DE1558797C - Verfahren zur Herstellung von Lei terdraht aus AlMgSi Legierungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Lei terdraht aus AlMgSi LegierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfuhren zur
Herstellung V(Mi Leiterclrnht ims AIMgSi-Legicningen
mit 0,2 bis 1,31V0 Silicium- und 0,3 bis l,4°/„ Magne»
siumgchalt,
Legierungen des vorgenannten Typs werden in großem Umfang für Leilerdrilhte verwendet, Leiterdrühte
aus der Aluminiumlegierung 6201 z, B. weisen in wilrmevergütetem
Zustand eine Zugfestigkeit von etwa 3220 kg/cm'2, eine Mindestdehnung von 3('/0 und eine
elektrische Leitfähigkeit von mindestens 53,5 "/<, IACS
auf.
Charakteristisch für diese Leiterdrühte ist, daß sie durch Kokillenguß, Wiedererhitzung auf etwa 370 bis
455"C, Heißwalzen zu einer Walzstange, Kaltziehen, Lösungsglühen (Zwischenglühen) bei etwa 538"C während
1 Stunde und nachfolgendes Abschrecken mit Wasser, nochmaliges Kaltziehen und Warmauslagerung
zwischen 121 und 2320C zur Erzielung genormter Eigenschaften hergestellt werden.
Das cluirgenweise Zwischenglühen wird bei dem
Drahlvormalerial in herkömmlicher Weise an verhältnismäßig kleinen, voneinander im Abstand angeordneten
Rollen mit einem Gewicht von nicht mehr als 112,4 kg durchgeführt, welche sorgfältig mit Wasser
abgeschreckt werden müssen.
Vom Gesichtspunkt der praktischen Herstellung aus gesehen, stellt das Zwischenglühen von kaltgezogenem
Draht ein teures und zeitraubendes Verfahren dar. Insbesondere gestaltet es sich wegen der Abschreckempfindlichkeit
besagter Legierung schwierig. Es ist zwar bekannt (D. A 11 e η ρ ο h 1, »Aluminium und
Aluminiumlegierungen«, Springer-Verlag, 1965, S. 762, 763), daß die Abschreckgeschwindigkeit von AlMgSi-Blcchen
um so geringer sein kann, je tiefer die Gehalte an Magnesium und Silicium liegen, andererseits wird
aber die Abschreckcmpfindlichkeit der AIMgSi-Legierungen
durch Zusatz von Mangan oder Chrom erhöht. So ist das Ergebnis in beträchtlichem Maß von den
Legierungsbestandteilen der AIMgSi-Legierung abhängig. Im übrigen trägt das Zwischenglühen von kaltgezogenem
Draht auch bei völliger Beherrschung dieses Vorganges nach wie vor erheblich zu den Herstellungskosten
von Leitern dieser Art bei.
Es ist daher höchst erwünscht, das Lösungsglühen bei noch weiter zu ziehenden Drähten in einem kontinuierlichen
Verfahren zu bewerkstelligen. Dadurch können bedeutsame Einsparungen an Herstellungskosten
erreicht werden. Hinzu kommt, daß ein chargenweises Verfahren häufig harte Stellen und undefinierbare
Eigenschaften in dem Endprodukt verursacht. Ein kontinuierliches Verfahren schaltet diese Nachteile aus.
Bei Vermeidung des gesamten Zwischenglühens können sogar noch größere Einsparungen erreicht werden,
wobei das Verfahrensprodukt dem herkömmlichen Leitaiumiiuim
sehr ähnlich wäre.
Aufgabe der Erfindung war deshalb, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von Leiterdrähten
aus AiMgSi-i.egierungen unter Vermeidung des Zwi··
schenglühens zu entwickeln. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Somit belrilfl die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von l.eilerdrahl aus AIMgSi-Legierungen mit.
0,2 bis l,3u/„ Silicium und 0,3 bis 1,4"/,, Magnesium
fiii l.citcrdralu, das dadurch gekennzeichnet ist, dal.!
die Drahtbarren wählend mindestens 5 Minuten bei 510 bis (Ί20 C einem an sich bekannten Lösungsglühen
unterzogen, anschließend mit einer Abkühl·· von mehr als 204 ('/min warmgewalzt,
nach Beendigung dos Warmwalzens innerhalb von 20 Sekunden auf eine Tempera Uir von unterhalb 121 "C
abgeschreckt werden und daß schließlich der Warmwalzdraht in «n sich bekannter Weise kalt gezogen und
wilhrend mindestens 15 Minuten bei Temperaturen zwischen 121 und 232"C warm ausgelagert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausfülirimgsfonn des
erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Drahtbarren beim Warmwalzen zu einer Walzstange gewalzt,
ίο welche vorzugsweise einen Durchmesser von 9,5 mm hat. Anschließend werden vorzugsweise die an sich
bekannten (s. schweizerische Patentschrift 110 527) folgenden Verfahrensschritte vorgenommen:
(1) Kaltziehen mit etwa 70u/0 Quersclinittsabnahme;
(2) Warmauslagerung bei 121 bis 232° C während einer
Zeit von mindestens 15 Minuten.
Das Verfahren der Erfindung läßt sich im technischen Maßstab gut kontinuierlich durchführen und bringt
ao beträchtliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung
von Leiterdrähten mit sich.
Überraschenderweise läßt sich bei dem Verfahren der Erfindung der gesamte Vorgang des Zwischenglühen
vermeiden. Die Anwendung der beschriebenen Warmwalz- und Abkühlbehandlungen hält das Magnesiumsilicid
ingünstigerWeise inLösung. Beimherkömmlichen Verfahren liegt infolge des üblichen unmittelbaren
Kokillengusses und Warmwalzens das Magnesiumsilicid in grob ausgefällter und weit verstreuter
Form vor. Diese grobe Ausfällung erfordert eine lange Zeit des Lösungsglühens. Die grobe Ausfällung
kann langsam durch chargenweise Behandlung wiederaufgelöst und durch chargenweises Abschrecken in
Lösung gehalten werden. Die Nachteile dieser Vcrfahrensweise sind bekannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich z. B. auch auf die Herstellung von Fein- oder Grobblech,
insbesondere auf die Herstellung von 9,5 mm dickem und dickerem Grobblech, anwenden. Bevorzugt wird
das Verfahren jedoch zur Herstellung von Drähten angewendet. Dies wird im folgenden näher erläutert.
Die als Ausgangsmatcrial verwendete Aluminiumlegierung kann in an sich bekannter Weise gegossen
sein. Der gegossene Barren wird dann in an sich bekannter Weise (D. A 11 e η ρ ο Ii 1, »Aluminium und
Aluminiumlegierungen«, Springer-Verlag, 1965, S. 754 ff.) durch Erhitzen während einer Zeit von
mindestens 5 Minuten, bei Temperaluren von 510 bis 6200C, vorzugsweise während einer Zeit von 15 Minuten
bis 16 Stunden, bei Temperaturen von 525 bis 565° C, dem Lösungsglühen unterworfen, wobei eine
vollständige Auflösung der Legierungsbestandteile stattfindet.
Nach dem Lösungsglühen wird der gegossene Barren zu einer Walzstaiige warmgewalzt, welche üblicherweise
einen Durchmesser von ungefähr 9,5 mm aufweist. Das Warmwalzen wird so durchgeführt, daß
während des Warinwai/vorgangesdie Abkühlgeschwindigkeit
höher als 204CZmIn ist. Bei der Herstellung
<io von Fein- oder Grobblech ist die Abkühlgeschwindigkeit
höher als 37,X C/min. Bei Anwendung des vorgenannten Warmwalzvorganges ist die aus dem Rollengerüst
kommende Walzstange im wesentlichen frei von ausgefälltem Magnesiunisilicid. Die Walzstaiige wird
dann mil einer Kühlgcschwindigkeil von über 37,H C;
min und bei einer Verzögerung von nicht mehr als 20 see, vorzugsweise weniger als I 5 see, zwischen der
Abkühlbehandluug und dem letzten Warmwalzstich
ιιιιΓ cine Temperatur unter 121 C gekühlt, vorzugsweise
auf Raumtemperatur, Die Geschwindigkeit;, mit der das Material von 121 "C auf Riuimtemperatur gekühlt
wird, spielt keine besondere Rolle. Im ungemeinen erfolgt
die Abkühlung auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von mehr als 37,8" C/min. Das Magncsiumsilicid
wird wilhrend dieses Vorganges im Lösung gehalten, so cliili die i'iblieherwcise notwendige
Zwischenglühung entfüllt.
Die Wulzstunge kann dann mit über 1JK °/„ Qucrschnittsabnahmc
kaltgezogen werden, ohne dall ein Zwischenglühen erforderlich ist. Hierin liegt ein Unterschied
zum bekannten Verfahren, bei welchem für den Betrag der Querschnittsabnahmc nach dem Lösungsglühen
eine obere Grenze besteht.
Wenn die Aluminiumlegierung 6201 zur Anwendung
kommt, ist es erforderlich, eine mindestens 70prozentige Kaltreduktion, vorzugsweise eine mindestens 75-prozentige
Kaltreduktion, vor der Wärmeauslagerung vorzunehmen,
Durch die Wärmeauslagerung von mindestens 15 Minuten
bei Temperaturen von 121 bis 232 C, vorzugsweise 1 bis 8 Stunden bei 149 bis 177 C, erhält das
Material seine endgültigen Eigenschaften.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt verwendete Legierung ist Legierung 6201, die 0,6'bis
0,9 °/0 Magnesium, 0,5 bis 0,9 °/0 Silicium, bis 0,5 °/„
Eisen, bis 0,1 °/0 Kupfer, bis 0,1 °/0 Zink, bis 0,03 °/0
Mangan, bis 0,03 "/„ Chrom, andere jeweils bis 0,3 °/0,
insgesamt bis 0,1 °/0, Rest Aluminium, enthält. Die
Legierung kann herkömmliche Verunreinigungen enthalten. Zusatzstoffe können Verwendung finden, um
besondere Ergebnisse /u erzielen. So kann die Legierung z. B. bis 1,01V0 Eisen, bis 1,0°/0 Kupfer, bis, 0,8n/0
Mangan, bis 0,35 °/0 Chrom, bis 0,5% Zink, bis 0,001
bis 0,05 °/(, Bor, bis 0,2°/„ Titan, andere jeweils bis
0,05°/0, insgesamt bis 0,15°/0, enthalten. Insbesondere
Bor ist ein vorteilhafter Zusatzstoff.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Eine Legierung, enthaltend 0,72 °/0 Magnesium,
0,68 °/„ Silicium, 0,22°/0 Eisen und 0,018 °/0 Bor, wurde
in der Kokille gegossen. Das Gußstück halle einen Durchmesser von 5,72 cm. Das Gußstück wurde auf
etwa 398 C wiedererhitzt, etwa 30 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten und in einem kontinuierlich
arbeitenden 10-Rollen-Gerüst warm zu einer Walzstange
mit einem Durchmesser von 0,95 cm ausgewalzt. Die Walzstange verließ das Gerüst bei etwa 288° C
und wurde durch Luftkühlung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die so erhaltene Walzstange zeigte eine
grobe Dispersion von nicht gelöstem Mg2Si. Die Walzstange
wurde mit 80°/u Querschnittsabnahme kaltgezogen und dann 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Vier
Proben des so erhaltenen Drahtes zeigten eine niedrige mittlere Zugfestigkeit von etwa 2450 kg/cm-.
Die Walzstange vom Beispiel 1 wurde H) Minuten lang auf einer Temperatur von etwa 550 C gehalten,
wobei die Totalverweil/eil im Ofen Id Minuten betrug;
anschließend wurde die Wal/slange mit Wasser sofort
und ohne bewußte Verzögerung abgeschreckt. Dieser Vorgang diente zur vollständigen Auflösung des groben
Mg;;Si. Die so behandelte Wal/slange wurde mit
80°/,, Querschnitlsiibnuhme kaltgezogen und 4 Stunden
bei 163"C ausgelagert. 8 Proben des Drahtes zeigten eine zufriedenstellende mittlere Zugfestigkeit von
3360 kg/cm'1, Das ist praktisch eine Verdopplung der bisherigen Ergcbniüsc.
Der gegossene Drahtbarren vom Beispiel 1 wurde
»ο auf eine Temperatur von 550 C erhitzt und 15 Minuten
bis 5 Stunden lang auf dieser Temperatur gehallen. Der Barren wurde dann in einem H)-Rollen-Gerüsl zu
einer Walzstange mit eiiiem Durchmesser von 0,95 cm
ausgewalzt, Der gegossene Barren wurde bei 550 C in das Rollen-Gerüst eingeführt und trat in h'orm der
Walzstange bei einer Temperatur von 343 C aus. Die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit während des
Warmwalzens betrug etwa 870 C/min. Der Barrun wurde dann in ruhender Luft auf Raumtemperatur
ao abgekühlt; die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit
betrug dabei etwa 5,6 C;min. Die Prüfung der MikroStruktur zeigte eine feine Dispersion von ausgefälltem
Mg2Si. Die Walzslange wurde anschließend mit
80°/0 Querschnittsabnahmu kaltgezogen und erhielt so
einen Durchmesser von etwa 0,4 cm. Dieser Draht wurde 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Vier Proben
dieses Drahtes zeigten eine niedrige mittlere Zugfestigkeit von etwa 2450 kg.'cm*.
B e i s ρ i e 1 4
Der Drahtbarren vom Beispiel 1 wurde gemäß Beispiel 3 warmgewalzt, wobei die Temperatur beim Austritt
aus dem Rollen-Gerüst343 CunddicdurchschniU-liehe
Kühlgeschwindigkcit während des Warmwalzens 870 C/min betrug. Die das Rollen-Gerüst verlassende
Walzstange wurde in kaltem Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt, wobei eine Verzögerung von nicht
mehr als 2 Sekunden zwischen Verlassen des Rollen-Gerüstes und Eintauchen in das Kühlmedium stattfand.
Die Abkühlgeschwindigkeil der Stange in dem Kühlmedium war sehr hoch und betrug etwa
5550"C/min. Die so behandelte Walzslange zeigte in der Mikrostruktur keine wesentliche Ausfällung \on
Mg2Si. Die Walzstange wurde dann mit 80"■„ Querschnittsabnahme
kaltgezogen und erhielt einen Durchmesser von etwa 0,4 cm. Der Draht wurde 4 Stunden
bei 163 C ausgelagert. Acht Proben dieses Drahtes zeigten eine befriedigende mittlere Zugfestigkeit von
etwa 3430 kg/cm2, eine mittlere Dehnung von 5°,0 und
eine mittlere elektrische Leitfähigkeit von etwa 54°'O IACS.
Ein gemäß Beispiel 1 gegossener Drahtbarren wurde gemäß Beispiel 3 warmgewalzt. Die Wal/stange verließ
das Rollen-Gerüst bei etwa 343 C; die initiiere Kühlgcschwindigkeit wahrend des Wannwalzens betrug
87ü'C,min. Die Wal/stange wurde 15 Sekunden in ruhender Luft belassen und anschließend gemäß
Beispiel 4 mit Wasser abgeschreckt. Die Makrostruktur der Wal/stange zeigte kaum sichtbare, gelegentliche
Spuren von Mg.,Si--\usfä'llung, Die Wal/stange winde
fi;, dann mil W (l Querschnitts.ibnahine kaltgezogen und
erhielt so einen Durchmesser wm etwa 0,4 cm. Dieser Draht wurde 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Vier
Proben dieses Drahtes /ciglen eine initiiere Zugfestig-
keil von 3360 kg/cm8, eine mittlere Dehnung von 6%
und eine mittlere elektrische l.citfühigkcit von 54%
IACS.
Claims (5)
1. Verfahren zur I lerslcllung von Leiterdraht aus AIMgSi-Legierungen mit 0,2 bis 1,3% Silicium und
0,3 bis 1,4% Magnesium für Leiterdraht, dad Ii r c h g e k c η η ζ c i c h η e I, daß die Drahtbarren
wiihrend mindestens 5 Minuten bei 510 bis 620 C einnm an sich bekannten Lösungsglühen
unter/ogen,anschließend mitcincr Abkühlgeschwindigkeit
von mehr als 204cC/min warmgewalzt, nach Beendigung des Warmwalzens innerhalb von 20 Sekunden1
auf eine Temperatur von unterhalb 1210C abgeschreckt werden und daß schließlich der Warmwalzdraht
in an sich bekannter Weise kalt gezogen und wiihrend mindestens 15 Minuten bei Temperaturen
zwischen 121 und 2320C warm ausgelagert wird.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung aus
0,6 bis 0,9% Magnesium,
0,5 bis 0,9% Silicium, a5
bis 0,5% Eisen,
bis 0,1% Kupfer, bis 0,1 "/„ Zink,
bis 0,03 "/„Mangan, bis 0,03% Chrom,
andere jeweils bis 0,03%. insgesamt bis 0,1%, Rest Aluminium,
3. Anwendung dos Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung aus
0,2 bis 1,3% Silicium, 0,3 bis 1,4% Magnesium,
bis 1,0% liisen,
bis 1,0% Kupfer,
bis 0,8% Mangan,
bis 0,35% Chrom,
bis 0,5% Zink,
bis 0,2% Titan,
andere jeweils bis 0,05%, insgesamt bis 0,15%, Rest Aluminium.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung nach Anspruch 3 mit einem zusätzlichen
Borgehalt von 0,001 bis 0,05 %.
5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Kaltziehen mit einer Querschnittsabnahme von mindestens 70% durchführt.
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