DE2951911A1

DE2951911A1 - Verfahren zur herstellung eines verguetbaren, in der waerme verformten produktes aus einer aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2951911A1
Application number: DE19792951911
Authority: DE
Inventors: Kenneth Eryl Chadwick; Enrique Henry Chia; Frank Michael Powers
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1978-12-26
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1980-07-03
Also published as: BE876214A; JPS639011B2; NO794091L; IN153512B; ES481719A1; IT7951176A0; AT371843B; ATA815579A; FI65030B; JPS55119141A; SE7910553A0; FR2445389A1; GB2046784A; FI65030C; MX5801E; ZA796999B; FR2445389B1; AU4656079A; CH651323A5; IT1164818B

Description

29519Π

— B —

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines vergütbaren, in der Wärme verformten Produktes aus einer Legierung auf einer Aluminiumbasis mit einer wesentlich verlängerten Lebensdauer, bei dem eine aufgeschmolzene metallische Legierung auf Aluminiumbasis vergossen wird, das gegossene Metall während des Vergießens mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, bei der eine umgekehrte Segregation oder Ausscheidung wesentlich vermindert wird, bei dem die Temperatur des gegossenen Metalles, vor der Einleitung der Heißverformungsstufe des gegossenen Metalles auf eine Temperatur oberhalb des Temperaturniveaus erhöht wird, bei dem die Legierungsmetalle sich merklich oder im wesentlichen ausscheiden, bei dem nachfolgend die Metalltemperatur von der Lösungstemperatur (solutionizing temperature) des Metalls auf eine Temperatur vermindert wird, bei der keine wesentliche unmittelbare Abscheidung auftritt, und zwar innerhalb einer Zeitspanne, bevor eine wesentliche oder ins Gewicht fallende Abscheidung auftritt und bei dem eine Steuerung der Lösungs-Wärmebehandlungsdauer und Temperatur erfolgt, derart, daß das Produkt eine gesteuerte Abscheidung während der natürlichen Alterung aufweist.

Eine Aluminiumlegierung vom Typ 6201 besteht bekanntlich aus einer hochfesten Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung, die in Drahtform und im wärmebehandelten oder vergüteten Zustand eine Zugfestigkeit von über 3220 kg/cm , eine Dehnung von mehr als 31 und eine elektrische Leitfähigkeit von größer als 52,Sl I.A.C.S. aufweist. In der Vergangenheit wurdenStäbe und Stangen, sog. "redraw rods",aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 sowie Stäbe und Stangen entsprechenden Typs aus ähnlichen Aluminiumlegierungen im technischen Maßstab in einer Vielzahl von separaten Verfahrensstufen hergestellt, wozu gehörten: DC-Gießen eines Aluminiumbarrens,unter Wiedererhitzen des Barrens auf eine Temperatur von etwa 371 bis 455⁰C, Heißverwalzen des gegossenen Barrens zu einem Stab oder einer Stange (redraw rod) und Lösungsbehandlung (solutionizing) des Stabes oder der Stange bei einer Temperatur von ungefähr 538⁰C und Abschrecken des Stabes oder der Stange mittels Wasser. Der erhaltene Stab oder die

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erhaltene Stange wurde dann unter Erzeugung eines Drahtes kalt gezogen, worauf der Draht künstlich bei Temperaturen zwischen 121 C und 233°C gealtert wurde. Diese Verfahrenweise ermöglicht die Herstellung von Drähten mit einer Zugfestigkeit und elektrischen Leitfähigkeitscharakteristika, die ähnlich sind denjenigen des Aluminiumtyps 6201 oder dessen Eigenschaften noch übertreffen.

Obgleich sich nach dem beschriebenen Verfahren ein an sich zufriedenstellendes Produkt herstellen läßt, läßt sich doch nach einem solchen Chargenverfahren .oder nicht-kontinuierlichen Gießprozeß nur eine begrenzte Menge von Stäben und Stangen herstellen, d.h. mit der vorgegebenen Barrengröße läßt sich nur eine entsprechende Menge von Stäben und Stangen herstellen, wobei die gesondert voneinander hergestellten Stäbe und Stangen miteinander verschweißt werden müssen, um längere Stangen bzw. Stäbe herzustellen. Wenn der Barren wiedererhitzt und zu einem Stab oder einer Stange ausgewalzt wird, hat es sich als üblich erwiesen, das Führungsende des Stabes oder der Stange zu entfernen, da dieses von minderwertiger Qualität ist. Dies bedeutet, daß bei dem bekannten Verfahren eine beträchtliche Menge an Abfall auftritt. Ein verlängerter Stab oder eine verlängerte Stange aus mehreren Teilstücken, die chargenweise hergestellt und miteinander verschweißt wurden, \\reist eine schlechte Kornstruktur an den Schweißstellen auf, welche die Zugfestigkeit und Leitfähigkeit beeinträchtigt. Des weiteren hat es sich als praktisch unmöglich erwiesen, identische Bedingungen bei dem Wiedererhitzen und Verwalzen von verschiedenen Barren einzustellen und die Längen der miteinander verschweißten Stäbe oder Stangen weisen normalerweise unterschiedliche Korncharakteristika auf.

Um in diesem Chargensystem die Stäbe oder Stangen wiederzuerhitzen, müssen diese sorgfältig gehandhabt werden, um eine gleichförmige Erhitzung zu erreichen und um ein gleichförmiges Produkt zu erzeugen. Beispielsweise muß der Ofen, in den der Stab oder die Stange zum Zwecke des Lösungsvorganges (solutionizing) gebracht wird, eine vergleichsweise gleichförmige Wärmeverteilung erzeugen, damit der Stab gleichförmig erhitzt wird. Des weiteren

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muß der Stab normalerweise so angeordnet werden, daß eine ausreichende Zirkulation von Luft oder Gas im Ofen zwischen den Spulen erfolgen kann, damit eine geeignete Wärmeverteilung erreicht wird. Üblich ist es, einzelne Spulen der Stäbe oder Stangen auf tragbare Gestelle oder Rahmen aufzubringen, die die Spulen zu diesem Zweck voneinander trennen. Die Gestelle oder Rahmen nehmen jedoch im Ofen einen beträchtlichen Raum ein und vermindern somit das Volumen der Stäbe oder Stangen, die erhitzt werden können. Obgleich der Zweck der Wiedererhitzung der Stäbe oder Stangen darin besteht, die Stäbe oder Stangen einer Lösungsbehandlung zu unterwerfen (to solutionize the rod), hat es sich als wünschenswert erwiesen zu verhindern, daß der Stab eine Temperatur erreicht, die wesentlich oder beträchtlich höher ist als seine Lösungstemperatur, da die überlappenden Anteile des Stabes in den Spulen im Stab dazu neigen, daß sie aneinander kleben bleiben oder sich miteinander verschweißen. Ein solches Zusammenkleben von Teilen des Stabes oder der Stange führt zu Oberflächenfehlern auf dem Stab bzw. der Stange, wenn eine Trennung erfolgt und oftmals bleiben die Spulen zusammengeklebt, so daß mehrere Spulen des Stabes oder der Stange dazu neigen, zusammen abzurollen. Eine gleichförmige Wärmeverteilung innerhalb des Lösungsofens ist somit eine praktische Notwendigkeit, so daß der Stab oder die Stange schnell und gleichförmig gelöst wird (solutionized), um die Gefahr des Zusammenkleben von Stäben auf ein Minimum zu beschränken.

Die chargenweisen oder diskontinuierlichen Verfahren des Standes der Technik sind durch einen wesentlichen Zeitaufwand gekennzeichnet, wobei das Aluminium oxidieren kann, beispielsweise wenn der gegossene Barren oder Block abkühlt oder wiedererhitzt wird, wenn der Stab oder die Stange aus der Walzmühle abkühlt oder zum Zwecke der Lösungsbehandlung wiedererhitzt wird und wenn sich die der Lösungsbehandlung unterworfene Stange aus dem Wiedererhitzungsofen abkühlt. Die Folge hiervon ist, daß sich die Stange beträchtlich oxidiert, wodurch sie vergleichsweise hart für Weiterziehverfahren wird und wodurch ein Stab oder eine Stange mit einem vergleichsweise stumpfen Aussehen erhalten wird. Des weiteren ist eine

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hoch-oxidierte und harte Stange schwerer zu ziehen und die Formen, die für den Ziehprozeß verwendet werden, werden rasch abgenutzt. Die separaten' Verfahrensstufen, die bei dem bekannten chargenweisen Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungsstäben vom Typ 6201 erforderlich sind, sind somit kostenaufwendig, da eine separate Behandlung der Stäbe zwischen und während jeder Verfahrensstufe erforderlich ist und da das Produkt in sorgfältiger Weise behandelt werden muß und besondere Vorrichtungen zur Verfügung stehen und betrieben werden müssen, um das Produkt zu behandeln.

Ein verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Gießen und Auswalzen von Aluminiumlegierungen vom Typ 6201 ist aus der US-PS 3 613 767 bekannt. Die der US-PS 3 613 767 zugrundeliegende Erfindung besteht kurz beschrieben in einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Stäben und Stangen auf Basis einer Aluminiumlegierung, z.B. in einem Verfahren zur Herstellung von Stäben und Stangen auf Basis einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 ohne daß dabei die Notwendigkeit der Wiedererhitzung des Barrens oder Blocks oder der Stange oder des Stabes während des Prozesses besteht. Der aus der kontinuierlichen Gießvorrichtung austretende Strang passiert eine Walzmühle, ein Abschreckrohr und wird dann in einem kontinuierlichen Verfahren abgekühlt. Die Wärme des gegossenen Stranges, der aus der kontinuierlichen Gießvorrichtung austritt,wird dabei nicht abgeführt und die Strangtemperatur wird im Lösungstemperaturbereich des Metalles gehalten, wenn ein Stab der Walzmühle zugeführt wird. Der Stab oder die Stange wird dann in der Walzmühle heiß bearbeitet und bei seinem Austritt aus der Walzmühle unmittelbar abgeschreckt, so daß die Zeitspanne vom Zeitpunkt, zu dem der Strang in die Walzmühle eintritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Stab auf ein Temperaturniveau unterhalb der Kristallisationstemperatur des Legierungsmetalles abgeschreckt wird, geringer ist als die Zeitspanne, die die Legierungsmetalle benötigen, um sich an den Korngrenzflächen des Metalles niederzuschlagen oder abzu-

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scheiden. Nachdem der Stab abgeschreckt ist, befindet er sich auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei welcher eine unmittelbare und merkliche -oder wesentliche Abscheidung erfolgt. Wird der Stab nachfolgend kalt zu einem Draht verzogen, so weist er eine ungewöhnlich hohe Zugfestigkeit und eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit auf und hat ein ungewöhnlich glänzendes oder helles Aussehen. Durch das aus der US-PS 3 613 767 bekannte Verfahren werden somit die hauptsächlichen Probleme der separaten Behandlung zwischen den einzelnen Verfahrensstufen des zuvor üblichen bekannten Verfahrens des Standes der Technik ausgeschaltet. Die Lösung der Probleme, die dem bekannten Chargenverfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Aluminiumlegierungen vom Typ 6201 anhafteten, führte jedoch zu einem Aluminiumlegierungsstab, der aufgrund des Wärmeverlustes zwischen der Gießtrommel der kontinuierlich arbeitenden Gießvorrichtung und dem Zeitpunkt, zu dem der gegossene Strang in die Walzmühle eintritt, große Abscheidungen oder Ausscheidungen in der Größenordnung von 20 000 Angstrom-Einheiten aufweist, die sich in dem Stab aufgrund der vergleichsweise hohen Temperatur gebildet hatten, bei der eine Ausscheidung erfolgte. Auch führte die Lösung der Probleme, die bei der chargenweisen Herstellung von Aluminiumlegierungen vom Typ 6201 nach dem Verfahren der US-PS 3 613 767 auftraten, zu einem vollständig neuen Problem. So findet sich in Spalte 5, Zeilen 38 ff der US-PS 3 613 767 der folgende Hinweis:

"Es wurde gefunden, daß die Temperatur und andere Bedingungen des Verfahrens innerhalb beträchtlicher Grenzen verändert werden können, ohne daß sich dies nachteilig auf die Eigenschaften des Produktes auswirkt. Beispielsweise scheint die Temperatur des aufgeschmolzenen Metalles im Gießtopf und des Metallstranges, der von der Gießtrommel abgezogen wird, keinen Einfluß auf die Qualität des Legierungsstabes vom Typ 6201 zu haben, solange die Temperatur nicht auf eine Temperatur unterhalb der Lösunpstemperatur vermindert wird."

Während diese Angaben bezüglich der Eigenschaften einer Legierung vom Typ 6201 richtig sein mögen, sind sie doch inkorrekt,

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bezüglich der Eigenschaften des gegossenen Stranges und des Stabes oder der Stange, die von dem gegossenen Strang durch Auswalzen erhalten wird.

Die US-PS 3 613 767 beschreibt ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer Legierung vom Typ 6201 das erfordert, daß der gegossene Strang die Gießtrommel bei einer Temperatur oberhalb der Lösungstemperatur verläßt und daß die Temperatur beibehalten wird, bis der gegossene Strang in die Walzmühle eintritt, in der eine Heißbearbeitung und ein nachfolgendes Abschrecken erfolgen. Um diesem Erfordernis zu genügen, muß der gegossene Strang bei dem aus der US-PS 3 613 767 bekannten Verfahren die Gießtrommel mit einer Temperatur verlassen, die wesentlich über der Lösungstemperatur der Legierung liegt. Um den gegossenen Strang von der Gießtrommel bei Temperaturen zu entfernen, die in der US-PS 3 613 767 angegeben werden, muß der Strang in einer solchen Weise abgekühlt werden, daß er nicht vollständig fest wird, bis er einen Punkt auf der Gießtrommel erreicht, daß aufgeschmolzenes Metall nicht in Poren einfließen und diese füllen kann, die in dem Strang durch den Schrumpf des Metalles in der Gießform während der Verfestigung erzeugt wurden. Werden solche Poren an den äußeren Teilen des gegossenen Stranges erzeugt, so tritt eine Oxidation innerhalb der Poren auf und wird der Strang ausgewalzt, so werden Oxideinschlüsse in dem anfallenden Stab eingefangen, wodurch der Stab spröde an den Stellen wird, an denen die Oxideinschlüsse auftreten, wodurch die Ziehbarkeit des Stabes beträchtlich vermindert wird. Treten im Inneren des Stabes Poren durch den Schrumpf beim Verfestigen auf, ohne daß eine Oxidation auftritt, so führen derartige Poren zu einer inneren Mikrospaltung, die die Dehnung des Stabes merklich beeinflußt, und die dadurch direkt die Nach-Kaltbearbeitungseigenschaften des Stabes beeinflußt.

Es hat sich des weiteren gezeigt, daß die Lösungstemperatur von Legierungen vom Typ 6201 je nach der Konzentration der Legierungselemente in der Legierung schwanken, derart, daß um so höher die Konzentration an vorhandenen Legierungselementen ist, um so niedri·

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ger der Lösungstemperaturbereich der Legierung ist. In einem gegebenen Konzentrationsbereich, der für Legierungen vom Typ 6201 akzeptabel ist, kann demzufolge die Lösungstemperatur (solutionizing temperature) von etwa 454⁰C bis etwa 616⁰C schwanken. Demzufolge wird in der US-PS 3 613 767 kein akzeptables Verfahren für die kontinuierliche Herstellung von Legierungsstäben aus einer Legierung vom Typ 6201 mit Legierungselementkonzentrationen in dem Bereich beschrieben der bewirkt, daß die Legierung bei Temperaturen im oberen Bereich des Lösungstemperaturbereiches einer Legierung vom Typ 6201 gelöst wird. Demzufolge besteht ein beträchtliches Bedürfnis zur Verbesserung eines Verfahrens zum kontinuierlichen Gießen von Stäben oder Stangen aus vergütbaren oder in der Wärme behandelbaren Aluminiumlegierungen beispielsweise aus Aluminiumlegierungen vom Typ 6201.

Unter vergütbaren oder in der Wärme behandelbaren Aluminiumlegierungen sind hier Aluminiumlegierungen zu verstehen, die Legierungselemente aufweisen, die eine hohe Feststofflöslichkeit in Aluminium bei hohen Temperaturen und eine geringe Feststofflöslichkeit in Aluminium aufweisen, wenn eine Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt. Derartige Legierungen werden durch eine Ausscheidung oder Abscheidung einer zweiten Phase während einer Wärmebehandlung oder Vergütung gehärtet und die Legierungselemente werden durch ein rasches Abschrecken von hohen Temperaturen in Lösung gehalten.

Des weiteren sei hier klargestellt, daß unter Knetaluminiumlegierungen, wie sie hier verwendet wurden, Aluminiumlegierungen zu verstehen sind, die Legierungselemente enthalten, die eine niedrige Feststofflöslichkeit in Aluminium bei hohen Temperaturen, wie auch bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Diese Legierungen härten normalerweise bei einer Bearbeitungsh.trtung, die aus einem Härtungsmechanismus besteht, der während der Kaltbearbeitung der Legierung auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von AluminiumlegierunRsprodukten aus wärmebehandelbaren oder vergütbaren Aluminiumlegierungen anzugeben. Aufgabe der Erfin-

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dung ist es des weiteren, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von wärmebehandelbaren oder vergütbaren Aluminiumlegierungsstäben oder Alpminiumlegierungsstangen anzugeben, ohne daß die Notwendigkeit der Wiedererhitzung eines Barrens oder Blocks oder Stabes oder einer Stange besteht, unter Erzeugung eines Produktes mit einer hohen Zugfestigkeit und ausgezeichneten Leitfähigkeitseigenschaften. Des weiteren sollte ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Aluminiumlegierungsproduktes vom Typ 6201 angegeben werden, bei dem keine Bildung von großen ausgeschiedenen oder abgeschiedenen intermetallischen Teilchen in der Kornstruktur erfolgt. Schließlich sollte ein wirtschaftliches und vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungsstäben und Aluminiumlegierungsstangen vom Typ 6201 angegeben werden.

Weiterhin war es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines wärmebehandelbaren oder vergütbaren Stabes aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 anzugeben, die Lösungstemperaturen (solutionizing temperatures) innerhalb eines Ber<
aufweist.

eines Bereiches von etwa 454⁰C bis etwa 583⁰C (85O⁰F bis 1080⁰F)

Aufgabe der Erfindung war es weiterhin, ein Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen und Auswalzen eines wärmebehandelbaren oder vergütbaren Aluminiumlegierungsstabes vom Typ 6201 anzugeben, bei dem der gegossene Strang keinem Verfestigungsschrumpf unterliegt.

Schließlich sollte die Erfindung die Herstellung eines verbesserten vergütbaren Aluminiumlegierungsproduktes vom Typ 6201 ermöglichen, das durch eine gleichmäßigere Wärmebehandlung über seine gesamte Länge gekennzeichnet ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines vergütbaren, in der Wärme verformbaren Produktes aus einer Aluminiumlegierung, wie es in den Ansprüchen gekennzeichnet ist.

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Die Zeichnungen dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in:

Figur 1 die schematische Darstellung von Gießvorrichtung, Walzmühle, Abschreckrohr und Drehtopf-Vorrichtung oder Spulenwickler (coiler) die bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden ;

Figur 2 ein ternäres Diagramm, das auf graphischem Wege die Löslichkeit von Magnesium, Silicium und der intermetallischen Verbindung Magnesiumsilicid in Aluminium bei verschiedenen Temperaturen darstellt;

Figur 3 ein Diagramm, aus dem sich der Effekt der Wärmebehandlung einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu bekannten Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 ergibt.

Gemäß Figur 1 weist die schematisch dargestellte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf: eine Gießvorrichtung 10, einen Erhitzer 11, eine Walzmühle 12, eine Vorrichtung mit einem Abschreckrohr 13 und eine Drehtopf-Vorrichtung oder Aufspulvorrichtung (coiler) 14.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aufgeschmolzenes Metall aus einem nicht dargestellten Ofen auf die Gießtrommel 10a der Gießvorrichtung 10 gebracht. Das aufgeschmolzene Metall wird abgekühlt und verfestigt sich in der Gießtrommel 10a und wird als fester Strang 15 bei einer Temperatur unterhalb 505⁰C abgezogen und durch einen Erhitzer 11 geführt, in dem der feste Strang 15 kontinuierlich erhitzt wird» bis die Temperatur des Stranges innerhalb eines Bereiches von etwa 454 bis etwa 583⁰C (85O⁰F bis 1080⁰F) liegt. Der erhitzte Strang 15 wird dann durch die Walzmühle 12 geführt. In der Walzmühle 12 wird das Produkt verlängert und sein Querschnitt vermindert. Das ausgewalzte Produkt tritt aus der Walzmühle 12 in Form eines Knetstabes 17 (wrought rod) aus. Der Stab 17 gelangt

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dann durch die Abschreckrohrvorrichtung 13 mit einem ersten Abschreckrohr 18, Quetschwalzen 19, einem zweiten Abschreckrohr 20, Quetschwalzen 21 und einer Stabführung 22. Der Stab, der aus der Stabführung 22 austritt wird in der Drehtopfvorrichtung oder Aufspulvorrichtung 14 zu Spulen verarbeitet. Der Pumpe 23 wird Abschreckflüssigkeit aus dem Becken 24 zugeführt. Die Pumpe 23 drückt die Abschreckflüssigkeit in das Abschreckrohr 18. Die Abschreckflüssigkeit wird durch das Abschreckrohr 18 in einer Strömungsrichtung geführt, die längs der Bahn des Stabes 17 verläuft und gelangt dann durch ein Führungssystem in den Kühlturm 26, wo die Flüssigkeit abgekühlt wird und von wo sie in das Becken 24 rezirkuliert wird. Der Pumpe 27 wird Abschreckflüssigkeit aus dem Becken 28 zugeführt. Die Pumpe drückt die Flüssigkeit in das zweite Abschreckrohr 20 oder das Abschreckrohr der zweiten Stufe. Die Abschreckflüssigkeit dieses zweiten Abschreckrohres wird durch das Abschreckrohr 20 im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Stabes 17 geführt und gelangt über ein Führungssystem in den Kühlturm 31, wo die Flüssigkeit abgekühlt wird und von der sie zurück zum Becken geführt wird. Die Abschreckflüssigkeiten werden dabei während des Abschreckprozesses auf überwachten Temperaturen gehalten.

Genauer gesagt, besteht das aufgeschmolzene Metall, das durch die Vorrichtung geführt wird, aus einer wärmebehandelbaren oder vergütbaren Aluminiumlegierung. Besteht das zu formende Produkt aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201, so liegen die Konzentrationen an Silicium und Magnesium bei etwa 0,50 bis etwa 0,90 bzw. etwa 0,60 bis etwa 0,90 1. Die Konzentration an Silicium und Magnesium kann in dem Metall auchjenseits des Bereiches der Legierung 6201 liegen, und zwar bei 0,3 bis etwa 1,2 % bzw. 0,3 bis etwa 1,2 *. Silicium bzw. Magnesium.

Das Metall wird in seinem aufgeschmolzenen Zustand in vorteilhafter Weise durch ein Fiberglas-Sieb in ein Gefäß gegossen, daß auf einer Temperatur von über 649⁰C, gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 688 C gehalten wird. Von einem Aufbewahrungsbehälter wird das Metall dann in die Gießtrommel 10a gegossen, wo sich das Metall mit einer Geschwindigkeit abkühlt und zu einem Strang 15 verfestigt,

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bei der eine umgekehrte Segregation auf ein Minimum reduziert wird oder wesentlich vermindert wird, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 24°> F pro Sekunde, wenn ein 21,29 cm Strang bei einer Geschwindigkeit von 9,14 m pro Minute vergossen wird bis zu etwa 32⁰F pro Sekunde, wenn ein Strang von gleichem Querschnitt bei einer Gießgeschwindigkeit von 12,19 m pro Minute vergossen wird und ungefähr 50⁰F pro Sekunde, wenn ein Strang von gleichem Querschnitt bei einer Gießgeschwindigkeit von 15,24 m pro Minute vergossen wird. Der gegossene Strang wird dann von der Gießtrommel 10a bei einer Temperatur von etwa 371 C bis etwa 505⁰C (etwa 700⁰F bis etwa 94O⁰F) abgezogen und durch einen Erhitzer 11 geführt, worin die" Temperatur des gegossenen Stranges bis auf einen Punkt erhöht wird, bei dem die Legierungselemente gelöst (solutionized) werden. Der Erhitzer 11 führt dem Stab kontinuierlich Energie zu, wodurch die Temperatur des Stabes auf von etwa 454⁰C bis etwa 583°C erhöht wird, gewöhnlich auf von etwa 510 C bis etwa 549°C und je nach der Legierungszusammensetzung auf von etwa 549⁰C bis etwa 583°C.

Wenn der gegossene Strang den Erhitzer 11 verläßt, wird er durch die Walzmühle 12 geführt, wobei der Strang heiß verformt wird und mit einem löslichen Ol beschichtet wird, wobei die ölkonzentration vorzugsweise bei etwa 40 % gehalten wird und bei einer Temperatur von unterhalb 94°C, in der Regel bei etwa 71⁰C gearbeitet wird. Die Walzmühle 12 weist eine Vielzahl von Walzgerüsten auf, welche den gegossenen Strang alternativ von oben nach unten und von Seite zu Seite komprimieren, wodurch die Länge des gegossenen Stranges verlängert und die Querschnittsflache des gegossenen Stranges vermindert wird, so daß der gegossene Strang progressiv zu einem weitergezogenen Stab (redraw rod) 17 verformt wird. Das Volumen der Konzentration des löslichen Öles in der Walzmühle 12 wird auf einem Niveau gehalten, das in vorteilhafter Weise etwa 2/3 des Volumens in einem typischen kontinuierlichen Gießsystem für EC-Stäbe (EC rod) entspricht. Die Temperatur und das Volumen des Kühlmittels, das dem Stab in der Walzmühle zugeführt wird, sind einstellbar, so

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daß, wenn der Stab 17 aus der Walzmühle 12 austritt, die Temperatur des Stabes auf einem Niveau liegt, derart, daß sich der Stab noch innerhalb seines Heißverformungstemperaturbereiches befindet, der gewöhnlich oberhalb 343°C liegt, so daß die Legierungsmetalle sich nicht aus dem Aluminium abgeschieden haben. Das geringe Volumen von Kühlmittel, das dem Stab in der WaIznühle rugefidirt wird, erfordert eine höhere Konzentration an Gleitmittel oder Schmiermittel, ungefähr 40t Lösung, im Vergleich zu ungefähr 10 X im Falle eines EC-Stabsystems und die Strömung oder der Fluß wird so bemessen , daß eine ungefähr gleiche Strömung an Kühlmittel im Falle eines jeden Walzgerüstes aufrechterhalten wird.

In Figur 2 ist ein ternäres Diagramm dargestellt, aus dem sich auf graphischem Wege die Löslichkeit von Magnesium, Silicium und Magnesiumsilicid in Aluminium bei verschiedenen Temperaturen von 44O°C oder 825°F bis 535°C oder 99S⁰F ergibt.

Die gerade Linie 40 gibt den Anstieg der Löslichkeit von Magnesium,Silicium und Magnesiumsilicid im Falle des Legierungssystems 6201 wieder, wenn die Temperatur bis auf etwa 535⁰C (995⁰F) ansteigt. Der Punkt 42 auf der geraden Linie 40 stellt die Menge an Magnesium, Silicium und Magnesiumsilicid dar, die sich in einem kontinuierlich gegossenen Stab einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 befindet, wenn der Stab nach dem bekannten Verfahren des Standes der Technik behandelt wurde, bei dem eine Wärmebehandlung von kontinuierlich gegossener Legierung vom Typ 6201 erfolgt. Der Punkt 43 gibt die Menge an Magnesium, Magnesiumsilicid und Silicium wieder, die in dem Legierungssystem 6201 in Lösung verbleibt, wenn ein kontinuierlich gegossener Stab einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt wird. Wie sich aus dem Diagramm der Figur 2 ergibt, tritt ein 162tiger Anstieg der Magnesiumsilicidmenge in Lösung im Falle des Legierungssystems 6201 auf, wenn die Legierung kontinuierlich ge-

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gössen und zu einem Stab vervalzt wird und nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung während des kontinuierlichen Gießprozesses und der WaIzoperation wärmebehandelt oder vergütet wird.

Ein Beispiel der verbesserten Eigenschaften resultiert aus der erhöhten Menge an Magnesiumsilicid in Lösung in der Legierungsmatrix bevor eine Alterung erfolgt und eine Abscheidung folgt.

Ein gegossener Strang wurde hergestellt durch kontinuierliches Vergießen unter Anwendung des bekannten Verfahrens des Standes der Technik zur Wärmebehandlung von kontinuierlich gegossener Aluminiumlegierung vom Typ 6201, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:

2 Zugfestigkeit des Enddrahtes: 3199 kg/au bei einer Dehnung von 8,31 und einer Leitfähigkeit von 52,51 IACS.

Nach Festsetzen der angegebenen Eigenschaften als Basis wurde die Strangtemperatur an dem Punkt zwischen der Gießvorrichtung und dem Eintritt des Stranges in die Walzmühle nach dem Verfahren der Erfindung von 482°C auf 549⁰C erhöht. Der Strang wurde dann zu einem Stab ausgewalzt und zu einem Draht verarbeitet, wobei die physikalischen Eigenschaften des Drahtes aus dem nach dem Verfahren der Erfindung behandelten Strang wie folgt waren:

Zugfestigkeit: 3556 kg/cm²

Dehnung : 7,9 %

Leitfähigkeit: 52,5 %

Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Eigenschaften, erhalten durch eine Wärmebehandlung eines durch kontinuierliches Vergießen nach dem Stande der Technik hergestellten Aluminiumlegierungsstabes vom Typ 6201 und eines Aluminium-

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legierungsstabes vom Typ 6201, der kontinuierlich gegossen und nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt
wurde, wobei die Kurve*50 die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und der Zugfestigkeit von Draht, hergestellt aus einem
Stab aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6201, bearbeitet nach dem Stande der Technik darstellt und die Kurve 52 die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und der Zugfestigkeit eines Drahtes, hergestellt aus einem Stab einer Aluminiumlegierung vom Typ
6201, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verarbeitet wurde.

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Leerseite

Claims

Reg. Nr. 126 045 Dr,Ing. Wolff f

H. Bartels

Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-Ing. Held Dipl-Phys. Wolff

Southwire Company, 126 Fertilla Street,

• ™-.-.·,,,,.. ZUGELASSEN VOR DEM

Carrollton, Georgia 30117·, USA deutschenund

EUROPÄISCHEN PATENTAMT 6000 München 22, Thierschstr, Tel. (089) 293297

Verfahren zur Herstellung eines vergütbaren, in ie^ramSres^^0d>

der Wärme verformten Produktes aus einer woWpatent, münchen

Postscheckkonto Stuttgart 7211

Aluminiumlegierung. blz6ooioo70

Deutsche Bank AG, 14/28630 BLZ 60070070

20. Dezember 1979

PATtHANSPROCHE , 25/2

1. Verfahren zur Herstellung eines vergütbaren, in der Wärme verformten Produktes aus einer Aluminiumlegierung von verlängerter Lebensdauer, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen:

Vergießen einer aufgeschmolzenen Aluminiumlegierung in einer endlosen Gießform;

Abkühlen der aufgeschmolzenen Aluminiumlegierung während des Vergieliens auf eine Temperatur unterhalb 505 C mit einer Geschwindigkeit, bei der eine umgekehrte Segregation,unter Erzeugung eines Stranges oder Stabes,wesentlich vermindert wird;

kontinuierliches Abziehen des gegossenen Stranges oder Stabes aus der endlosen Gießform und Erhitzen des gegossenen Stranges oder Stabes vor liinleitung der Heißverformungsstufe des StTanges oder Stabes auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur, bei der sicli die Legierungsmetalle wesentlich ausscheiden würden;

Einleitung der Heißverformungsstufe während sich der gegossene

Telefonische Auskünfte und Auftrage sind nur nach schriftlicher θ 30027/0842 Bestätigung verbindlich

ORIGINAL INSPECTED

Strang oder Stab auf einer Temperatur innerhalb des Heißverformungstemperaturbereiches des Metalles befindet, die eine Lösungstemperatur des Metalles ist;

Fortsetzen des Heißverformungsprozesses unter Aufrechterhaltung der Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes innerhalb des Heißverformungstemperaturbereiches;

Verminderung der Temperatur des Stranges oder Stabes nach der Stufe der lleißverformung des gegossenen Stranges oder Stabes und Steuerung der Temperatur.des Stranges oder Stabes während der Heißverformungsstufe und der Temperaturverminderungsstufe derart, daß die Temperatur des Stranges von der Lösungstemperatur auf eine Temperatur vermindert wird, bei der keine wesentliche unmittelbare Ausscheidung innerhalb der Zeitspanne auftritt, bevor welcher eine wesentliche Ausscheidung erfolgt sowie

Steuerung der Lösungs-Wärmebehandlungstemperatur des Stranges oder Stabes innerhalb des Lösungstemperaturbereiches und Steuerung der Zeit, in der sich der Strang oder der Stab innerhalb des Lösungstemperaturbereiches befindet, derart, daß das Produkt eine gesteuerte Ausscheidung während der natürlichen Alterung aufweist.

Verfahren zur Herstellung eines Stabes oder Drahtes aus einer Aluminiumlegierung mit verlängerter Lebensdauer mit einem Gehalt an etwa 0,3 bis 1,2 Gew.-$ Silicium, etwa 0,3 bis etv.a 1,2 Gew.-I Magnesium und zum Rest im wesentlichen aus Aluminium, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen:

(a) Eingießen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung mit etwa 0,3 bis etwa 1,2 Gew.-I Silicium, etwa 0,3 bis etwa 1,2 Gew.-% Magnesium (Rest im wesentlichen Aluminium) in die Gießrinne einer endlosen oder kontinuierlichen Gießtrommel bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Aluminiumlegierung;

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(b) Kühlung der geschmolzenen Aluminiumlegierung in der Gießrinne unter Erzeugung eines gegossenen Stranges mit einer Geschwindigkeit, bei der eine umgekehrte Segregation auf ein Minimum reduziert wird;

(c) Abziehen des gegossenen Stranges aus der Gießrinne bei einer Temperatur unterhalb 5O5°C;

(d) Hindurchführen des gegossenen Stranges durch einen Erhitzer und Erhöhen der Temperatur des gegossenen Stranges auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur, bei der die Legierungsmetalle sich merklich ausscheiden würden;

(e) kontinuierliche Heißverformung des gegossenen Metallkörpers auf Aluminiumbasis unter Erzeugung eines Stabes oder Drahtes bei einer Temperatur oberhalb der Temperatur, bei der die Legierungsmetalle ausfallen oder abgeschieden werden;

(f) kontinuierliches Abschrecken des Stabes oder Drahtes auf ein Temperaturniveau unterhalb der Temperatur, bei der eine unmittelbare merkliche Ausscheidung der Legierungsmetalle erfolgt und Vervollständigung der Abkühlung des gegossenen Metalles vom Anfang der Heißverformungsstufe bis zum Ende der Abschreckstufe innerhalb einer Zeitspanne, bevor welcher eine merkliche Ausscheidung der Legierungsmetalle erfolgt und

(g) Steuerung während der Stufen (c), (d), (e) und (f) der Lösungs-Wärmebehandlungstemperatur des Stranges oder Stabes innerhalb des Lösungstemperaturbereiches und Steuerung der Zeitspanne, während der sich der Strang oder der Stab innerhalb des Lösungstemperaturbereiches befindet, während der angegebenen Stufen, so daß das erhaltene Produkt während der natürlichen Alterung eine gesteuerte Ausscheidung oder Abscheidung aufweist.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschmolzene Aluminiumlegierung in der Gießrinne auf eine Temperatur von etwa 371 bis etwa 505⁰C abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder gegossenen Stabes nach dem Passieren des Erhitzers bei etwa 454°C bis etwa 583°C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes, der der Heißverformungsstufe zugeführt wird, bei etwa 454⁰C bis etwa 583⁰C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der kontinuierlichen Heißverformung des gegossenen Metalles unter Erzeugung eines Stabes oder Drahtes bei einer Temperatur oberhalb des Temperaturniveaus, bei dem sich die Legierungsmetalle abscheiden, die Steuerung der Temperatur des Stranges oder Stabes während des Heißwalzens des Aluminiunlegierungsstranges oder Stabes durch Aufbringen eines löslichen Öles auf den Strang oder den Stab umfaßt, wenn dieser gewalzt wird, wobei das lösliche fil eine Temperatur von weniger als 94⁰C aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der kontinuierlichen Abschreckung des Stabes oder Drahtes auf eine Temperatur unterhalb des Temperaturniveaus, bei dem eine unmittelbare merkliche Abscheidung der Legierungsmetalle erfolgt und Vervollständigung der Abkühlung des Aluminiumlegierungsnetalles vom Beginn der Heißverformungsstufe bis zum Ende der Abschreckstufe innerhalb des Zeitintervalles vor dem eine merkliche Abscheidung der Legierungsmetalle auftritt, umfaßt: Abschrecken des heißgewalzten Stabes oder Drahtes unmittelbar nachdem dieser aus der Heißwalzmühle austritt, auf eine Temperatur von weniger als 205⁰C, wobei die Zeitspanne zwischen dem Eintritt in die Heißwalzmühle und

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der Vervollständigung der Abschreckung auf eine Temperatur von weniger als 205⁰C bei 4 bis 30 Sekunden liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes nach Passieren des Erhitzers bei etwa 454°C bis etwa 510⁰C liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes nach Passieren des Erhitzers bei etwa 510 bis etwa 549⁰C liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes nach Passieren des Erhitzers bei etwa 549 bis 583⁰C liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes, das der Heißverformungsstufe zugeführt wird, bei etwa 454⁰C bis etwa 510⁰C liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes, der der Heißverformungsstufe zugeführt wird, bei etwa 510 bis etwa 549°C liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des gegossenen Stranges oder Stabes, der der Heißverformungsstufe zugeführt wird, bei etwa 549⁰C bis etwa 583⁰C liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den erhaltenen Stab zu einem Draht auszieht, der eine Mindestzugfestigkeit von 3556 kg/cm , eine Mindestdehnung von 7,9t und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 52,5t I.A.C.S. aufweist.

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15. Verwendung einer zum kontinuierlichen Vergießen geeigneten Gießvorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlichen Gießverfahrens mit folgenden Verfahrensstufen:

(a) Eingießen einer aufgeschmolzenen Aluminiumlegierung in die Gießrinne einer kontinuierlichen Gießtrommel bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Aluminiumlegierung ;

(b) Abkühlen der geschmolzenen Aluminiumlegierung in der Gießrinne unter Erzeugung eines gegossenen Stranges;

(c) Abführen des gegossenen Stranges aus der Gießrinne;

(d) kontinuierliches Heißverformen des gegossenen Aluminiumlegierungsmetalles unter Erzeugung eines Stabes oder Drahtes und

(e) kontinuierliche Verformung des Stabes oder Drahtes in Spulen,

dadurch gekennzeichnet, daß:

(f) zur Durchführung der Stufe (a) eine Aluminiumlegierung mit etwa 0,3 bis etwa 1,2 Gew.-I Silicium, etwa 0,3 bis etwa 1,2 Gew.-% Magnesium (Rest im wesentlichen Aluminium) verwendet wird, daß ferner die Stufe (b) mit einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, bei der eine umgekehrte oder inverse Segregation merklich oder wesentlich vermindert wird, wobei die Stufe (c) bei einer Temperatur unterhalb 5O5°C durchgeführt wird; der gegossene Strang vor der Heißverformung durch einen Erhitzer geführt wird und die Temperatur desselben auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur erhöht wird, bei welcher die Legierungsmetalle sich merklich ausscheiden oder abscheiden würden; daß ferner die Stufe (d) bei einer Temperatur ober-

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halb einer Temperatur durchgeführt wird, bei der sich die Legierungsmetalle abscheiden und daß ferner vor der Stufe (e) der Stab kontinuierlich auf ein Temperaturniveau abgeschreckt wird, das unterhalb der Temperatur liegt, bei der eine unmittelbare merkliche oder wesentliche Ausscheidung von Legierungsmetallen auftritt, wobei die Abkühlung des gegossenen Metalles vom Beginn der Heißverformungsstufe bis zum Ende der Abschreckstufe innerhalb einer Zeitspanne beendet wird, bevor eine merkliche oder wesentliche Abscheidung der Legierungsmetalle auftritt und daß ferner die Lösungs-Wärmebehandlungstemperatur des Stranges oder Stabes während der Stufen (c) bis (d) innerhalb des Lösungstemperaturbereiches gesteuert wird und daß während dieser Stufen die Zeitspanne, in der sich der Strang oder der Stab innerhalb des Lösungstemperaturbereiches befindet, gesteuert wird, derart, daß das Endprodukt eine gesteuerte Abscheidung oder Ausscheidung während der natürlichen Alterung aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung etwa 0,5 bis etwa 0,9 Gew.-\ Silicium und etwa 0,6 bis etwa 0,9 Gew.-% Magnesium enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

die Aluminiumlegierung etwa 0,5 bis etwa 0,9 Gew.-% Silicium und etwa 0,6 bis etwa 0,9 Gew.% Magnesium aufweist.

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