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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Materials, das für
eine zweiteilige Dose verwendet wird und durch ein Formverfahren
hergestellt wird, das ein Abstreckziehen (D + I-Verfahren) einschließt. Sie
betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Blechs
aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung für eine gezogene und abgestreckte
Dose, wobei das Blech aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung hergestellt
wird, indem ein Thermoplastharz auf ein Blech aus Aluminiumlegierung
geschichtet wird, und das sich zum Formen einer zweiteiligen Dose
eignet, deren Wand durch ein Formverfahren gestreckt wird, zu dem
ein D + I-Verfahren gehört,
wobei die zweiteilige Dose ohne Kühlung mit Wasser oder Schmieren
durch ein Schmiermittel auf wäßriger Basis
oder ohne, daß die
fertige Dose gereinigt wird, hergestellt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Bisher
wurde als eine zweiteilige Dose, die als Ganzes mit einem Dosenkörperabschnitt
und einem Bodenabschnitt geformt wird, eine DI-Dose (gezogene und
abgestreckte Dose, Drawn and Ironed Can) hergestellt, indem eine
Zinnplatte oder eine Platte aus Aluminiumlegierung zu einer Dose
gezogen und abgestreckt wurde. Nachdem die Zinnplatte oder die Platte
aus Aluminiumlegierung zu einer solchen DI-Dose gezogen worden ist,
wird sie durch eine große
Menge Wasser gekühlt
oder durch ein Schmiermittel auf wäßriger Basis geschmiert, wobei
mehrere nebeneinander angeordnete Abstreckmatrizen und -patrizen
verwendet werden, bis sie so gestreckt worden ist, daß die Wanddicke
einem Drittel der ursprünglichen
Wanddicke entspricht. Danach wird die DI-Dose entfettet und gewaschen,
getrocknet und beschichtet. Kürzlich
offenbarte die
Japanische Offenlegung
mit der Veröffentlichungs-Nr.
Hei-6-312223 ein Verfahren zur Herstellung einer zweiteiligen Dose
aus einem harzbeschichteten Metallblech unter Verwendung eines Kombinations formverfahrens,
zu dem ein D + I-Verfahren gehört.
Dieses Verfahren unterscheidet sich darin vom herkömmlichen
DI-Dosen-Herstellungsverfahren, daß ein harzbeschichtetes Metallblech,
auf das ein bei hoher Temperatur flüchtiges Schmiermittel aufgetragen
wird, gezogen und dann gleichzeitig unter trockenen Bedingungen
ohne Verwendung von Wasser oder einem Schmiermittel auf wäßriger Basis
nachgezogen und abgestreckt wird (d. h. das Kombinationsformverfahren),
bis die Dicke der zweiteiligen Dose ausreichend verringert ist.
Dieses Kombinationsformverfahren verzichtet auf die Verfahren Entfetten,
Waschen, Trocknen und Beschichten der geformten zweiteiligen Dose,
was die Herstellung von zweiteiligen Dosen ohne Umweltverschmutzung
ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung untersuchte die Bereitstellung eines Blechs
aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung, die sich für dieses
Kombinationsformverfahren eignet. Bezüglich des für das Kombinationsformverfahren
geeigneten Materials offenbart die
Japanische
Offenlegung mit der Veröffentlichungs-Nr.
Hei-7-266496 ein Material, das hinsichtlich der Formänderungsfestigkeit,
Zugfestigkeit, Dicke, arithmetischen mittleren Profilabweichung
oder dgl. eingeschränkt
ist, und offenbart auch die Verwendung einer JIS 3004 H19-Aluminiumlegierung
als ein Beispiel. Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Blech
aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung bereitzustellen, die sich
für das
in der
Japanischen Offenlegung
mit der Veröffentlichungs-Nr.
Hei-6-312223 offenbarte Formverfahren eignet. Das Kombinationsformverfahren
als Ziel der vorliegenden Erfindung umfaßt die gleichzeitigen Verfahren
des Nachziehens und des Abstreckens unter Verwendung einer Matrize,
bei der ein Teil für das
Nachziehen und ein Teil für
das Abstrecken paarweise miteinander gekoppelt sind. Eines der Merkmale des
Kombinationsformverfahrens ist, daß der Ansatzradius des Matrizenteils
für das
Nachziehen kleiner gemacht wird und daß dieser gerundete Ansatzteil
ein Dosenteil biegt und zurückbiegt,
um die Wanddicke des Dosenteils dünner zu machen. Da das Werkstück mit einem
sehr kleinen Ansatzradius, der nur zwei- oder wenigemal der Dicke des Werkstücks entspricht,
intensiv gebogen und zurückgebogen
wird, leidet das Werkstück bei
diesem Kombinationsformverfahren oft an Oberflächenrauheit oder an Rissen
und erleidet unter einigen Umständen
sogar Oberflächenbrüche aufgrund
des gerundeten Ansatzteils. Sogar wenn das Dosenstück sicher
geformt ist, ohne daß es
am gerundeten Ansatzteil gebrochen ist, führen die Oberflächenrauheit
und die Risse zu einer Verschlechterung der Anhaftung des Blechs
aus Aluminiumlegierung an die Harzbeschichtung, wodurch die Dosenwand
im folgenden Abstreckverfahren leicht Brüche erleidet. Daher ist das
Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Blechs
aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung für eine gezogene und abgestreckte
Dose, deren Wand nicht bricht und die als Dose fest genug ist, wenn
sie mit einem Kombinationsformverfahren geformt wird, wobei zu dem
Verfahren ein Biege- und Zurückbiegearbeitsgang
an einem gerundeten Ansatzteil mit kleinem Radius und ein anschließender Abstreckarbeitsgang
unter trockenen Bedingungen gehören.
Die in der
Japanischen Offenlegung
mit der Veröffentlichungs-Nr.
Hei-7-266496 offenbarte JIS 3004 H19-Aluminiumlegierung
hat ausreichende Festigkeit, aber ihr fehlt es wesentlich an Formbarkeit
zum Erreichen des Ziels der vorliegenden Erfindung.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
ein Verfahren zur Herstellung eines Blechs aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung
für eine
durch das Kombinationsformverfahren geformte Dose, wobei das Verfahren
den Schritt eines Biege- und Zurückbiegearbeitsganges
an einem gerundeten Matrizenansatzstück mit einem kleinen Ansatzradius
und den anschließenden
Schritt eines Abstreckarbeitsganges unter trockenen Bedingungen beinhaltet.
Das Verfahren umfaßt
die Schritte einer Homogenisierungswärmebehandlung eines Barrens
aus Aluminiumlegierung, die im wesentlichen 0,5 bis 2,0 Gew.-% Mn,
0,2 bis 2,0 Gew.-% Mg, 0,05 bis 0,4 Gew.-% Si und nicht mehr als
0,7 Gew.-% Fe als unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei
(Si + Fe) ≤ 0,9 Gew.-%,
das Unterwerfen des erhaltenen Produkts einem Warmwalzen auf übliche Weise,
um ein warmgewalztes Blech aus Aluminiumlegierung zu erhalten, das
anschließende
Unterwerfen des warmgewalzten Blechs einem Durchlaufglühen, einem
Kaltwalzen bei einem Reduktionsverhältnis von 60 bis 95% und eine Oberflächenbehandlung,
wobei das so oberflächenbehandelte
Blech aus Aluminiumlegierung für
einen Zeitraum innerhalb einer Minute bei einer Temperatur von 240
bis 350°C
erhitzt wird, das Blech aus Aluminiumlegierung bei einer Temperatur
von 220 bis 300°C
gehalten wird und dann beide Oberflächen des Blechs mit einem Thermoplastharz
beschichtet werden und das erhaltene Produkt sofort abgeschreckt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Blechs aus harzbeschichteter
Aluminiumlegierung für
eine durch das Kombinationsformverfahren geformte Dose, wobei das
Verfahren den Schritt eines Biege- und Zurückbiegearbeitsganges an einem
gerundeten Matrizenansatzstück
mit einem kleinen Ansatzradius und den anschließenden Schritt eines Abstreckarbeitsganges
unter trockenen Bedingungen beinhaltet, umfassend die Schritte einer
Homogenisierungswärmebehandlung
eines Barrens aus Aluminiumlegierung, die im wesentlichen 0,5 bis
2,0 Gew.-% Mn, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mg, 0,05 bis 0,4 Gew.-% Si und nicht
mehr als 0,7 Gew.-% Fe als unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei
(Si + Fe) ≤ 0,9
Gew.-%, das Unterwerfen des erhaltenen Produkts einem Warmwalzen
auf übliche
Weise, um ein warmgewalztes Blech aus Aluminiumlegierung zu erhalten,
das anschließende
Unterwerfen des warmgewalzten Blechs einer Kastenglühung, einem
Kaltwalzen bei einem Reduktionsverhältnis von 60 bis 95% und einer
Oberflächenbehandlung,
wobei das so oberflächenbehandelte
Blech aus Aluminiumlegierung für
einen Zeitraum innerhalb einer Minute bei einer Temperatur von 240
bis 350°C
erhitzt wird, das Blech aus Aluminiumlegierung bei einer Temperatur
von 220 bis 300°C
gehalten wird und dann beide Oberflächen des Blechs mit einem Thermoplastharz beschichtet
werden und das erhaltene Produkt sofort abgeschreckt wird.
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Außerdem ist
die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das auf
das Blech aus Aluminiumlegierung geschichtete Thermoplastharz hauptsächlich ein
Polyester-Thermoplastharz
beinhaltet, und die auf das Blech aus Aluminiumlegierung angewandte
Oberflächenbehandlung Ätzen und/oder
elektrolytische Chromsäurebehandlung
und/oder Phosphorsäurechromatieren
ist.
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BESTES VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
Vielzahl an Untersuchungen wurde durchgeführt, um ein Blech aus harzbeschichteter
Aluminiumlegierung zu erhalten, das hinsichtlich der Festigkeit,
Formbarkeit und Anhaftung und auch hinsichtlich der Formbeständigkeit
in den Zug- und Abstreckarbeitsgängen
unter trockenen Bedingungen ausgezeichnet ist. Folglich wurde ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen erwünschten Blechs aus harzbeschichteter
Aluminiumlegierung entwickelt, indem die Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung,
die Art einer Thermoplastharzbeschichtung, die Art der Oberflächenbehandlung
dafür usw.
bestimmt wurden. Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand
der Beispiele eingehend erläutert.
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Zunächst wird
der Grund für
die Einschränkung
der Legierungszusammensetzung für
ein Blech aus Aluminiumlegierung beschrieben, die als Substrat für das erfindungsgemäße Blech
aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung verwendet wird. Jeder Gehalt
der Legierungselemente ist nachstehend in Gew.-% ausgedrückt.
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[Mn]
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Mangan
wird zugegeben, um die Festigkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung ökonomisch
zu erhalten. Ein Mn-Gehalt unter 0,5% hat keine Wirkung. Andererseits
führt ein
Mn-Gehalt über
2,0% dazu, daß mehr kristallisierte
Substanz aus einem Al-Fe-Mn-System im Blech aus Aluminiumlegierung
gebildet wird, wodurch sich die Formbarkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung,
das gebogen und zurückgebogen
wird, verschlechtert und somit die eigentliche Aufgabe der vorliegenden
Erfindung nicht gelöst
werden kann. Bei dem zur kommerziellen Produktion häufig eingesetzten
DI-Formverfahren dient die kristallisierte Substanz des Al-Fe-Mn-Systems
als Schmiermittel beim Abstreckarbeitsgang und ist deshalb wesentlich
zur Verbesserung der Abstreckformbarkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung.
Erfindungsgemäß wird aber
keine Schmiermittelwirkung durch den kristallisierten Stoff des
Al-Fe-Mn-Systems benötigt,
da ein Blech aus Aluminiumlegierung, dessen Oberfläche mit
einem Harz beschichtet ist, hergestellt werden soll. Im Gegenteil
bewirkt der kristallisierte Stoff des Al-Fe-Mn-Systems eine verminderte
Formbarkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung. Das Vorliegen des
vorstehend erwähnten
kristallisierten Stoffes ist nämlich
nicht wünschenswert
für das
Kombinationsformverfahren, das zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blechs
aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung eingesetzt wird. Das Kombinationsformverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Nachzug- und Abstreckarbeitsgänge
gleichzeitig mittels einer Matrize durchgeführt werden, die gekoppelte
Teile für
das Nachziehen und Abstrecken besitzt, wobei der Ansatzradius des
Nachzugteils mehrfach kleiner als die Dicke eines Dosenstücks gemacht
wird. Der kristallisierte Stoff beeinträchtigt die Formbarkeit des
Dosenstücks
außerordentlich,
wenn das Dosenstück
am gerundeten Matrizenansatzteil gebogen und zurückgebogen wird. Mit anderen
Worten erleidet das Blech aus Aluminiumlegierung beim Biege- und
Zurückbiegearbeitsgang
leicht Oberflächenrauheit
und Risse, was zudem zu einer verschlechterten Anhaftung des Blechs
aus Aluminiumlegierung an die Harzbeschichtung führt. Ein Bruch der Dosenwand
tritt außerdem
auf, wenn die Menge oder die Korngröße des kristallisierten Stoffes
ungünstig
ist, oder unter ungünstigen
Formbedingungen. Somit ist, anders als im Fall des DI-Formverfahrens,
das Vorliegen von kristallisierter Substanz im Al-Fe-Mn-System für die vorliegende
Erfindung unerwünscht,
und es sollte vorzugsweise auf ein Minimum reduziert werden.
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[Mg]
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Magnesium
hat eine bessere Wirkung auf die Verbesserung der Festigkeit eines
Blechs aus Aluminiumlegierung als Mn. Eine Menge an Mg von 0,2%
oder mehr wird zugegeben, um genügend
Festigkeit als Dose zu erreichen, hauptsächlich um Druckbeständigkeit
des Dosenbodenteils zu erhalten. Mg ist ein teures Element, und
daneben führt
eine erhöhte
Menge Mg zur Verschlechterung der Formbarkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung.
Daher ist unter ökonomischen
Gesichtspunkten und im Hinblick auf die Formbarkeit die Obergrenze
des Mg-Gehaltes zu 2,0% bestimmt worden. Die durch das vorstehend
erwähnte
Kombinationsformverfahren aus dem erfindungsgemäßen Blech aus harzbeschichteter
Aluminiumlegierung hergestellte zweiteilige Dose wird gewöhnlich als
Behälter
für Inhalte,
wie Bier, kohlensäurehaltige
Getränke
oder Stickstoffüllgetränke, verwendet,
wobei ihr Innendruck positiv ist. Wenn eine solche zweiteilige Dose
keine ausreichende Festigkeit am Bodenteil besitzt, wird die Dose
an ihrem Bodenteil eingebeult und verformt, wodurch die Dose keinen
kommerziellen Wert mehr besitzt. Die Festigkeit des Bodenteils einer
Dose ist hauptsächlich
auf die Formänderungsfestigkeit
und die Dicke ihres Materialblechs zurückzuführen. Wenn die Formänderungsfestigkeit
des Materialblechs nicht ausreicht, sollte daher zur Kompensation
dessen Dicke erhöht
werden, was zu ökonomischen
Verlusten führt.
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[Si]
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Silizium
bewirkt die Phasenumwandlung des kristallisierten Stoffes eines
Al-Fe-Mn-Systems,
der dann eine sogenannte harte α-Phase
bildet. Beim Herstellungsverfahren einer DI-Dose bewirkt die α-Phase die
verbesserte Abstreckformbarkeit der DI-Dose, so daß 0,1% oder
mehr Si zum Material gegeben werden müssen. Bei der vorliegenden
Erfindung bewirkt die α-Phase
aber ungünstigerweise
eine sogar noch größere Verringerung
der Biege- und Zurückbiegeformbarkeit
des Blechs aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung als der kristallisierte
Stoff vor der Phasenumwandlung. Daher wird im Hinblick auf die Verbesserung
der Festigkeit des Blechs die untere Grenze des Si-Gehaltes zu 0,05%
bestimmt. Im Hinblick auf die Formbarkeit ist dessen obere Grenze
0,4% und stärker
bevorzugt 0,2% oder weniger.
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[Fe]
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Eisen
bildet in Kombination mit Mn einen kristallisierten Al-Fe-Mn-Stoff.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Vorliegen eines kristallisierten
Stoffes des Al-Fe-Mn-Systems hinsichtlich der Formbarkeit beim Biegen und
Zurückbiegen
unerwünscht,
so daß die
obere Grenze des Eisengehaltes als Bestandteil des vorstehend erwähnten kristallisierten
Stoffes zu 0,7% und vorzugsweise 0,4% oder weniger bestimmt wird.
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[Si + Fe]
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Es
ist notwendig, die Obergrenze einer Gesamtmenge an (Si + Fe) zu
definieren, um die Menge des kristallisierten Stoffes des Al-Fe-Mn-Systems,
insbesondere die Menge der harten α-Phase, auf einem niedrigen
Spiegel zu regulieren. Obwohl die Obergrenzen des Fe-Gehaltes und des
Si-Gehaltes jeweils, wie vorstehend beschrieben, festgelegt sind,
kann der enstehende kristallisierte Stoff des Al-Fe-Mn-Systems die
Formbarkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung beeinträchtigen,
wenn beide Gehalte nahe an ihren Obergrenzen sind. Daher wird die
Obergrenze von (Si + Fe) zu 0,9% und stärker bevorzugt 0,5% oder weniger
bestimmt.
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[Cu]
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Kupfer
wird mit Magnesium unter Bildung eines Niederschlags eines Al-Cu-Mg-Systems umgesetzt, der
einer Ausscheidungshärtung
unterliegt, und es hat eine Wirkung auf die Verbesserung der Festigkeit
eines Blechs aus Aluminiumlegierung, so daß eine Cu-Menge von 0,05% oder
mehr zugegeben werden sollte. Ein erhöhter Cu-Gehalt führt aber
zur Verschlechterung der Formbarkeit eines Blechs aus Aluminiumlegierung,
so daß der
Cu-Gehalt vorzugsweise
0,4% oder weniger sein kann.
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Daneben
bewirkt die Zugabe von Zn zu einer Aluminiumlegierung die richtige
Dispersion des kristallisierten Stoffes, und daher ist es wünschenswert,
daß die
Aluminiumlegierung hinsichtlich der Verminderung der Beeinträchtigung
aufgrund des kristallisierten Stoffes 0,01 bis 0,5% Zn enthält.
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Als
nächstes
wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
erklärt.
Eine Aluminiumlegierung, die die vorstehend erwähnten chemischen Zusammensetzungen
umfaßt,
wird auf übliche
Weise geschmolzen und gegossen. Der erhaltene Barren aus Aluminiumlegierung
wird vor dem Warmwalzen einer Homogenisierungswärmebehandlung unterworfen.
Die Homogenisierungswärmebehandlung
wird zu dem Zweck durchgeführt,
die Mikroentmischung der Elemente zu homogenisieren und übersättigte Elemente
zu fällen,
um das Material zu homogenisieren und folglich dessen Warmwalzleistung
zu verbessern. Wenn die Temperatur für die Homogenisierungswärmebehandlung
unter 500°C
liegt, ist die homogenisierende Wirkung unzureichend. Wenn andererseits
die Temperatur höher
als 600°C
ist, wird die Oberflächeneigenschaft
des Materialblechs verschlechtert. Die Dauer der Behandlung innerhalb
des vorstehend genannten Temperaturbereichs ist vorzugsweise eine
Stunde oder länger.
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Anschließend an
die Homogenisierungswärmebehandlung
wird der Barren aus Aluminiumlegierung auf übliche Weise warmgewalzt. Die
Temperatur während
des Warmwalzens ist nicht speziell eingeschränkt, ist aber vorzugsweise
400 bis 520°C
für die
anfängliche
Walzdauer und 230 bis 350°C
für die
abschließende Walzdauer.
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Nach
dem Warmwalzen wird das Walzblech aus Aluminiumlegierung einem Durchlaufglühen oder Kastenglühen unterworfen.
Wenn das Blech aus Aluminiumlegierung einem Durchlaufglühen unterworfen wird,
können
die Heizrate und die Abkühlrate
vorzugsweise 100°C/min
oder mehr betragen. Wenn die Raten weniger als 100°C/min betragen,
werden die Kristallkörner
im Blech aus Aluminiumlegierung groß und grob, was zu unzureichender
Festigkeit und Formbarkeit des Blechs führt. Die Heiztemperatur kann
von 400 bis 580°C
reichen. Wenn die Heiztemperatur unter 400°C ist, tritt keine vollständige Umkristallisation
auf, was keine Verbesserung der Formbarkeit des Blechs aus Aluminiumlegierung
bereitstellt. Wenn die Heiztemperatur andererseits höher als
580°C ist,
wird die Oberfläche
des Blechs aus Aluminiumlegierung verbrannt, und ihr Aussehen wird
verschlechtert. Eine Heizdauer über
5 Minuten fördert
zudem das Entfestigen des Blechs aus Aluminiumlegierung, und folglich
kann das Blech aus Aluminiumlegierung keine erforderliche Festigkeit
erreichen.
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Im
anderen Fall, wenn das Blech aus Aluminiumlegierung einem Kastenglühen unterworfen
wird, wird es auf eine Temperatur von 300 bis 400°C erhitzt,
erwärmt,
für eine
Dauer von 30 Minuten bis 5 Stunden dabei belassen und dann allmählich abgekühlt. Wenn
die Heiztemperatur unter 300°C
ist, tritt im Blech aus Aluminiumlegierung keine vollständige Umkristallisation
auf. Wenn andererseits die Heiztemperatur höher als 400°C ist, werden die Kristallkörner im
Blech aus Aluminiumlegierung ungünstigerweise
außerordentlich
groß und grob.
Wenn die Durchwärmdauer
kürzer
als 30 Minuten ist, ist das Erhitzen im Inneren eines Coils unzureichend,
aber ein Durchwärmen
von mehr als 5 Stunden ist nicht nur unökonomisch, sondern auch ungünstig, da
das Blech aus Aluminiumlegierung extrem entfestigt wird.
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Nachdem
es einer der vorstehenden Glühbehandlungen
unterworfen worden ist, wird das Blech aus Aluminiumlegierung kaltgewalzt.
Das Walzreduktionsverhältnis
kann vorzugsweise 60% bis 95% betragen. Nachdem es unter dieser
Bedingung kaltgewalzt worden ist, wird das Blech aus Aluminiumlegierung
einer Wärmebehandlung
bei einer Temperatur von 240 bis 350°C für eine Dauer innerhalb einer
Minute unterworfen. Mit dem Steigen des Walzreduktionsverhältnisses
wird der kristallisierte Stoff im Blech aus Aluminiumlegierung in
Walzrichtung orientiert, um den kristallisierten Stoff werden Lücken gebildet,
und es kommt zu gehäufter
Verformung, was zu einer Verschlechterung der Biege- und Rückbiegeformbarkeit
des Blechs aus Aluminiumlegierung führt. Daher wird im Hinblick
auf die Formbarkeit das Reduktionsverhältnis bis auf 95% begrenzt.
Andererseits ist die untere Grenze des Reduktionsverhältnisses
60% im Hinblick darauf, daß eine
nötige
Festigkeit erhalten wird. Das so gewalzte Blech aus Aluminiumlegierung
wird dann oberflächenbehandelt
und danach innerhalb einer Minute bei einer Temperatur von 240 bis
350°C erhitzt,
bevor es mit einem Harz beschichtet wird, um die verringerte Formbarkeit
aufgrund des vorstehend erwähnten
Walzarbeitsganges abzuschwächen.
Die untere Grenze der Heiztemperatur ist 240°C im Hinblick auf den Spannungsabbau,
und ihre obere Grenze ist 350°C
im Hinblick auf die Verhinderung von Umkristallisation. Längeres Erhitzen
fördert
die Entfestigung des Blechs aus Aluminiumlegierung mit dem Ergebnis,
daß das
Blech die nötige
Festigkeit nicht erreichen kann. Daher ist die Heizdauer im vorstehend
erwähnten
Temperaturbereich auf innerhalb einer Minute beschränkt. Ferner
sollte diese Hitzebehandlung direkt vor dem Harzbeschichtungsschritt
durchgeführt
werden. Wenn das Blech aus Aluminiumlegierung nämlich einmal auf die vorstehend
genannte Temperatur erwärmt
worden ist, wird es auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt, bei
der es mit einem Harz beschichtet werden sollte. So kann das mit
einem Harz beschichtete Blech aus Aluminiumlegierung ökonomisch
hergestellt werden.
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Nach
dem Kaltwalzen, wie vorstehend erwähnt, wird das Blech aus Aluminiumlegierung
bekannten Oberflächenbehandlungen,
wie Anodisieren, Chromsäure-Beizbehandlung, Phosphorsäurechromatierung, Ätzen mittels
einer Alkalilösung
oder einer Säurelösung und
elektrolytische Chromsäurebehandlung,
unterworfen. Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise das Ätzen und/oder
die elektrolytische Chromsäurebehandlung
oder die Phosphorsäurechromatierung
einsetzen. Falls das Blech aus Aluminiumlegierung durch die elektrolytische
Chromsäurebehandlung
auf seiner Oberfläche
mit einem zweischichtigen Film versehen wird, der aus metallischem
Chrom und Chromhydratoxid besteht, kann die Beschichtungsmasse des
Chromhydratoxids im Hinblick auf die Formanhaftung des auf das Blech
aus Aluminiumlegierung laminierten Harzfilms vorzugsweise insbesondere
3 bis 50 mg/m2 und stärker bevorzugt 7 bis 40 mg/m2, bezogen auf das Gewicht des Chroms, betragen.
Das metallische Chrom ist nicht spezifisch beschränkt, kann
aber im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit nach dem Formen und
die Formanhaftung des Harzfilms vorzugsweise 1 bis 100 mg/m2 und stärker
bevorzugt 5 bis 30 mg/m2 betragen. Falls
das Blech aus Aluminiumlegierung dem Phosphorsäurechromatieren unterworfen
wird, kann die Chromatbeschichtungsmasse ferner vorzugsweise 3 bis
30 mg/m2 und stärker bevorzugt 5 bis 20 mg/m2, bezogen auf das Gewicht des Chroms, betragen.
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Als
das auf mindestens eine Seite des erfindungsgemäßen Blechs aus Aluminiumlegierung
zu laminierende Thermoplastharz kann ein einschichtiger oder mehrschichtiger
Harzfilm, der hauptsächlich
ein Polyesterharz beinhaltet, oder ein Copolymerisationspolyesterharzfilm
verwendet werden. Insbesondere kann als Thermoplastharzfilm zur
Verwendung in einer erfindungsgemäßen DI-Dose, die strikt geformt
werden muß,
ein Copolymerisationspolyesterharzfilm, der Polyethylenterephthalat
und eine regelmäßige Baueinheit
(CRU) mit Ethylenterephthalat als Hauptbestandteil enthält, oder
ein Polyesterharzfilm, der Polybutylenterephthalat und eine CRU
mit Butylenterephthalat als Hauptbestandteil enthält, oder
ein gemischter Polyesterharzfilm, der mindestens zwei aus diesen
Polyesterharzen ausgewählte
Polyesterharze enthält,
oder ein mehrschichtiger Polyesterharzfilm mit mindestens zwei Schichten
aus Polyesterharzen, die aus den vorstehend genannten Polyesterharzen
ausgewählt
und aneinander laminiert sind, verwendet werden. Ferner kann ein
Polycarbonatharzfilm oder ein gemischter Harzfilm, der ein Polycarbonatharz
und mindestens ein aus den vorstehend genannten Polyesterharzen
ausgewähltes
Polyesterharz enthält,
oder ein mehrschichtiger Harzfilm mit einer Polycarbonatschicht
und mindestens zwei Schichten aus aneinander laminierten Polyesterharzen,
die aus den vorstehend genannten Polyesterharzen ausgewählt sind,
verwendet werden. Ein solcher Thermoplastharzfilm kann vorzugsweise
hergestellt werden, indem ein Thermoplastharz unter Verwendung eines
bekannten Extruders zu einem Film geformt wird, der Harzfilm dann
biaxial orientiert wird und wärmestabilisiert
wird, um einen biaxial orientierten Harzfilm herzustellen.
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Der
auf das Metallsubstrat zu laminierende Harzfilm kann vorzugsweise
eine Dicke von 5 bis 50 μm und
stärker
bevorzugt 10 bis 30 μm
haben. Wenn der Harzfilm eine Dicke von nicht mehr als 5 μm hat, ist
es schwierig, diesen Harzfilm kontinuierlich bei hoher Geschwindigkeit
auf das Metallsubstrat zu laminieren. Wenn andererseits die Dicke
des auf das Metallsubstrat zu laminierenden Harzfilms 50 μm oder mehr
beträgt, ist
er verglichen mit der zur Herstellung von Dosen häufig verwendeten
Harzbeschichtung auf Epoxybasis ökonomisch
ungünstig.
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Der
Harzfilm kann direkt auf das Aluminiumlegierungssubstrat laminiert
werden. Es kann auch eine wärmehärtbare Klebeschicht
aus Epoxyphenolharz oder dgl. zwischen dem Harzfilm und dem Aluminiumlegierungssubstrat
bereitgestellt werden, um sie aneinander zu laminieren. Es wird
nämlich
eine Oberfläche
des Harzfilms oder eine Oberfläche
des Aluminiumlegierungssubstrates, d. h. die Oberfläche, die
an die andere gebunden werden soll, vorher mit dem wärmehärtbaren
Klebstoff beschichtet, so daß der
Harzfilm auf das Aluminiumlegierungssubstrat laminiert werden kann
und die wärmehärtbare Klebeschicht
sich zwischen ihnen befindet.
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Die
Temperatur des Aluminiumlegierungssubstrates zum Zeitpunkt der Laminierung
ist 220 bis 300°C, obwohl
sie von der Art des auf das Substrat zu laminierenden Harzes abhängt. Wenn
die Laminierungstemperatur des Blechs aus Aluminiumlegierung nicht
höher als
220°C ist,
zeigt das erhaltene harzbeschichtete Blech aus Aluminiumlegierung
schlechte Formanhaftung, und der Harzfilm, der auf das Substrat
laminiert worden ist, blättert
leicht ab, nachdem das harzbeschichtete Blech aus Aluminiumlegierung
gezogen wurde. Wenn andererseits die Laminierungstemperatur 300°C oder höher ist,
wird der auf das Substrat laminierte Harzfilm geschmolzen und haftet
an den Laminierungswalzen oder Anderem und behindert so den Laminierungsarbeitsgang.
Aus diesem Grund werden die obere und die untere Grenze der Temperatur
des Aluminiumlegierungssubstrates zum Zeitpunkt der Laminierung
mit dem Harzfilm festgelegt.
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Danach
wird der vorstehend genannte Thermoplastharzfilm mit beiden Oberflächen des
Aluminiumlegierungssubstrates in Kontakt gebracht, das auf die vorstehend
genannte Temperatur erhitzt wurde, und sie werden durch ein Paar
Laminierwalzen übereinander
aufgebracht und gepreßt,
so daß sie
durch Druck miteinander verbunden werden, dann sofort und schnell
auf die Temperatur des Umkristallisationspunktes des Thermoplastharzfilms
oder darunter abgekühlt.
So wird durch das vorstehend beschriebene Verfahren ein Blech aus
harzbeschichteter Aluminiumlegierung für eine gezogene und abgestreckte
Dose hergestellt.
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Das
durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren,
wie vorstehend beschrieben, hergestellte, mit Thermoplastharz beschichtete
Blech aus Aluminiumlegierung wird schließlich auf seiner Oberfläche mit
einem bei hoher Temperatur flüchtigen
Schmiermittel beschichtet, und das so hergestellte Blech wird gezogen und
abgestreckt und dann ohne Kühlung
mit Wasser oder Schmieren durch ein Schmiermittel auf wäßriger Basis
oder Reinigung der fertigen Dose zu einer zweiteiligen Dose mit
geringer Wanddicke geformt. Das bei hoher Temperatur flüchtige Schmiermittel
kann vorzugsweise zu 50% oder mehr verflüchtigt werden, wenn das mit diesem
Schmiermittel beschichtete geformte Dosenteil, nachdem es dem DI-Formen
unterworfen wurde, für wenige
Minuten auf eine hohe Temperatur von etwa 200°C erhitzt wird. Insbesondere
kann eine einfache Substanz aus Flüssigparaffin, synthetischem
Paraffin, natürlichem
Wachs oder dgl. oder ein Gemisch solcher einfachen Substanzen in Übereinstimmung
mit der Formbedingung und der Heizbedingung nach dem Formen ausgewählt werden.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendbare bei hoher Temperatur
flüchtige
Schmiermittel kann wünschenswerterweise
einen Schmelzpunkt von 25 bis 85°C
und einen Siedepunkt von 180 bis 400°C haben. Die auf das Blech aus
thermoplastharzbeschichteter Aluminiumlegierung aufzutragende Menge des
bei hoher Temperatur flüchtigen
Schmiermittels sollte bestimmt werden, indem berücksichtigt wird, welche Seite
die beschichtete Oberfläche
sein soll, die Außen-
oder die Innenseite, und, indem die Formbedingung, die Heizbedingung
nach dem Formen oder Andere berücksichtigt
werden, aber sie kann vorzugsweise 5 bis 100 mg/m2 und
stärker
bevorzugt 30 bis 60 mg/m2 betragen.
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BEISPIELE
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Aluminiumlegierungen,
die jeweils die in den Tabellen 1 bis 3 gezeigte Zusammensetzung
hatten, wurden auf übliche
Weise geschmolzen und gegossen, und die erhaltenen Barren aus Aluminiumlegierung
wurden eine Stunde bei einer Temperatur von 550°C einem Schlichten und einer
Homogenisierungswärmebehandlung
unterworfen. Die so behandelten Barren aus Aluminiumlegierung wurden üblicherweise
einem Warmwalzen, Kaltwalzen und Durchlaufglühen und anschließend einem
weiteren Kaltwalzen bei den in den Tabellen 1 bis 3 gezeigten Reduktionsverhältnissen
unterzogen, um Probenbleche aus Aluminiumlegierung zu erhalten,
die jeweils eine Dicke von 0,25 mm hatten, die dann einer der nachstehend
beschriebenen Oberflächenbehandlungen
(A) bis (D) unterworfen wurden.
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(A)
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[Ätzbehandlung]
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Die
Probenbleche wurden 15 Sekunden in wäßrige Natriumhydroxidlösung (50
g/l) mit einer Temperatur von 60°C
getaucht und gewaschen. Anschließend wurden sie 15 Sekunden
in Schwefelsäure
(15 g/l) mit einer Temperatur von 15°C getaucht, gewaschen und getrocknet.
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(B)
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[Elektrolytische Chromsäurebehandlung]
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Die
Probenbleche wurden in einer wäßrigen Lösung, die
100 g/l Chromsäureanhydrid
als Hauptagens und 5 g/l Natriumfluorid als Hilfsstoff enthielt
und eine Temperatur von 40°C
hatte, bei einer Kathodenstromdichte von 100 A/dm2 elektrolysiert,
um einen aus 32 bis 41 mg/m2 metallischem
Chrom und 12 bis 15 mg/m2 Chromhydratoxid
bestehenden zweischichtigen Film auf den Probenblechen herzustellen.
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(C)
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[Ätzen
plus elektrolytische Chromsäurebehandlung]
-
Die
Probenbleche wurden 15 Sekunden in wäßrige Natriumhydroxidlösung (50
g/l) mit einer Temperatur von 60°C
getaucht und gewaschen. Anschließend wurden sie 15 Sekunden
in Schwefelsäure
(15 g/l) mit einer Temperatur von 15°C getaucht und gewaschen. Ferner
wurden sie in einer wäßrigen Lösung, die
100 g/l Chromsäureanhydrid
als Hauptagens und 5 g/l Natriumfluorid als Hilfsstoff enthielt
und eine Temperatur von 40°C
hatte, bei einer Kathodenstromdichte von 100 A/dm2 elektrolysiert,
um einen aus 21 bis 28 mg/m2 metallischem
Chrom und 7 bis 11 mg/m2 Chromhydratoxid
bestehenden zweischichtigen Film auf den Probenblechen herzustellen.
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(D)
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[Phosphorsäurechromatierung]
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Eine
wäßrige Lösung, die
70 g/l Phosphorsäure,
12 g/l Chromsäureanhydrid
und 5 g/l Natriumfluorid enthielt und eine Temperatur von 60°C hatte,
wurde über
jedes Probenblech gesprüht,
so daß darauf
eine Chromatschicht mit 13 bis 20 mg/m2,
bezogen auf das Gewicht des Chroms, hergestellt wurde.
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Jedes
Probenblech, das einer der vorstehend genannten Oberflächenbehandlungen
unterworfen worden war, wurde dann unter den in den Tabellen 1 bis
3 gezeigten Bedingungen erhitzt, und beide Oberflächen des
Probenblechs wurden mit einem biaxial orientierten Copolymerisationspolyesterharzfilm
laminiert, der aus 12 Mol-% Polyethylenisophthalat und 88 Mol-%
Polyethylenterephthalat bestand und eine Dicke von 20 μm hatte,
und sofort in Wasser abgeschreckt. Nach dem Trocknen wurden 50 mg/m2 Glanzwachs mit einem Siedepunkt von 115°C auf beide
Oberflächen
des erhaltenen Laminates aufgetragen, um eine Testprobe zu erhalten.
Die Testprobe wurde hinsichtlich ihrer Festigkeit nach Biege- und Rückbiegearbeitsgängen, Formbarkeit
durch das Kombinationsformen, Druckbeständigkeit und Oberflächenhaftung
des Blechs aus Aluminiumlegierung an den Harzbeschichtungsfilm nach
dem Formen bewertet. Die Festigkeit nach Biege- und Rückbiegearbeitsgängen wurde
durch das Zeichen O für
gut und das andere Zeichen X für
schlecht definiert. Wenn nämlich
eine Testprobe, die Biege- und Rückbiegearbeitsgängen mit
dem Biegeradius von 0,5 mm unterworfen wurde, eine Zugfestigkeit
von 30% oder mehr als 30%, bezogen auf ihre Formänderungsfestigkeit vor den
Biege- und Rückbiegearbeitsgängen, aufweist,
erhält
sie das Zeichen O, und wenn eine andere Testprobe eine Zugfestigkeit
von weniger als 30% ihrer Formänderungsfestigkeit
aufweist, erhält
sie das Zeichen X. Die Bewertung der Druckbeständigkeit einer Dose wurde wie
nachstehend durchgeführt:
Eine gezogene Dose mit 65 mm Durchmesser wurde durch das übliche Zugformen
aus dem Probenblech aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung hergestellt,
ihr Bodenteil wurde dann gewölbt,
und die gezogene Dose wurde innen unter Druck gesetzt. Die Bewertung
erfolgt durch Messen eines Drucks, der das Eindellen des Bodenteils
verursacht. Wenn den Eindelldruck 6,3 kgf/cm2 oder
mehr beträgt,
wird das Zeichen O (gut) gegeben, und wenn der Eindelldruck weniger
als 6,3 kgf/cm2 beträgt, wird das Zeichen X (schlecht)
gegeben. Die Bewertung der Kombinationsformbarkeit wurde wie folgt
durchgeführt:
Eine gezogene Dose mit 100 mm Durchmesser, die mit einem Zugverhältnis von
1,6 gezogen worden war, wurde zu einer ersten nachgezogenen Dose
mit einem Durchmesser von 75 mm und einer Wanddicke von 80% der
ursprünglichen
Wanddicke geformt, die anschließend
einem zweiten Nachziehen unterworfen wurde, und die so geformte
zweite nachgezogene Dose wurde bezüglich ihrer zweiten Nachzugfähigkeit
bewertet. Der zweite Nachzug wurde mit einem Nachzugverhältnis von
1,15 und einem Ansatzradius von 0,4 mm des Nachzugteils einer Matrize
durchgeführt,
wobei der Zwischenraum des Abstreckteils der Matrize variabel gewählt wurde.
Unter diesen Bedingungen wurde die Formbarkeit der nachgezogenen
Dose jeweils bezüglich
des gerundeten Matrizenansatzteils und des Abstreckteils bezogen
darauf bewertet, ob während
des zweiten Nachzugarbeitsgangs Brüche in der Dosenwand auftraten
oder nicht. Wenn keine Brüche
auftraten, wurde das für
gut stehende Zeichen O gegeben, und wenn Brüche auftraten, wurde das für schlecht
stehende Zeichen X gegeben. Die Bewertung der Anhaftung wurde wie
folgt durchgeführt: Eine
unter den gleichen Bedingungen, wie vorstehend, durch zweites Nachziehen
geformte gezogene Dose wurde hinsichtlich ihrer inneren Wandoberfläche bezogen
darauf bewertet, ob die Harzbeschichtung abblätterte oder nicht. Wenn die
Harzbeschichtung nicht abblätterte,
wurde das für
gut stehende Zeichen O gegeben, und wenn die Harzbeschichtung abblätterte,
wurde das für
schlecht stehende Zeichen X gegeben. Die Bewertungsergebnisse sind
in den Tabellen 4 bis 6 dargestellt.
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MÖGLICHE
VERWENDUNG IM FACHGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
ein Verfahren zur Herstellung eines Blechs aus harzbeschichteter Aluminiumlegierung
für eine
gezogene und abgestreckte Dose, umfassend die Schritte Homogenisierungswärmebehandeln
eines Barrens aus Aluminiumlegierung, die im wesentlichen 0,5 bis
2,0 Gew.-% Mn, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mg, 0,05 bis 0,4 Gew.-% Si und
nicht mehr als 0,7 Gew.-% Fe als unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei
(Si + Fe) ≤ 0,9
Gew.-%, das Unterwerfen des erhaltenen Produktes einem Warmwalzen
auf übliche
Weise, um ein warmgewalztes Blech aus Aluminiumlegierung zu erhalten,
das anschließende
Unterwerfen des warmgewalzten Blechs einem Durchlaufglühen oder
Kastenglühen,
einem Kaltwalzen bei einem Reduktionsverhältnis von 60 bis 95% und einer
Oberflächenbehandlung,
wobei das so oberflächenbehandelte Blech
aus Aluminiumlegierung innerhalb einer Minute bei einer Temperatur
von 240 bis 350°C
erhitzt wird, das Blech aus Aluminiumlegierung bei einer Temperatur
von 220 bis 300°C
gehalten wird und beide Oberflächen des
Blechs mit einem Thermoplastharz beschichtet werden und das erhaltene
Produkt sofort abgeschreckt wird. Ferner ist die vorliegende Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die
auf das Blech aus Aluminiumlegierung angewandte Oberflächenbehandlung
eine aus den Behandlungen (A) Ätzen,
(B) elektrolytische Chromsäurebehandlung,
(C) Ätzen
plus elektrolytische Chromsäurebehandlung
und (D) Phosphorsäurechromatierung
ausgewählte
ist. Somit ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Blechs aus harzbeschichteter
Aluminiumlegierung für
gezogene und abgestreckte Dosen, das ohne Wandbrüche zu einer gezogenen und
abgestreckten Dose geformt werden kann und genügend Festigkeit als Dose besitzt,
wenn die Dose durch das Kombinationsformverfahren geformt wird,
wobei das Verfahren den Schritt eines Biege- und Zurückbiegearbeitsganges
an einem gerundeten Matrizenansatzstück mit einem kleinen Ansatzradius
und den anschließenden
Schritt eines Abstreckarbeitsganges unter trockenen Bedingungen
beinhaltet.
Tabelle 4 Bewertungsergebnisse von Eigenschaften
der Probenbleche (1)
| Probe
Nr. | Festigkeit
nach Biegen & Rückbiegen | Kombinationsformbarkeit | Druckbeständigkeit | Anhaftung | Einteilung |
| 1 | O | O | O | O | Beispiel |
| 2 | X | X | – | – | Vergleich |
| 3 | O | O | O | O | Beispiel |
| 4 | O | O | X | O | Vergleich |
| 5 | O | O | X | O | Vergleich |
| 6 | X | X | – | – | Vergleich |
| 7 | O | O | X | O | Vergleich |
| 8 | O | O | O | O | Beispiel |
| 9 | X | X | – | – | Vergleich |
| 10 | O | O | O | O | Beispiel |
| 11 | O | O | X | O | Vergleich |
| 12 | O | O | X | O | Vergleich |
- (Bemerkungen)-: Nicht bestimmt
Tabelle 5 Bewertungsergebnisse von Eigenschaften
der Probenbleche (2) | Probe
Nr. | Festigkeit
nach Biegen & Rückbiegen | Kombinationsformbarkeit | Druckbeständigkeit | Anhaftung | Einteilung |
| 13 | X | X | – | – | Vergleich |
| 14 | O | O | X | O | Vergleich |
| 15 | O | O | X | O | Vergleich |
| 16 | O | O | O | O | Beispiel |
| 17 | O | O | O | O | Beispiel |
| 18 | X | X | – | – | Vergleich |
| 19 | O | O | X | O | Vergleich |
| 20 | O | O | O | O | Beispiel |
| 21 | O | O | O | O | Beispiel |
| 22 | X | X | – | – | Vergleich |
| 23 | O | O | X | O | Vergleich |
| 24 | O | O | O | O | Beispiel |
- (Bemerkungen)-: Nicht bestimmt
Tabelle 6 Bewertungsergebnisse von Eigenschaften
der Probenbleche (3) | Probe
Nr. | Festigkeit
nach Biegen & Rückbiegen | Kombinationsformbarkeit | Druckbeständigkeit | Anhaftung | Einteilung |
| 25 | O | O | O | O | Beispiel |
| 26 | X | X | – | – | Vergleich |
| 27 | O | O | O | O | Beispiel |
| 28 | X | X | – | – | Vergleich |
| 29 | O | O | O | X | Vergleich |
| 30 | O | O | O | O | Beispiel |
| 31 | O | O | O | O | Beispiel |
| 32 | – | – | – | – | Vergleich |
- (Bemerkungen)-: Nicht bestimmt