей прокатки 124/126 и холодной прокатки 130/132 существенно влияет на металлургическую гранулярную структуру в готовом изделии. Толщина сляба при горячей прокатке может меняться. В некоторых вариантах осуществления толщина сляба после горячей прокатки 124/126 составляет примерно 6-18 мм. Для достижения необходимой толщины сляб пропускается между двумя валками противоположного вращения с зазором, который меньше входной толщины, пока у сляба сохраняется высокая температура в диапазоне 450-550°C. Прокатные станы имеют две распространенные конфигурации. Наиболее распространенной конфигурацией является двухвалковый стан, содержащий только два валка противоположного вращения, которые контактируют со слябом/полосой. Для получения желаемой толщины могут быть использованы два прокатных стана. Однако может использоваться и другое количество прокатных станов: 1, 3 и т.д. По выбору улучшенная конструкция может включать в себя четырехвалковый стан, состоящий из двух валков противоположного вращения, рабочих валков, опорой которым служат два больших валка. При желании может использоваться дополнительный стан горячей прокатки 126. Как вариант, может быть использовано несколько станов горячей прокатки, а слябы для достижения необходимой толщины могут повторно проходить горячую прокатку 124/126.

Во время горячей прокатки 124/126 материал сплава может динамически проходить рекристаллизацию и/или регенерацию. Такая рекристаллизация и/или регенерация являются самоотжиговым процессом, который происходит в слябе/полосе за счет тепла. Температуры, при которых может возникать динамическая рекристаллизация и/или регенерация, зависят от содержания легирующих элементов и, следовательно, могут различаться для сплавов 1050/1070 и ReAl. В большинстве случаев температура динамической рекристаллизации и/или регенерации для материала ReAl составляет примерно 350-550°C.

После горячей прокатки 124/126 горячекатаную полосу погружают в закалочную ванну 128, в которой находится вода, понижающая температуру полосы примерно до условий окружающей среды. После охлаждения полосу подвергают холодной прокатке 130/132. Полоса, у которой может быть температура окружающей среды, пропускается между двумя валками противоположного вращения с зазором, который меньше входной толщины. Как правило, для получения желаемой толщины могут быть использованы два прокатных стана. Однако может использоваться и другое количество прокатных станов: 1, 3 и т.д. При комнатной температуре холоднокатаная полоса не рекристаллизуется. Такая холодная обработка приводит к увеличению предела текучести и уменьшению пластичности материала. Станы холодной прокатки 130/132 могут иметь двухвалковые и четырехвалковые конфигурации. Четырехвалковая конфигурация позволяет лучше контролировать толщину и поэтому является гораздо более предпочтительной для холодной прокатки при получении конечной толщины материала. При желании может использоваться дополнительный стан холодной прокатки 132. Как вариант, может быть использовано несколько станов холодной прокатки, а слябы для достижения необходимой толщины могут повторно проходить холодную прокатку 130/132.

Относительные величины уменьшения толщины для горячей прокатки 124/126 и холодной прокатки 130/132 имеют большое влияние на кинетику регенерации и рекристаллизации во время отжига. Оптимальное соотношение меняется в зависимости от содержания легирующих элементов, производственной мощности прокатного стана и конечной толщины полосы.

Внутреннее трение в полосе вызывает повышение температуры во время холодной прокатки 130/132, в результате чего полоса нагревается. Таким образом, полосы могут быть подвергнуты охлаждению до температуры окружающей среды 134 примерно от 15 до 50°C (предпочтительно 25°C) в течение примерно 4-8 часов после холодной прокатки 130/132. Как вариант, охлажденные полосы можно хранить на складе, чтобы дать им остыть до температуры окружающей среды.

Охлажденные полосы подвергают штамповке 136. Охлажденную полосу разматывают и подают в блок штампов, установленный в прессе. Блок штампов вырезает заготовки круглой формы из полосы, хотя следует понимать, что может быть использована любая форма заготовки, например треугольник, овал, круг, квадрат, ромб, прямоугольник, пятиугольник и т.п., в зависимости от формы матрицы и/или конечного продукта. Для контроля задиров штамповочный инструмент может быть модифицирован. Например, его можно модифицировать так, чтобы фаска матрицы была приблизительно от 0,039 дюйма с углом 25° до 0,050 дюйма с углом 29°.

Отжиг

При желании штампованные заготовки нагревают для рекристаллизации зерен и получения идеально однородной структуры равноосных зерен. Этот процесс уменьшает прочность материала и повышает его пластичность. Отжиг может производиться в камерной печи 138 и/или непрерывным способом 140.

При отжиге штампованных заготовок в камерной печи 138 их можно свободно помещать в удерживающее приспособление, например в корзину из проволочной сетки. Внутри печи несколько удерживающих приспособлений могут быть расположены одно над другим. После закрытия дверцы печи заготовки можно нагреть до заданной температуры и подержать внутри в течение определенного