DE2602339C2

DE2602339C2 - Verfahren zum Stranggießen einer Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2602339C2
Application number: DE2602339A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Eryl Carrollton Ga. Chadwick; Enrique Henry Chia; Frank Michael Powers
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1976-01-22
Publication date: 1985-11-14
Also published as: GB1509132A; FR2298612A1; DE2602339A1; NO143866C; ATA46876A; NO760222L; SE410565B; NO143866B; JPS5938303B2; SE7600726L; JPS5199611A; SU583720A3; FR2298612B1; AT344930B; BR7600419A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen einer Aluminiumlegierung, die ungefähr 0,5 bis 0,9 Gewichtsprozent Silizium und ungefähr 0,6 bis 0,9 Gewichtsprozent Magnesium enthält, mit einem Gießrad, wobei der aus der Gießnut desselben ausgehobene Strang in ein Walzwerk geführt und unmittelbar nach dem Austreten aus diesem in der Weise abgeschreckt wird, daß das Kühlen innerhalb eines so kurzen Zeitraums durchgeführt wird, daß noch keine wesentliche Ausscheidung der Legierungsmetalle stattfindet.

Ein Verfahren dieser Art zum Stranggießen von Aluminiumlegierungen des angegebenen Typs, beispielsweise von 6.201-Aluminiumlegierungen, ist bereits aus der DE-OS 20 21 664 bekannt. Dieses bekannte Stranggießverfahren stellt zwar gegenüber älteren, diskontinuierlich durchzuführenden Verfahren einen beträchtlichen Fortschritt dar, weil es im Gegensatz zu diesen kontinuierlich durchführbar ist, es sich also im Gegensatz zu den bekannten Stückprozessen um einen Fließprozeß handelt. Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 21 664 treten jedoch Probleme auf, die bei den diskontinuierlichen Verfahren nicht aufgetaucht waren. Dabei handelt es sich beispielsweise um das Problem, daß der erzeugte Strang ausgeschiedene Legierungsbestandteile in Form sehr großer Präzipitate enthält, deren Größe im Bereich von 20 000 Angström liegt. Darüber hinaus ergeben sich wegen der verhältnismäßig hohen erforderlichen Gießgeschwindigkeiten Erscheinungen, die als »Erstarrungsschwund« bezeichnet werden können und zur Folge haben, daß der erzeugte Strang aufgrund von Lunker- oder Rißbildungen brüchig wird, wodurch die Ziehfähigkeit des Strangs wesentlich herabgesetzt und die Dehnung des Strangs wesentlich beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art zu schaffen, das die

ίο Herstellung von Strängen mit demgegenüber verbesserten Eigenschaften ermöglicht Diese Aufgabe ist crfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren der Strang mit einer im Vergleich zu dem bekannten Verfahren niedrigeren Temperatur aus der Gießnut des Gießrades ausgehoben wird, werden Lunker- und Rißbildungen, also die als »Erstarrungsschwund« bezeichneten Erscheinungen, weitgehend vermieden. Dadurch, daß der Strang beim erfindungsgemäßen Verfahren außerdem vor Einführen in das Walzwerk auf eine Temperatur erhitzt wird, in der die Legierungsbestandteile in Lösung gehen, wird ein besonders gutes Gefüge des Strangs erzielt

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert
Es zeigt

Fig. 1 eine schematisiert gezeichnete Seitenansicht einer Einrichtung zum Durchführen des hier aufgezeigten Verfahrens;

F i g. 2 ein ternäres Diagramm zur graphischen Darstellung der Löslichkeit von Magnesium, Silizium und der intermetallischen Verbindung Magnesiumsilizid in Aluminium bei verschiedenen Temperaturen und

Fi g. 3 eine graphische Darstellung der Wirkung der durch das erfindungsgcinäße Verfahren erreichten Wärmebehandlung von 6.201-Aluminiumlegierung im Vergleich zu einer nach dem bekannten Verfahren hergestellten 6.201 -Aluminiumlegierung.

F i g. 1 zeigt eine Gießmaschine 10, einen Erhitzer 11, ein Walzwerk 12, eine Rohrabschreckeinrichtung 13 und eine Aufwickelvorrichtung 14. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem (nicht dargestellten) Ofen geschmolzenes Metall in ein Gießrad 10a der Gießmaschine 10 eingegossen. Das geschmolzene Metall wird gekühlt, erstarrt in dem Gießrad 10a und wird als verfestigter Strang 15 bei einer Temperatur unterhalb von 504° C aus dem Gießrad ausgehoben und zu dem Erhitzer 11 und durch diesen hindurchgeführt, in dem der verfestigte Strang 15 kontinuierlich beheizt wird, bis die Temperatur des Strangs innerhalb des Bereichs von ungefähr 454 bis 616°C liegt. Der erhitzte Strang 15 wird sodann zum Walzwerk 12 und durch dieses hindurch geführt. Das Erzeugnis wird im WaIzwerk 15 gelängt und in seiner Querschnittsfläche verkleinert und verläßt das Walzwerk als gekneteter Strang 17. Der Strang 17 wird durch die Rohrabschrcckeinrichtung 13 hindurch geführt, die ein die erste Abschreckstufe bildendes Abschreckrohr 18, Vorschubwalzen 19, ein die zweite Abschreckstufe bildendes Abschreckrohr 20, Vorschubwalzen 21 sowie ein Strangführungsrohr 22 aufweist. Der aus dem Strangführungsrohr 22 austretende Strang wird durch die Aufwickelvorrichtung zu Spulen aufgewickelt. Die Abschreckflüssigkeit wird von einem Sumpf 24 einer Pumpe 23 zugeführt, die die Flüssigkeit unter Druck dem Abschrcckrohr 18 der ersten Stufe zuführt. Die Abschreckflüssigkeit wird durch das Abschreckrohr 18 in einer Strö-

mungsrichtung hindurch geführt, die der Bewegungsrichtung des Strangs 17 entspricht, und wird über ein Leitungssystem einem Kühlturm 26 zugeleitet, wo die Abschreckflüssigkeit abkühlt und von wo die abgekühlte Flüssigkeit zum Sumpf 24 zurückgeführt wird. Von einem Sumpf 28 erhält eine Pumpe 27 Abschreckflüssigkeit und führt diese unter Druck dem Abschreckrohr 20 der zweiten Stufe zu. Die Abschreckflüssigkeit der zweiten Stufe wird durch das Abschreckrohr 20 im Gegenstrom zu der Vorschubbewegung des Strangs 17 hindurch geführt und strömt durch ein Leitungssystem zu einem Kühlturm 31, wo die Flüssigkeit gekühlt und von wo die Flüssigkeit zum Sumpf 28 zurückgeführt wird. Daher werden die Abschreckflüssigkeiten während des Abschreckprozesses auf bestimmten Temperaturen gehalten.

Bei dem in dieser Vorrichtung behandelten, geschmolzenen Metall handelt es sich, genauer gesagt, um eine für die Wärmebehandlung geeignete Aluminiumlegierung. Wenn das zu bildende Erzeugnis eine 6.201 -Aluminiumlegierung ist, dann erstreckt sich der Bereich des enthaltenen Siliziums von ungefähr 0,5 bis 0,9% und des enthaltenen Magnesiums von ungefähr 0,6 bis ungefähr 03%· Der Bereich der Legierungsbestandteile an Silizium und Magnesium kann bei diesem Metall über den für die 6.201 -Legierung festgelegten Bereich hinaus von 0,2 bis 13% bzw. von 0,3 bis ungefähr 1,4% schwanken, wenn es gewünscht wird. Das Metall wird in geschmolzenem Zustand durch ein Fiberglassieb in einen Tiegel gegossen, der auf einer Temperatur von mehr als 649° C gehalten wird. Von dem Tiegel wird das Metall in das Gießrad 10a gegossen, wo das Metall gekühlt wird und sich zum gegossenen Strang 15 mit einer Geschwindigkeit verfestigt, die so gewählt ist, daß kein Erstarrungsschwund auftritt. Der gegossene Strang wird vom Gießrad 10a bei einer Temperatur von ungefähr 427⁰C bis 504° C abgestreift oder ausgehoben und läuft zum Erhitzer 11 und durch diesen hindurch, wobei die Temperr'.ur des gegossenen Strangs bis zu einem Wert erhöht wird, bei dem die Legierungsbestandteile in Lösung gehen. Der Erhitzer 11 führt dem Strang ununterbrochen Wärmeenergie zu, um die Temperatur des Strangs 15 von ungefähr 454°C auf ungefähr 616°C zu steigern, gewöhnlich von ungefähr 510⁰C auf 549°C oder, abhängig vor. der Legierungs.-.usammensetzung, von 549° C auf ungefähr 616° C. Nach Verlassen des Erhitzers 11 wird der gegossene Strang zum Walzwerk 12 und durch dieses hindurch geführt, in dem der Strang heiß verformt und mit eiuem Überzug aus löslichem Öl überzogen wird, dessen Konzentration auf ungefähr 40% und dessen Temperatur auf weniger als 93° C, üblicherweise auf ungefähr 71°C, gehalten werden. Das Walzwerk 12 weist eine Mehrzahl von Walzgerüsten auf, die den gegossenen Strang abwechselnd von oben nach unten und von den Seiten her zusammenpressen, wodurch der Strang gelängt und seine Querschnittsfläche verringert werden, so daß der gegossene Strang fortschreitend in den für eine nachfolgende Ziehbearbeitung geeigneten Strang 17 übergeführt wird. Das Volumen des das lösliche Ol enthaltenden Konzentrats wird im Walzwerk 12 auf einem Wert gehalten, der ungefähr ²/₃ des Volumens beträgt, wie es bei einem üblichen, kontinuierlichen Gießsystem für Stränge aus Elektrolytkupfer Anwendung findet. Die Temperatur und das Volumen des dem Strang im Walzwerk zugeführten Kühlmittels sine so einstellbar, daß, wenn der Strang 17 das Walzwerk 12 verläßt, seine Temperatur so hoch ist, daß der Strang immer noch in dem für die Warmverformung geeigneten Temperaturbereich ist, der gewöhnlich oberhalb von 343° C liegt, so daß die Legierungsmetalle sich vom Aluminium nicht abgeschieden haben. Aufgrund des geringen Volumens von dem Strang im Walzwerk zugeführtem Kühlmittel ist eine höhere Konzentration an Schmiermittel erforderlich, und zwar ungefähr 40% im Vergleich zu ungefähr 10% bei einem Elektrolytkupfer-Strang-System, und die Strömungsmenge ist so eingestellt, daß an jedem WaIzgerüst ungefähr der gleiche Kühlmittelstrom vorhanden ist.

F i g. 2 zeigt ein ternäres Diagramm, das graphisch die Löslichkeit von Magnesium, Silizium und Magnesiumsilizid in Aluminium bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 440° C bis 535° C darstellt

Eine gerade Linie zeigt die Zunahme der Löslichkeit von Magnesium, Silizium und Magnesiumsilizid in der 6.201 -Legierung bei einer Zunahme der Temperatur auf ungefähr 5J5°C. Eine Stelle 42 auf der geraden Linie stellt die Menge von Magnesium. Sütiium und Magnesiumsilizid dar, die sich bei einem kontinuierlich gegossenen Strang aus 6.201-AIuminium in Lösung befinden, wenn der Strang einer Wärmebehandlung gemäß dem bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gegossener Aluminiumlegierung 6.201 unterzogen wird. Eine Stelle 43 stellt die Mengen von Magnesium, Magnesiumsilizid und Silizium dar, die bei der 6.201 -Aluminiumlegierung in Lösung verbleiben, wenn ein kontinuierlich gegossener Strang dieser Legierung einer Wärmebehandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird. Wie aus dem Diagramm von F i g. 2 zu entnehmen ist, ergibt sich für die in Lösung gehaltene Menge an Magnesiumsilizid bei der 6201-Legierung, wenn diese kontinuierlich gegossen, zum Strang gewalzt und wärmebehandelt wird und wenn hierbei das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, eine Zunahme von 162%.

Es folgt ein Beispiel der verbesserten Eigenschaften, die sich dadurch ergeben, daß eine größere Menge von Mapnesiumsilizid vor dem Altern und vor dem Ausscheidungsvorgang in der Legierungsmatrix in Lösung ist Ein gegossener Strang wurde kontinuierlich unter Anwendung des für die 6201 - Legierung bekannten Verfahrens hergestellt Hierbei ergaben sich folgende Ergebnisse: Die Zugfestigkeit des fertiggestellten Drahts betrug 315 N/mm² bei einer Dehnung von 8,3% und einer Leitfähigkeit von 52,5%, bezogen auf den internationalen Kupferstandard IACS. Von diesen Eigenschaften als Grundlage ausgehend wurde die Temperatur des Strangs sodann in einen zwischen der Gießmaschine und dem Einlauf des Strangs in das Walzwerk gelegenen: Bereich von 482° C unter Anwendung des erfindungsgemäßeii Verfahrens auf 549° C erhöht. Der Strang wurde sodann gewalzt und zum Draht verarbeitet. Die physikaiischen Eigenschaften dieses nach dem erfii.dungsgemäßen Verfahren hergestellten Strangs waren:

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Eigenschaften, wie sie sich bei Anwendung des üblichen Verfahrens der Wärmebehandlung und bei Anwendung des üblif 5 chen Verfahrens der Wärmbehandlung und bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim kontinuierlichen Gießen eines Strangs aus 6.201-Aluminiumlegierung ergeben. Hierbei zeigt eine Kurve 50 die Bezie-

Zugfestigkeii	350 N/mm²
Dehnung	7,9%
Leitfähigkeit	52,5%

hung zwischen der Leitfähigkeit und der Zugfestigkeit
des aus 6.201-Aluminiumlegierung gefertigten Drahts
bei Anwendung der üblichen Technik, und eine Kurve
zeigt dieses Verhältnis zwischen Leitfähigkeit und
Zugfestigkeit bei einem Draht, der aus 6.201-Aluminiumlegierung unter Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

ίο

20

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen einer Aluminiumlegierung, die ungefähr 0,5 bis 03 Gewichtsprozent Silizium und ungefähr 0,6 bis 0,9 Gewichtsprozent Magnesium enthält, mit einem Gießrad, wobei der aus der Gießnut desselben ausgehobene Strang in ein Walzwerk geführt und unmittelbar nach dem Austreten aus diesem in der Weise abgeschreckt wird, daß das Kühlen innerhalb eines so kurzen Zeitraums durchgeführt wird, daß noch keine wesentliche Ausscheidung der Legierungsmetalle stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß der gegossene Strang aus der Gießnut bei einer Temperatur von weniger als 504⁰C, vorzugsweise einer Temperatur zwischen 504⁰C und 427° C, so schnell ausgehoben wird, daß keine Lunker- und Rißbildung aufgrund des Erstarrungsschwundes auftritt, und vor dem Einführen in dag Walzwerk auf eine Temperatur von mehr als 454⁰C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 454° C und 549° C, erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang im Walzwerk während des Warmwalzens gleichzeitig mit einem löslichen Öl beschichtet wird, welches eine Temperatur von weniger als 93°C besitzt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen in der Weise durchgeführt wird, daß der warmgewalzte Strang unmittelbar nach seinem Austritt aus dem Walzwerk auf eine Temperatur von weniger als 204⁰C abgeschreckt wird, und daß der Zeitraum zwischen dem Eintritt in das Walzwerk und deir Abschluß des Abschreckens auf eine weniger als 204⁰C betragende Temperatur zwischen 9 Sekunden und 30 Sekunden beträgt