Verfahren zur Herstellung eines Bandes aus aluminiumhaltigem Metall Nichtaluminiumpulver ergeben in Verbindung mit der Verfestigung durch Walzbehandlung zu Bandma terial kein so schwieriges Problem wie Aluminiumpul ver, da sich nicht aluminiumhaltige Metalle im all gemeinen durch einfache Anwendung von Druck, notfalls unter Zuhifenahme einer Sinterung, d. h.
eine Erhitzung der Metallteilchen auf eine Temperatur nahe ihres Schmelzpunktes, wobei sie an den Stellen, an denen sie sich berühren, miteinander verwachsen, zu einem festen Körper zusammenpressen lassen. Der Oxydfilm, der sich um Aluminiumteilchen herum bildet, stellt bei solchen Arbeiten ein besonderes Hin dernis dar, da er zwar dünn, aber fest ist und einen sehr hohen Schmelzpunkt hat, so dass er bei der Bindung des nicht oxydierten Aluminiums in benach barten Teilchen stört, und ist gegen Reduktion so beständig, dass die Sinterung ein schwieriges Problem darstellt.
Es ist zwar bekannt, dass man Aluminuim- pulver unter Bildung eines verdichteten Körpers ((c Green Compact ) durch Walzen führen kann, aber die Probleme, die sich bei der Verfestigung des er haltenen, verdichteten Körpers durch Sinterung oder auf anderem Wege ergeben, sind ernsthaft.
Man hat dieses Ziel zwar in einigen Fällen durch besondere und kostspielige Techniken erreicht und man hat zwar poröse Lager und dergleichen aus Aluminiumpulvern auf Stahlbandmaterial als Unterlage hergestellt, aber ein Verfahren, das sich zur Herstellung von festem Bandmaterial aus aluminiumhaltigem Material im technischen Massstab aus Pulver eignet, ist noch nicht gefunden worden. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Aufgabe und erlaubt die Herstellung eines Ban des in einer bemerkenswert wirtschaftlichen Weise.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung eines Bandes aus aluminiumhaltigem Metall durch Verdichtung von Metallteilchen, welches da- durch gekennzeichnet ist, dass diese Teilchen, die mit einer Aluminiumoxyd-Schicht überzogen sind und deren grösster Teil eine Korngrösse über 0,074 mm aufweist, auf eine Temperatur von 230 bis 650 C, jedenfalls unterhalb des Schmelzbeginns, vorerhitzt, dann kontinuierlich in frei fliessendem Zustand einer Walzvorrichtung zugeführt und unter Druck zu einem völlig verfestigten Band gewalzt werden.
Einer der Hauptvorteile, die sich bei der prakti schen Durchführung der Erfindung ergeben, besteht darin, dass während der Erzeugung neu gegossenen Teilchen keine besondere, nicht oxydierende oder re duzierte Atmosphäre angewendet zu werden braucht. Darüberhinaus ist keine Verdichtung vor dem Wal zen, wie durch Strangpressen, notwendig.
Dies stellt ein überraschendes Ergebnis dar, da sich auf Teil chen aus aluminiumhaltigem Material bei der Ein wirkung der Luft stets sofort eine zähe Oxydhaut bildet, und man hat allgemein Sonderarbeitsstufen, in denen diese Haut beseitigt oder aufgebrochen wird, als wichtig angesehen, um Teilchen aus aluminium haltigem Metall erfolgreich zu verdichten.
Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht in der Vorerhitzung der Metall teilchen vor dem anschliessenden Walzen. Wenn die Vorerhitzung weggelassen wird, kann man noch die Teilchen in einem einzigen Walzendurchgang zu einem anscheinend festen Bandmaterial verfestigen, aber ein solches Material oder irgendein herabgewalz- tes Produkt aus einem solchen Material bildet Blasen, wenn es anschliessend wärmebehandelt wird,
wie im Verlaufe der herkömmlichen Temperung. Da gewöhn lich ein gewisser Grad an Temperung oder einer an deren anschliessenden Wärmebehandlung notwendig ist und da sich latente Blasen als Ausgangspunkte für Schwächungsstellen störend auswirken, muss man bei der zuin: Erfolg führenden Durchführung der vorlie genden Erfindung eine Verfestigung der gegossenen Teilchen bei kaltem Zustand vermeiden.
Anhand der beiliegenden Zeichnung sind nach stehend einige Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrich tung zur Vorerhitzung und Walzung im -Schleuder guss hergestellter aluminiumhaltiger Teilchen zu einem festen Metallband, Fig. 2 in entsprechender Ansicht eine Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Mikroaufnahme einer aasgeätzten Ober fläche des Bandmaterials, das gemäss der Erfindung zu Anfang erhalten wird, bei 50facher Vergrösserung, wobei die Oberfläche durch einen Schnitt erhalten ist, der senkrecht zum Band und parallel zur Walzrich- tung erfolgt, Fig. 4 ähnlich der Fig. 3 eine Mikroaufnahme bei 200facher Vergrösserung des Bandmaterials nach Re duktion durch anschliessende Kaltwalzung um 94%,
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht, aber nach Tempern des reduzierten Bandes (bei 343 C) und darauffolgender Rekristallisation, und Fig. 6 und 7 den Fig, 4 und 5 entsprechende An sichten, aber nachdem das Band anschliessend an die Anfangsverdichtung durch Kaltwalzen um 83% re duziert worden ist.
In den folgenden Ausführungsbeispielen werden gegossene Teilchen aus Aluminium oder Legierungen, die mindestens 5101o Aluminium enthalten verwendet. Ein kleinerer Anteil der Teilchen kann von anderen Metallen gebildet werden, vorzugsweise beträgt die Gewichtsgesamtmenge des Aluminiums in den Teil chen, mindestens 51 % vom Gesamtgewicht der Teil chen als Ganzes.
Der Temperaturhöchstwert bei der Vorerhitzung muss unter der Temperatur liegen, bei welchem das Metall zu schmelzen beginnt, und vorzugsweise ober halb der Temperatur, die zur Vermeidung von Bla sen benötigt wird, was für- die Praxis Temperaturen zwischen etwa 232 und 649 C (450 und 1200 F) bedeutet.
Vorzugsweise erfolgt die Vorerhitzung bei Temperaturen in der Nähe des oberen Endes des Be reiches, und zwar sowohl um Blasen zu vermeiden als auch um Energie zu sparen, und im allgemeinen, was von der jeweils der Walzung unterworfenen Legie rung abhängt, im Bereich von etwa 399 bis 538 C (750 bis 1000 F).
Die günstigsten Auswirkungen der Vorerhitzung ergeben sich nahe des oberen Endes des Temperatur bereiches, aber die Neigung der heissen Teilchen, bei erhöhten Temperaturen aneinanderzuhaften, spricht gegen solche Temperaturwerte. Gemäss der Erfindung ist es erforderlich, dass die Teilchen beim Eintritt in die Walzbehandlung freifliessend wie auch vorher- hitzt sind,
damit das Auftreten von Hohlräumen in dem Bandmaterial auf Grund einer ungleichmässigen Zuführung der Teilchen in den Walzenspalt vermie den wird. Man muss dementsprechend das Aneinanderhaf- ten verhindern. Dies kann erreicht werden indem man die Vorerhitzungstemperatur begrenzt, und eben falls, indem man mit grösseren Teilchen arbeitet, bei denen eine Berührung miteinander auf kleineren Ober- < flächen als bei kleineren Teilchen gleicher Form vor liegt.
Einer der Gründe, warum die erfolgreiche Vor erhitzung herkömmlicher feinstzerstäubter ((( atomi- zed ) Teilchen (die durch Einsaugung von geschmol zenem Aluminium in einen Strähl verdichteter Luft s oder verdichteten Dampfes gegossen sind) schwierig ist, besteht darin, dass diese Teilchen sehr fein sind (alle eine Korngrösse von weniger als 0,074 mm [200 Manschen] haben) und in dem anwendbaren Bereich von Vorerhitzungstemperaturen eine deutliche Nei gung zum Aneinanderhaften besitzen.
Eine Vorerhitzung der gegossenen aluminiumhal- tigen Teilchen ermöglicht auch höhere Walzgeschwin- digkeiten, die Geschwindigkeiten des Bandmaterials am Ausgang des Anfangswalzstandes von<B>15,2</B> m/Min. (50 Fuss/Min.) und mehr entsprechen.
Solche Ge schwindigkeiten liegen weit über den Werten, die man beim Kaltwalzen gegossener Teilchen oder beim Walzen feinstzerstäubter, gegossener herkömmlicher Teilchen aus 99% Aluminium (die alle eine Korn- grösse von weniger als 0,074% mm haben) bei einer beliebigen Temperatur, vom kalten bis zum vollstän dig vorerhitzten Zustand, erzielen kann.
Beim Betrieb der Walzen mit hohen Geschwindig= keiten tritt jedoch ein Problem durch Hängenbleiben auf, das eine Kühlung der Walzen notwendig macht. Eine solche Kühlung kann durch Bespritzung der beiden Walzen mit Wasser auf der Seite, auf welcher der Streifen austritt, erreicht werden, wobei man das Wasser so gegen den Walzenumfang spritzt, dass da- auftreffende Wasser durch die Wärme der Walzens während ihres Umlaufes erhitzt und verdampft wird.
Man spritzt nur soviel Wasser auf, dass das gesamte Wasser von den Walzen verdampfen kann, bevor die Walzen wieder mit den zugeführten Teilchen in Berüh rung kommen können, da ein Überschuss an Wasser oder an den Walzen haftendes Wasser die Güte des gewalzten Bandes verringern könnte und möglicher weise auch zu einer Explosionsgefahr führt, wenn man die Walze mit den erhitzten Teilchen zusammenkom men lässt. Man kann die Walzen andererseits auch von innen kühlen, wie durch Zirkulation von Wasser oder einem anderen Kühlmedium im Walzeninneren.
Nachdem die vorerhitzten, gegossenen Teilchen in einem einzigen Durchgang durch die Walzen zu einem festen Metallband verfestigt worden sind, kön nen die Eigenschaften des Bandes vorzugsweise durch mindestens eine anschliessende Walzreduktion ver bessert werden, bei der die- Teilchen weiter zusammen gepresst werden und der aufgebrochene Oxydfilm auf den ursprünglichen Teilchen weiter in dem Band material verteilt wird.
Diese aufgebrochenen Teilchen des Oxydfilms können durch weitere Walzbehandlung weiter verteilt werden und sind für das Band nicht nachteilig, sondern verbessern im Gegensatz dazu sogar seine Festigkeit, da sie die Schwächungsebenen, die sich sonst durch das Band erstrecken. könnten, unterbrechen. Das hergestellte Band kann dement sprechend bessere Eigenschaften besitzen als ein gleichartiges Band, das aus dem gleichen aluminium haltigen Metall nach der herkömmlichen Weise des Giessens von Rohblöcken und Walzens hergestellt worden ist.
Wenn das Band jedoch wesentlich herun tergewalzt worden ist, ist das Oxyd gewöhnlich so gut verteilt, dass seine Auswirkung auf die Festigkeit ver- nachlässigbar ist.
Das hergestellte Band hat die unerwartete und wertvolle Eigenschaft, dass seine Oberflächen sich besonders gut für die anodische Behandlung eignen. Ein anodisch behandeltes, gemäss der Erfindung her gestelltes Band, einschliesslich des heruntergewalzten Bandes, ist von Kornabgrenzungen und Streckungen auf der Bandoberfläche verhältnismässig frei und be sitzt dementsprechend einen überlegenen Oberflä chenglanz und eine überlegene Gleichmässigkeit des Aussehens, wenn man Teilchen der gleichen Legie rung verwendet.
Der Druck, der am Walzenspalt auf die Metall teilchen ausgeübt wird, sollte einen Wert von min destens mehreren tausend Pounds/Quadratzoll (1 Pound/Quadratzoll = 0;07 kg/cm=entsprechend etwa mehreren hundert Kilogramm/Quadratzentime- ter) haben, der ausreicht, um die Teilchen vollständig zu einem festen Metallband zu verdichten.
Der ge naue Wert des Druckes bestimmt sich praktisch aus den Walzbedingungen, da die Walzen auf ein begrenz tes Anfangsspiel eingestellt sind und einen Walzdruck entgegen den Hemm- oder Haltekräften des Walz werkrahmens ausüben, wenn sie durch das Metall in dem Walzenspalt auseinandergepresst werden. Die Eigenschaften des der Walzbehandlung unterworfenen speziellen aluminiumhaltigen Metalls stellen einen der Faktoren dar, welche den Wert des Druckes beeinflus sen, der benötigt wird und sich in dem Walzwerk entwickelt.
Gegossene Teilchen, die sich praktisch für den Einsatz eignen, haben mindestens eine solche Grösse, dass sie von einem 200-Maschen-Sieb (U.S. Standard Sieve Series; lichte Maschenweite 0,074 mm) zurückge halten werden; feinere Aluminiumteilchen ergeben be kanntlich eine Explosionsgefahr;
was ein Hindernis für die Handhabung und Walzung solcher feinerer Teilchen in einer Luft enthaltenden Atmosphäre dar stellen würde. Darüberhinaus führt das Problem des Aneinanderhängens nach der Vorerhitzung dazu, dass eine Kornmindestgrösse notwendig ist, und macht die Verwendung gröberer Teilchen, vorzugsweise von Teilchen mindestens einer solchen Grösse erwünscht, dass diese von einem 40-Maschen-Sieb (lichte Ma schenweite 0,42 mm) zurückgehalten werden.
Eine spezielle obere Grenze für die Grösse der gegossenen Teilchen, die man bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwenden kann, gibt es mit der Aus nahme nicht, dass für ein Walzwerk, das Arbeits walzen von gegebenem Durchmesser aufweist, eine inhärente obere Grenze für die Grösse der Teilchen besteht, die sich gemäss der Erfindung mit Erfolg den Walzen zuführen und zwischen diesen verdichten lassen. Die Teilchen sollen auch in freifliessender Form vorliegen und beim Vorerhitzen nicht aneinan- derhängen, so dass sie kontinuierlich in den Walzen spalt eingeführt werden können.
Man kann die aluminiumhaltigen Teilchen zur Er zielung der erforderlichen Grösse und Form für die Walzbehandlung nach verschiedenen Arbeitsweisen giessen. Man kann z. B. geschmolzenes aluminium- haltiges Metall über eine Lochplatte giessen, deren Löcher das Metall passiert und von denen es in knopf- förmigen Tropfen abfällt, vorzugsweise in einen Trog Wasser. Die verfestigten Tropfen haben gewöhnlich einen Durchmesser in der Grössenordnung von etwa 9,5 mm (3/8 Zoll).
Teilchen genügender Grösse las- wn. sich auch unter Abänderung der Feinstzerstäubungs- technik giessen, aber diese Arbeitsweise wird nicht be vorzugt, da das Produkt von Feinstoffen begleitet ist, die ausgesiebt werden müssen.
Die bevorzugte Methode zur Herstellung der gewünschten aluminiumhaltigen Teil chen besteht vielmehr darin, sie durch den Schleuder guss zu erzeugen; diese Arbeitsweise ist wirtschaftlich und erlaubt eine gute Lenkung der Teilchenform, -grösse und -verteilung durch Wahl der Grösse der Öffnungen, durch welche das Metall gegossen wird und, was wichtiger ist, durch Veränderung der die Zentrifugal- oder Schleuderkraft erzeugenden Um drehungsgeschwindigkeit.
Die grösseren, im Schleuderguss gegossenen Teil chen neigen dazu, kugelförmig zu sein, und die klei neren, beim Schleuderguss erhaltenen Teilchen sind nadelförmig. Die kugelförmigen Teilchen sind frei fliessend und lassen sich zufriedenstellend walzen, selbst beim Arbeiten mit verhältnismässig kleinen Wal zen (z. B. von 12,7 cm Durchmesser). Die nadelför migen Teilchen erweisen sich auch als freifliessend, und ihre Form unterstützt anschliessend die Einfüh rung der Teilchen in den Walzenspalt und ihre Ver festigung in demselben in höchst gleichmässiger und rascher Weise.
Bevorzugt werden diejenigen nadel förmigen Teilchen, die eine scheinbare Dichte zwi schen etwa 0,75 und 1,02 g/cm3 aufweisen und von denen mindestens etwa 80% eine Teilchengrösse im Bereich zwischen etwa 0,42 und 0,25 mm (40 und 60 Maschen) haben.
Die aluminiumhaltigen Teilchen werden z. B. im Schleuderguss hergestellt, indem man kontinuierlich geschmolzenes aluminiumhaltiges Metall in den Kopf eines zylindrischen Gefässes eingibt, das um eine Ver tikalachse umläuft und Seitenöffnungen aufweist, durch welche das geschmolzene Metall auf Grund der Zentrifugalkraftwirkung aus dem Gefäss radial her ausgeschleudert wird. Bei niedrigeren Geschwindig keiten erweisen sich die Teilchen als kugelförmig, und bei höheren Geschwindigkeiten sind die Teilchen klei ner, wobei sie Nadelform annehmen.
Die Teilchen erstarren in der Luft zumindest zum Teil und können vollständig in der Luft abgekühlt oder auf andere Weise in einem Behälter mit Wasser gesammelt wer den. Sie zeichnen sich in beiden Fällen durch eine glänzende Oberfläche aus; dies zeigt, dass sie im Ver gleich mit herkömmlichen, feinstzerstäubten Pulvern verhältnismässig wenig oxydiert sind.
Die Herstellung dieser herkömmlichen Pulver er folgt durch Einsaugung in einen Strom verdichteter Luft oder verdichteten Dampfes, der sie in feinzerteil ter Form ausstösst. Herkömmliche, durch Feinstzer- stäubung gewonnene Teilchen sind fein (Korngrösse in der Grössenordnung von etwa 300 Maschen) und stellen eine solche Explosionsgefahr dar, dass man sie in besonderer Weise sammeln muss, was zu entsprechen den zusätzlichen Kosten führt.
Durch Begrenzung der Geschwindigkeit des umlaufenden Gefässes kann man durch Schleuderguss erzeugte Teilchen in Grös- sen bilden, die sicher über dem Bereich liegen, in dem eine Explosionsgefahr auftritt, was ihnen eine besondere Eignung verleiht, Weitere Einzelheiten ent halten die hierunten folgenden Beispiele.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 nimmt die An lage 10a in einem Trichter 12 die im Schleuderguss hergestellten, aluminiumhaltigen Teilchen 11 auf. Der Trichter gibt die Teilchen an ein Paar Arbeitswalzen 14; 15 ab. Die Teilchen 11 werden dabei durch den von den Walzen gebildeten Spalt 16 hindurchgeführt und unter hohem Druck gewalzt und dabei zu einem festen Metallband 18 verfestigt. Die das Band bilden den Walzen 14, 15 werden von geeigneten (nicht ein gezeichneten) Mitteln mit gleichen Umfangsgeschwin digkeiten angetrieben.
Vorzugsweise wird das Band 18 durch ein oder mehrere folgende Paare von Ar beitswalzen 20 geführt, um das Metall zu bearbeiten und auf die gewünschte Dicke zu reduzieren, wobei in keiner Stufe eine Sinterung erfolgt. Das anschlies- sende Walzen erfolgt in bezug auf die Temperaturen und anderen Bedingungen (einschliesslich jeglicher gewünschter Temperung) in herkömmlicher Weise an das jeweils zu behandelnde Metall und die gewünschte Enddicke und die gewünschten Endeigenschaften, wie Härte, angepasst.
Die Teilchen 11 werden vor der Einführung in den Trichter 12 auf einem beliebigen, geeigneten Wege vorerhitzt oder können im Trichter vorerhitzt werden. Wichtig ist die Temperatur der Teilchen 11 bei der Einführung in die Arbeitswalzen 14, 15. Auf der Seite der Walzen 14, 15 nahe der Stelle des Austritts des Bandes 18 ist ein Paar Zerstäuber 19 angeordnet, die einen kühlenden Strom Wasser oder dergleichen ge gen die Walzen 14, 15 richten. Die Menge des zuge führten Kühlmediums wird so eingestellt, dass ein Verdampfen der gesamten Flüssigkeit auf den Wal zenoberflächen vor dem erneuten Zusammenkom men mit den Teilchen 11 sichergestellt ist.
Bei der abgeänderten Vorrichtung 10b nach Fig. 2 werden die Teilchen 11 von einem Beschickungstrich ter 30 auf das umlaufende Band 32 aufgeleitet, das sie zu einem Austragepunkt 34 führt. Das umlaufende Band 32 und der Auslass 36 des Trichters sind in einem Ofen 38 eingeschlossen. In die Ofenkammer wird durch einen oder mehrere Einlässe 42 erhitzte Luft oder ein anderes erhitztes Gas 40 eingeführt, um die Teilchen auf dem umlaufenden Band 32 zu erhit-, zen; die Abluft 41 wird durch einen oder mehrere Auslässe 44 abgezogen.
Die erhitzten Teilchen wer den in einen zweiten Trichter 46 ausgetragen und dar- auf in den Spalt der Verdichtungswalzen 14,. 15ge- führt, die den in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Walzen entsprechen.
Dem Fachmann werden sich verschiedene Abän derungen anbieten, wie eine Zuführung von Schichten aus Teilchen verschiedener Legierung zu den Walzen 14 und 15, um verschiedene--Kern- und Plattierungs- effekte zu erzielen.
Darüberhinaus kann man mit den Teilchen einen oder mehrere feste Metallstreifen zwi schen die Walzen 14 und 15 einführen, wie einen Streifen zur Bildung eines Unterlagestreifens in An lage an eine der Walzen 14 oder 15 oder zwei solche Streifen zur Bildung einer zweischichtigen Unterlage in Anlage an eine der Walzen 14 und 15 oder einen oder mehrere Streifen bei auf beiden Seiten befindlichen Teilchen aus dem aluminiumhaltigen Material, so dass ein solches Streifenmaterial aus einem oder mehreren Streifen beidseitig von einer Schicht des aus den Teil chen gebildeten festen Metalls bedeckt ist.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Er läuterungen der Erfindung.
<I>Beispiel 1</I> Man hält im Schmelzofen eine Charge aus ge schmolzenem, aluminiumhaltigem Metall, das min destens 99% Aluminium enthält, und trägt das Me tall in eine hohle, zylindrische Giesspfanne aus Guss- eisen aus, die einen Aussendurchmesser von 7,6 cm hat und in der Seitenwand Öffnungen von 1,32 mm Durchmesser aufweist, die im Mittenabstand von 9,53 mm angeordnet und in 10 Reihen vorgesehen sind.
Man lässt die Pfanne um ihre vertikal angeord nete Achse mit etwa 3943 U/Min. umlaufen und gibt in das obere offene Ende geschmolzenes Aluminium ein, wobei die Temperatur in der Pfanne 729 C be trägt.
Die aus der Pfanne gegossenen Teilchen haben Nadelform und ergeben die folgende beispielhafte Siebanalyse:
EMI0004.0074
<I>kleiner <SEP> als <SEP> grösser <SEP> als <SEP> Anteil</I>
<tb> 2,00 <SEP> mm <SEP> Spuren
<tb> 2,00 <SEP> mm <SEP> 0,84 <SEP> mm <SEP> 20,10/,
<tb> 0,84 <SEP> mm <SEP> 0,59 <SEP> mm <SEP> 41,9%
<tb> 0,59 <SEP> mm <SEP> 0,42 <SEP> mm <SEP> 26,8<B>0/,</B>
<tb> 0,42 <SEP> mm <SEP> 0,30 <SEP> mm <SEP> 9,8%
<tb> 0,30 <SEP> mm <SEP> 0,25 <SEP> mm <SEP> 1,1%
<tb> 0,25 <SEP> mm <SEP> 0,3% Diese nadelförmigen Teilchen werden in einem Luftofen, der mit einem umlaufenden Gebläse aus gestattet ist und mittels elektrischem Widerstandsheiz- element beheizt wird,
auf eine Temperatur von etwa 482 C vorerhitzt. Die erhitzten nadelförmigen Teil chen werden sofort in einen Trichter eingeführt, der zu einem Paar Verdichtungswalzen führt, deren Ach sen in einer gemeinsamen Horizontalebene liegen. Die Walzen haben einen Durchmesser von 15,24 cm bei einer Fläche von 17,78 cm; der Walzenspalt ist auf einen Anfangswert von 1,32 mm eingestellt. Während des Walzens üben die Walzen auf die Teilchen einen Druck (errechnet) von etwa 844 kg/cm2 aus.
Die Teil chen fliessen aus dem Trichter frei in den Walzenspalt und werden von den Walzen zu einem Band von 17,8 cm Breite und 2,49 mm Dicke verdichtet, dessen Dichte<B>2,71</B> g/cm3 beträgt. Die Streifengeschwindig keit beträgt 16,4 m/Min; der Streifen wird bei dieser Geschwindigkeit gut gebildet und ist fest und bedarf nur einer verhältnismässig geringen Abgratarbeit an den Rändern, um unvollständig gewalzte Flächen zu beseitigen.
Das Band hat in der beim Walzen erhaltenen Form eine faserartige Beschaffenheit, die sich aus den aufgebrochenen Resten der Oxydwände der Aus gangsteilchen ergibt (vergl. die Mikroaufnahme bei et wa 50facher Vergrösserung der Fig. 3). Versuche er geben eine Zerreissfestigkeit von 1471 kg/cm2 und Festigkeit an der Streckgrenze von 1287 kg/cm2 bei einer Dehnung auf 5 cm Länge von 14%. Nach einer Reduktion durch Kaltwalzen, die zur Erzielung einer vollen Rekristallisation beim Tempern bei 316 C führt (z.
B. um 83 und 94%), zeigt das Bandmate rial Festigkeits- und Dehnungseigenschaften, die einem Bandmaterial mit einem Aluminiumgehalt von 99% (1100 Alloy) entsprechen, das nach der herkömmli- chen Walztechnik (auf Grundlage der Werte gemäss American Society for Metals Handbook, Ausgabe 1948, S. 771, Tabelle 1) durch Herunterwalzen grosser Rohblöcke hergestellt ist.
Proben des gemäss diesem Beispiel 1 hergestellten Bandes nach Reduktion durch Kaltwalzung um 83 bzw. 94% sind in Fig. 4 und 6 an Hand von Mikroaufnahmen bei ungefähr 200facher Vergrösserung gezeigt. Die Fig. 5 und 7 zeigen ent sprechende Mikroaufnahmen des Bandmaterials nach Tempern bei 316 C; sie zeigen, dass eine vollständige Rekristallisation erfolgt.
Dieses Ergebnis könnte nicht erzielt werden, wenn die ursprünglichen Teilchen nicht durch Berührung zwischen nicht oxydiertem Aluminium in jedem Teilchen mit nicht oxydiertem Aluminium in benachbarten Teilchen gründlich an einander gebunden wären. <I>Beispiel 2</I> Wie in Beispiel 1 werden aluminiumhaltige Teil chen mit der Abänderung hergestellt, dass die Pfan- nengeschwindigkeit 400U/Min. beträgt, die Pfanne wiederholt erschüttert wird (z. B. durch Anschlagen mit einer Art Hammer) und die Teilchen gröber sind und Kugelform haben.
Etwa 95% der Teilchen pas sieren ein Sieb von 4,00 mm leichter Maschenweite (5-Maschen-Sieb) und werden von einem Sieb von 2,00 mm lichter Maschenweite (10-Maschen-Sieb) zu rückgehalten. Es werden im wesentlichen die gleichen Arbeitsweisen 1=bei der Vorerhitzung, Walzung und Prüfung angewandt und im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten.
<I>Beispiel 3</I> Wie in Beispiel 1 werden Teilchen mit einem Alu miniumgehalt von 99% mit der Abänderung her gestellt, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit der Pfanne 2300 U/Min. beträgt. Die Teilchen sind nadel förmig und ergeben folgende Siebanalyse:
EMI0005.0049
<I>kleiner <SEP> als <SEP> grösser <SEP> als <SEP> Anteil</I>
<tb> 2,00 <SEP> mm <SEP> 0,9%
<tb> 2,00 <SEP> mm <SEP> 0,84 <SEP> mm <SEP> 23,4%
<tb> 0,84 <SEP> mm <SEP> 0,59 <SEP> mm <SEP> 35,3%
<tb> 0,59 <SEP> mm <SEP> 0,42 <SEP> mm <SEP> 34,0%
<tb> 0,42 <SEP> mm <SEP> 0,30 <SEP> mm <SEP> 6,3%
<tb> 0,30 <SEP> mm <SEP> 0,25 <SEP> mm <SEP> 0,06%
<tb> 0,25 <SEP> mm <SEP> Spuren Diese Teilchen sind für das Arbeiten mit 15,2-cm- Walzen zu bevorzugen.
Bei Anwendung der gleichen Arbeitsweise beim Walzen und Prüfen werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie in Beispiel 1 erhalten. <I>Beispiel 4</I> Das aluminiumhaltige Metall der Beispiele 1 bis 3 gehört dem nicht wärmebehandelbaren Typ an, aber die Erfindung kann auch auf wärmebehandel- bare aluminiumhaltige Metalle, z. B. die Legierung aus ungefähr 96,5% Al, 0,60% Si, bis zu 0,70% Fe, 0,30% Cu, bis zu 0,15% Mn, 1,00% Mg, 0,25% Cr, bis zu 0,25% Zn, bis zu 0,15% Ti, Restbestandteile zu insgesamt etwa 0,10% (6061 Alloy) Anwendung findet.
Man verformt diese Legierung in die Teilchen gemäss Beispiel 1 und unterwirft sie wie in Beispiel 1 der Vorerhitzung und Anfangswalzung zum Band, wobei jedoch der Walzenspalt auf einen Anfangs wert von 0,50 mm eingestellt wird. Dabei wird als Anfangsmaterial ein Band von 1,52 mm Dicke erhal ten, das sich aufrollen lässt und die volle Dichte be sitzt; Prüfungen zeigen, dass das Material eine Zer- reissfestigkeit von 2109 kg/cm2 und Festigkeit an der Streckgrenze von 1758 kg/cm2 und Dehnung (auf 5 cm Länge) von 12% hat.
Nach Reduktion durch Kaltwalzen auf 7,62 mm Dicke wird das Material üblichen Lösungs- und Alterungsbehandlungen (vergl. das Beispiel für 16- bis 20stündige Alterung gemäss American Society for Metals Handbook, Ausgabe 1948, S. 822) unterworfen und dann geprüft, wobei es Festigskeits- und Dehnungseigenschaften zeigt, die denjenigen der gleichen Legierung bei ähnlicher Be handlung nach Herunterwalzen aus einem Rohblock gemäss der herkömmlichen Walzpraxis entsprechen.
<I>Beispiel 5</I> Wie in Beispiel 4 wird eine andere wärmebehandel- bare Legierung aus 0.50% Si max., max. 0,7% Fe, 1,2 bis 2,0% Cu, max. 0,30% Mn, 2,1 bis 2,9% Mg, 0,18 bis 0,40% Cr, 5,1 bis 6,1% Zn, max. D.;
20% Ti, Restbestandteile ausser Aluminium jeweils max. 0,05% und insgesamt 0,15% (7075 Alloy) vorerhitzt und ge walzt und der Reduktion unterworfen, wobei man jedoch mit einer Vorerhitzungstemperatur von 427 C, einer Anfangseinstellung des Walzenspältes auf 1,32 mm, einer Dicke des Anfangsbandes von 2,41 mm und einer Kaltwalzung auf 1,14 mm Dicke arbeitet.
Das Anfangsband lässt sich zusammenrollen, ist fest und hat die volle Dichte. Wenn man das reduzierte Band üblichen Lösungs- und Alterungsbehandlungen unterwirft (vergl. die 24stündige Alterungsprüfung gemäss S.
823 des vorgenannten Handbuches, Ausga be 1948) und prüft, zeigt es Festigkeits- und Deh- nungseigenschaften, die denjenigen der gleichen Legie rung bei entsprechender Behandlung entsprechen, die in der herkömmlichen Weise durch Herunterwalzen aus einem Rohblock hergestellt ist.
<I>Beispiel</I> .6 Es wird eine andere Legierung verwendet, die dem aluminiumhaltigen Metall des Beispiels 1 darin gleicht, dass sie ebenfalls durch Kalthärtung verfestigbar und nicht wärmebehandelbar ist, und aus max. 0,6% Si, max. 0,7% Fe, max. 0,2% Cu, 1 bis 1,5% Mn, max. 0,1% Zn, Restbestandteile mit Ausnahme des Alu miniums jeweils max. 0,05% und insgesamt max.
:0,15% besteht (3003 Alloy):. Aus der Legierung wer den im wesentlichen in der in Beispiel 1 beschriebe nen Weise Teilchen gegossen; die erhaltenen Teil chen haben Nadelform, sind aber etwas feiner als in Beispiel 1 (z:
B. beträgt ihr Anteil an Grössen, die grösser als 0,59 mm sind, etwa 16,4%, an Grössen, die grösser als 0,59 mm und feiner als 0,42 mm und gröber als 0,30 mm sind, 13,2%, während der An teil feiner als 0,30 mm eine Spur darstellt). Diese Teil chen werden wie in Beispiel 1 vorerhitzt und bei An- fangseinstellungen des Walzenspaltes von 0,66, 0,89, 1,32 und 2,03 mm unter Erzeugung eines Bandes mit Dicken von 1,78, 1,83, 2,13 bzw. 2,74 mm gewalzt.
Wenn man das erhaltene Band in der in Beispiel 1 be schriebenen Weise weiter kaltwalzt und tempert, so zeigt es in entsprechender Weise Festigkeits- und Dehnungseigenschaften, die herkömmlichem Band aus der vorliegenden Legierung entsprechen.
Bei jedem der vorstehenden Beispiele erweist es sich als notwendig, die Verdichtungswalzen zu kühlen, was durch Aufspritzen von Wasser auf die Walzen oberflächen nahe des frisch gebildeten Bandmaterials in der grösstmöglichen Menge erfolgt, die noch eine vollständige Verdampfung sicherstellt, so dass die Walzenoberflächen trocken sind, wenn sie mit den Teilchen in. Berührung kommen.
Bei dieser Arbeits weise wird ein Festkleben oder Hängenbleiben des Bandmetalls an den Walzen beim kontinuierlichen Walzen bei etwa 16,4 in/Min. vermieden. Diese Kühlung ergibt eine Walzentemperatur nahe dem Walzenspalt- einlass,. die zwischen und vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen dem Siedepunkt des Wassers (100 C) und der angewandten Vorerhitzungstemperatur liegt.
Es ist erwünscht, mit Walzen zu arbeiten, welche die höchstmögliche Temperatur haben, bei der ein Kle benbleiben an den Walzen vermieden wird, da sich gezeigt hat, dass kalte Walzen zu aufgerauhten Rän dern abgegratet und zurückgeführt werden muss, er höht.
Nachdem die Walzen genügend erhitzt sind, wer den die Ränder in der beim Walzen erhaltenen Form sehr gleichmässig, wobei nur wenig Abgratarbeit not wendig ist.
In, all den obigen Beispielen hat sich das Band material in allen Stufen als blasenfrei erwiesen. Eines der Probleme; die sich bei der anodischen Behandlung eines in der herkömmlichen Weise her gestellten Bandes ergeben, ist ein streifiges Aussehen, das von einer auf der anodisch behandelten Ober fläche sichtbaren Streckung des Korns herrührt.
Ein Band, das gemäss der Erfindung hergestellt ist, zeigt im anodisch behandelten Zustand selbst nach wesent licher Kaltreduktion im wesentlichen keine Korn streckung an der Oberfläche, wenn die verwendeten Teilchen im wesentlichen der gleichen Legierung an gehören. Dies ist überraschend, da die ursprünglichen Teilchen unterhalb der Oberfläche in dem Band material während des Walzens -ausgezogen werden, was besonders für die Kaltreduktion gilt.
Dieser sich bei der anodischen Behandlung ergebende Effekt ist in dem folgenden Beispiel erläutert: Beispiel <I>?</I> Der gemäss Beispiel 1 hergestellte Streifen wird in jeder der folgenden Stufen des Beispiels 1, d. h. in dem der Anfangswalzung erhaltenen Zustand und in dem kaltgewalzten Zustand nach einer Reduktion um 83 bzw. 94% und nach der Temperung, die auf jede der Reduktionsstufen folgt, einer anodischen Behand lung unterworfen.
In jedem Falle wird der Streifen in einem 2,5%igen Fluoborsäurebad 12 bis 15 Min. bei 29 C elektropoliert und dann in einem 17%igen Schwefelsäurebad etwa 10 Min. bei 21' C anodisch behandelt, wobei man mit Gleichstrom von 15 V und einer Stromdichte von 1,3 bis 1,6 A/dm2 arbeitet. Die anodisch behandelte Oberfläche ist in jedem Falle streifenfrei, da eine auf der anodisch behandelten Oberfläche sichtbare Kornstreckung im wesentlichen fehlt.
In dem hier gebrauchten Sinn unter nadelförmi gen Teilchen langgezogene Teilchen zu verstehen, die gekrümmt oder gerade sein können, aber deren Länge, gemessen längs einer Mittelachse, das Mehr fache der grössten Dicke auf ihrer Länge beträgt. Die Grössen der im Schleuderguss hergestellten Teilchen gemäss der Erfindung kann von Werten, bei denen die Teilchen ein Sieb von etwa 2,4 mm lichter Ma schenweite (8 Maschen), passieren, bis zu Werten reichen, bei denen sie von einem Sieb von 0,074 mm lichter Maschenweite (200 Maschen) zurückgehalten werden.
Vorzugsweise ist die Grösse von mindestens etwa 80% der Teilchenkleiner als 0,84 mm (20 Ma schen) und grösser als 0,25 mm (60 Maschen), wo bei im wesentlichen keine Teilchen feiner als 0,15 mm (100 Maschen) sind. Die Maschenzahlen entsprechen gemäss dem U. S. Standard Sieve System (vergl. die folgende Tabelle) der Anzahl der gleichen Zahl jedes Satzes in gleichmässigen Abständen parallel zueinan der verlaufender und einander unter rechtem Winkel kreuzender feiner Drähte in jedem Quadratzoll des Siebes.
EMI0007.0005
<I>Sieb <SEP> Nr. <SEP> Sieböffnung, <SEP> mm <SEP> Sieböffnung,</I>
<tb> <I>Zoll</I>
<tb> 5 <SEP> 4,00 <SEP> 0,157
<tb> 8 <SEP> 2,38 <SEP> 0,094
<tb> 12 <SEP> 1,68 <SEP> 0,066
<tb> 16 <SEP> 1,19 <SEP> 0,0468
<tb> 20 <SEP> 0,84 <SEP> 0,0331
<tb> 30 <SEP> 0,59 <SEP> 0,0234
<tb> 40 <SEP> 0,42 <SEP> 0,0166
<tb> 60 <SEP> 0,25 <SEP> 0,0098
<tb> 100 <SEP> 0,149 <SEP> 0,0059
<tb> 200 <SEP> 0,074 <SEP> 0,0<B>0</B>29 Die in der vorstehenden Beschreibung genannten Typangaben für die Aluminiumlegierungen entspre chen den üblichen Bezeichungen der Aluminium As- sociation (U.S.).
Process for the production of a strip from aluminum-containing metal non-aluminum powder in connection with the solidification by rolling treatment to form Bandma material is not as difficult a problem as aluminum powder, since non-aluminum-containing metals in general can be removed by simply applying pressure, if necessary with the addition of sintering, i.e. H.
heating the metal particles to a temperature close to their melting point, allowing them to grow together at the points where they touch, compressing them to form a solid body. The oxide film that forms around aluminum particles is a particular hindrance in such work, as it is thin but strong and has a very high melting point, so that it interferes with the binding of the non-oxidized aluminum in neighboring particles , and is so resistant to reduction that sintering is a difficult problem.
It is known that aluminum powder can be passed through rollers to form a compacted body ((c Green Compact), but the problems that arise when the compacted body obtained is solidified by sintering or by other means are seriously.
Although this goal has been achieved in some cases by special and expensive techniques, and although porous bearings and the like have been produced from aluminum powder on steel strip material as a base, a process which is suitable for the production of solid strip material from aluminum-containing material on an industrial scale from powder , has not yet been found. The present invention accomplishes this object and allows a band to be manufactured in a remarkably economical manner.
The invention relates to a method for the production of a strip of aluminum-containing metal by compressing metal particles, which is characterized in that these particles, which are coated with an aluminum oxide layer and most of which have a grain size of over 0.074 mm, on a Temperature of 230 to 650 C, in any case below the start of melting, preheated, then continuously fed in a free-flowing state to a rolling device and rolled under pressure into a completely solidified strip.
One of the main advantages of practicing the invention is that no special, non-oxidizing or reduced atmosphere need be applied during the creation of newly cast particles. Furthermore, there is no need for compaction prior to rolling, such as by extrusion.
This is a surprising result, since a tough oxide skin always immediately forms on particles made of aluminum-containing material when exposed to air, and special work stages in which this skin is removed or broken open are generally considered to be important in order to remove particles to successfully compact aluminum-containing metal.
An essential feature of the method according to the invention consists in the preheating of the metal particles before the subsequent rolling. If the preheat is omitted, the particles can still be solidified into what appears to be a solid strip material in a single roll pass, but such material, or any rolled-down product of such material, will bubble when subsequently heat-treated,
as in the course of conventional tempering. Since usually a certain degree of tempering or another subsequent heat treatment is necessary and since latent bubbles act as starting points for weak points, one must avoid solidification of the cast particles when cold when carrying out the present invention, which leads to success .
Some exemplary embodiments are described below with the aid of the accompanying drawings. In the drawing: Fig. 1 shows a schematic representation of a Vorrich device for preheating and rolling in the centrifugal cast produced aluminum-containing particles to a solid metal strip, Fig. 2 in a corresponding view, a modification of the device of FIG.
3 shows a photomicrograph of an etched surface of the strip material which is initially obtained according to the invention, magnified 50 times, the surface being obtained by a cut that is perpendicular to the strip and parallel to the rolling direction, similar to FIG 3 is a photomicrograph at 200 times the magnification of the strip material after reduction by subsequent cold rolling by 94%,
Fig. 5 is a view corresponding to Fig. 4, but after tempering the reduced tape (at 343 C) and subsequent recrystallization, and Fig. 6 and 7 to the Figs, 4 and 5 corresponding view, but after the tape following the initial compression has been reduced by 83% by cold rolling.
In the following exemplary embodiments, cast particles made of aluminum or alloys which contain at least 51010 aluminum are used. A smaller proportion of the particles can be formed by other metals, preferably the total amount by weight of the aluminum in the particles is at least 51% of the total weight of the particles as a whole.
The maximum temperature during preheating must be below the temperature at which the metal begins to melt, and preferably above the temperature required to avoid bubbles, which in practice means temperatures between about 232 and 649 C (450 and 1200 F) means.
Preferably, the preheating occurs at temperatures near the top of the range, both to avoid bubbles and to conserve energy, and generally in the range of about 399, depending on the particular alloy being rolled up to 538 C (750 to 1000 F).
The most beneficial effects of preheating occur near the upper end of the temperature range, but the tendency of the hot particles to stick together at elevated temperatures speaks against such temperature values. According to the invention it is necessary that the particles are free-flowing as well as preheated when entering the rolling treatment,
so that the occurrence of voids in the strip material due to an uneven feed of the particles into the nip is avoided. Accordingly, one has to prevent sticking together. This can be achieved by limiting the preheating temperature, and also by working with larger particles that contact each other on smaller surfaces than with smaller particles of the same shape.
One of the reasons why traditional atomized ((atomized) particles (which are cast by sucking in molten aluminum into a stream of compressed air or compressed vapor) is difficult to preheat is because these particles are very fine (all have a grain size of less than 0.074 mm [200 pockets]) and have a clear tendency to stick together in the applicable range of preheating temperatures.
Preheating of the cast aluminum-containing particles also enables higher rolling speeds, the speeds of the strip material at the exit of the initial rolling stand of <B> 15.2 </B> m / min. (50 feet / min.) And more.
Such speeds are far higher than the values obtained when cold rolling cast particles or when rolling finely atomized, cast conventional particles made of 99% aluminum (all of which have a grain size of less than 0.074% mm) at any temperature, from cold to to the fully preheated state.
When operating the rollers at high speeds, however, there is a problem of sticking, which makes it necessary to cool the rollers. Such cooling can be achieved by spraying the two rollers with water on the side on which the strip emerges, the water being sprayed against the roller circumference in such a way that the water that hits it is heated and evaporated by the heat of the rollers as it rotates becomes.
You only spray so much water that all of the water can evaporate from the rollers before the rollers can come into contact with the supplied particles again, since an excess of water or water adhering to the rollers could reduce the quality of the rolled strip and possibly also leads to a risk of explosion if the roller is allowed to come together with the heated particles. On the other hand, the rollers can also be cooled from the inside, such as by circulating water or another cooling medium inside the roller.
After the preheated, cast particles have been solidified into a solid metal strip in a single pass through the rollers, the properties of the strip can preferably be improved by at least one subsequent rolling reduction, in which the particles are further pressed together and the broken oxide film on the original particle is further distributed in the tape material.
These broken-up particles of the oxide film can be distributed further by further rolling treatment and are not disadvantageous for the strip, but, on the contrary, even improve its strength, since they remove the planes of weakness which otherwise extend through the strip. could interrupt. The band produced can accordingly have better properties than a similar band that has been produced from the same aluminum-containing metal in the conventional manner of casting ingots and rolling.
However, when the strip has been rolled down significantly, the oxide is usually so well distributed that its effect on strength is negligible.
The strip produced has the unexpected and valuable property that its surfaces are particularly well suited for anodic treatment. An anodized strip made according to the invention, including the rolled-down strip, is relatively free of grain delimitation and stretching on the strip surface and accordingly has a superior surface gloss and superior evenness of appearance when particles of the same alloy are used.
The pressure that is exerted on the metal particles at the nip should have a value of at least several thousand pounds / square inch (1 pound / square inch = 0.07 kg / cm = corresponding to about several hundred kilograms / square centimeter) sufficient to completely compress the particles into a solid metal band.
The exact value of the pressure is determined practically from the rolling conditions, as the rollers are set to a limited initial play and exert a rolling pressure against the inhibiting or holding forces of the rolling mill frame when they are pressed apart by the metal in the nip. The properties of the particular aluminous metal subjected to the rolling treatment are one of the factors which affect the level of pressure that is required and developed in the rolling mill.
Cast particles that are practical for use are at least sized to be retained by a 200-mesh U.S. Standard Sieve Series; clear mesh size 0.074 mm; finer aluminum particles are known to result in a risk of explosion;
which would be an obstacle to the handling and rolling of such finer particles in an atmosphere containing air. In addition, the problem of sticking together after preheating means that a minimum grain size is necessary, and makes the use of coarser particles, preferably particles at least of such a size desirable that they can be removed from a 40-mesh sieve (clear mesh size 0.42 mm ) are withheld.
There is no particular upper limit on the size of the cast particles that can be used in practicing the invention, except that there is an inherent upper limit on the size for a rolling mill having working rolls of a given diameter consists of particles which, according to the invention, can be successfully fed to the rollers and compacted between them. The particles should also be in free-flowing form and should not stick to one another during preheating, so that they can be continuously introduced into the roller gap.
You can cast the aluminum-containing particles in order to achieve the required size and shape for the rolling treatment using various methods. You can z. B. pour molten aluminum-containing metal over a perforated plate, the holes of which the metal passes and from which it falls off in button-shaped drops, preferably into a trough of water. The solidified droplets are usually on the order of about 3/8 inch (9.5 mm) in diameter.
Particles of sufficient size can be removed. can also be poured with a change in the fine atomization technique, but this mode of operation is not preferred, since the product is accompanied by fines that have to be sieved out.
Rather, the preferred method for producing the desired aluminum-containing particles is to produce them by centrifugal casting; this procedure is economical and allows good control of the particle shape, size and distribution by choosing the size of the openings through which the metal is poured and, more importantly, by changing the rotational speed generating the centrifugal or centrifugal force.
The larger centrifugally cast particles tend to be spherical, and the smaller centrifugally cast particles are needle-shaped. The spherical particles are free flowing and can be rolled satisfactorily, even when working with relatively small rolls (e.g. 12.7 cm in diameter). The nadelför shaped particles also prove to be free-flowing, and their shape then supports the introduction of the particles into the nip and their consolidation in the same in a highly even and rapid manner.
Preferred are those needle-shaped particles which have an apparent density between about 0.75 and 1.02 g / cm3 and of which at least about 80% have a particle size in the range between about 0.42 and 0.25 mm (40 and 60 Meshes).
The aluminum-containing particles are e.g. B. produced by centrifugal casting by continuously entering molten aluminum-containing metal into the head of a cylindrical vessel that revolves around a vertical axis and has side openings through which the molten metal is ejected radially out of the vessel due to the centrifugal force. At lower velocities the particles turn out to be spherical, and at higher velocities the particles are smaller, taking on a needle shape.
The particles solidify at least partially in the air and can be completely cooled in the air or otherwise collected in a container with water. In both cases they are characterized by a glossy surface; this shows that they are relatively little oxidized in comparison with conventional, finely atomized powders.
These conventional powders are produced by sucking them into a stream of compressed air or compressed steam, which ejects them in finely divided form. Conventional particles obtained by fine atomization are fine (grain size in the order of about 300 mesh) and pose such a risk of explosion that they have to be collected in a special way, which leads to corresponding additional costs.
By limiting the speed of the circulating vessel, particles produced by centrifugal casting can be formed in sizes that are safely above the area in which there is a risk of explosion, which makes them particularly suitable. The examples below contain further details.
In the device according to FIG. 1, the position 10a takes on the aluminum-containing particles 11 produced by centrifugal casting in a funnel 12. The hopper delivers the particles to a pair of work rolls 14; 15 from. The particles 11 are passed through the gap 16 formed by the rollers and rolled under high pressure and thereby solidified to form a solid metal strip 18. The rollers 14, 15 which form the belt are driven by suitable means (not shown) with the same peripheral speeds.
Preferably, the strip 18 is passed through one or more subsequent pairs of working rolls 20 in order to process the metal and reduce it to the desired thickness, with no sintering occurring in any stage. The subsequent rolling takes place with regard to the temperatures and other conditions (including any desired tempering) in a conventional manner adapted to the metal to be treated and the desired final thickness and the desired final properties, such as hardness.
The particles 11 are preheated in any suitable way prior to introduction into the funnel 12, or they can be preheated in the funnel. What is important is the temperature of the particles 11 when they are introduced into the work rolls 14, 15. On the side of the rolls 14, 15 near the point of exit of the belt 18, a pair of atomizers 19 is arranged, which provide a cooling stream of water or the like Align rollers 14, 15. The amount of the supplied cooling medium is adjusted in such a way that evaporation of the entire liquid on the roller surfaces is ensured before the particles 11 come together again.
In the modified device 10b according to FIG. 2, the particles 11 are directed from a feed line 30 onto the revolving belt 32, which leads them to a discharge point 34. The rotating belt 32 and the outlet 36 of the hopper are enclosed in an oven 38. Heated air or other heated gas 40 is introduced into the furnace chamber through one or more inlets 42 to heat the particles on the revolving belt 32; the exhaust air 41 is drawn off through one or more outlets 44.
The heated particles are discharged into a second hopper 46 and then into the gap between the compaction rollers 14. 15, which correspond to the rollers described in connection with FIG.
Various modifications will suggest themselves to those skilled in the art, such as supplying layers of particles of different alloys to the rollers 14 and 15 in order to achieve different core and clad effects.
In addition, one or more solid metal strips between the rollers 14 and 15 can be inserted with the particles, such as a strip to form a backing strip in contact with one of the rollers 14 or 15 or two such strips to form a two-layer backing in contact with one of the rollers 14 and 15 or one or more strips in the case of particles of the aluminum-containing material located on both sides, so that such a strip material consisting of one or more strips is covered on both sides by a layer of the solid metal formed from the particles.
The following examples serve to further explain the invention.
<I> Example 1 </I> A batch of molten, aluminum-containing metal which contains at least 99% aluminum is kept in the melting furnace and the metal is discharged into a hollow, cylindrical pouring ladle made of cast iron which has an outside diameter of 7.6 cm and has openings of 1.32 mm in diameter in the side wall, which are arranged at a center distance of 9.53 mm and provided in 10 rows.
The pan is left around its vertically arranged axis at about 3943 rpm. and is in the upper open end of molten aluminum, the temperature in the pan 729 C be.
The particles poured out of the pan have a needle shape and result in the following exemplary sieve analysis:
EMI0004.0074
<I> less <SEP> than <SEP> greater <SEP> than <SEP> portion </I>
<tb> 2.00 <SEP> mm <SEP> tracks
<tb> 2.00 <SEP> mm <SEP> 0.84 <SEP> mm <SEP> 20.10 /,
<tb> 0.84 <SEP> mm <SEP> 0.59 <SEP> mm <SEP> 41.9%
<tb> 0.59 <SEP> mm <SEP> 0.42 <SEP> mm <SEP> 26.8 <B> 0 /, </B>
<tb> 0.42 <SEP> mm <SEP> 0.30 <SEP> mm <SEP> 9.8%
<tb> 0.30 <SEP> mm <SEP> 0.25 <SEP> mm <SEP> 1.1%
<tb> 0.25 <SEP> mm <SEP> 0.3% These needle-shaped particles are heated in an air oven which is equipped with a circulating fan and is heated by means of an electrical resistance heating element,
preheated to a temperature of about 482 C. The heated needle-shaped particles are immediately introduced into a funnel, which leads to a pair of compaction rollers, the axes of which lie in a common horizontal plane. The rollers are 15.24 cm in diameter by 17.78 cm in area; the roller gap is set to an initial value of 1.32 mm. During the rolling, the rollers exert a pressure (calculated) of about 844 kg / cm2 on the particles.
The particles flow freely from the funnel into the roller gap and are compacted by the rollers to form a band 17.8 cm wide and 2.49 mm thick, the density of which is 2.71 g / cm3. The strip speed is 16.4 m / min; the strip is formed well at this speed and is firm and requires only a relatively small amount of trimming on the edges in order to remove incompletely rolled surfaces.
In the form obtained during rolling, the tape has a fiber-like nature, which results from the broken-up remnants of the oxide walls of the starting particles (cf. the micrograph at about 50 times magnification of FIG. 3). Tests give a tensile strength of 1471 kg / cm2 and strength at the yield point of 1287 kg / cm2 at an elongation of 5 cm in length of 14%. After a reduction by cold rolling, which leads to the achievement of full recrystallization when tempering at 316 C (e.g.
B. around 83 and 94%), the strip material shows strength and elongation properties that correspond to a strip material with an aluminum content of 99% (1100 Alloy) produced according to the conventional rolling technique (based on the values according to the American Society for Metals Handbook, Edition 1948, p. 771, Table 1) is made by rolling down large rough blocks.
Samples of the strip produced according to this example 1 after reduction by cold rolling by 83 and 94%, respectively, are shown in FIGS. 4 and 6 on the basis of micrographs at a magnification of approximately 200 times. 5 and 7 show corresponding micrographs of the strip material after annealing at 316 C; they show that complete recrystallization occurs.
This result could not be achieved if the original particles were not thoroughly bonded to one another by contact between unoxidized aluminum in each particle with unoxidized aluminum in adjacent particles. <I> Example 2 </I> As in example 1, aluminum-containing particles are produced with the modification that the pan speed is 400 rpm. the pan is repeatedly shaken (e.g. by striking it with a kind of hammer) and the particles are coarser and spherical in shape.
About 95% of the particles pass through a sieve with a mesh size of 4.00 mm (5-mesh sieve) and are retained by a sieve with a mesh size of 2.00 mm (10-mesh sieve). Essentially the same procedures 1 = are used for preheating, rolling and testing and essentially the same results are obtained.
<I> Example 3 </I> As in example 1, particles with an aluminum content of 99% are produced with the modification that the speed of rotation of the pan is 2300 rpm. amounts. The particles are needle-shaped and result in the following sieve analysis:
EMI0005.0049
<I> less <SEP> than <SEP> greater <SEP> than <SEP> portion </I>
<tb> 2.00 <SEP> mm <SEP> 0.9%
<tb> 2.00 <SEP> mm <SEP> 0.84 <SEP> mm <SEP> 23.4%
<tb> 0.84 <SEP> mm <SEP> 0.59 <SEP> mm <SEP> 35.3%
<tb> 0.59 <SEP> mm <SEP> 0.42 <SEP> mm <SEP> 34.0%
<tb> 0.42 <SEP> mm <SEP> 0.30 <SEP> mm <SEP> 6.3%
<tb> 0.30 <SEP> mm <SEP> 0.25 <SEP> mm <SEP> 0.06%
<tb> 0.25 <SEP> mm <SEP> traces These particles are preferable for working with 15.2 cm rollers.
Using the same procedure for rolling and testing, essentially the same results as in Example 1 are obtained. <I> Example 4 </I> The aluminum-containing metal of Examples 1 to 3 is of the non-heat-treatable type, but the invention can also be applied to heat-treatable aluminum-containing metals, e.g. B. the alloy of approximately 96.5% Al, 0.60% Si, up to 0.70% Fe, 0.30% Cu, up to 0.15% Mn, 1.00% Mg, 0.25% Cr, up to 0.25% Zn, up to 0.15% Ti, remaining components to a total of about 0.10% (6061 Alloy) is used.
This alloy is deformed into the particles according to Example 1 and subjected to preheating and initial rolling to form the strip as in Example 1, but the roll gap is set to an initial value of 0.50 mm. A tape 1.52 mm thick is obtained as the starting material, which can be rolled up and has full density; Tests show that the material has a tensile strength of 2109 kg / cm2 and strength at the yield point of 1758 kg / cm2 and elongation (over a length of 5 cm) of 12%.
After reduction by cold rolling to a thickness of 7.62 mm, the material is subjected to customary solution and aging treatments (cf. the example for 16 to 20 hours aging according to the American Society for Metals Handbook, 1948 edition, p. 822) and then tested, whereby it Shows strength and elongation properties which correspond to those of the same alloy with similar treatment after rolling down from an ingot according to conventional rolling practice.
<I> Example 5 </I> As in Example 4, another heat-treatable alloy of 0.50% Si max., Max. 0.7% Fe, 1.2 to 2.0% Cu, max. 0.30% Mn, 2.1 to 2.9% Mg, 0.18 to 0.40% Cr, 5.1 to 6.1% Zn, max. D .;
20% Ti, remaining components except aluminum each max. 0.05% and a total of 0.15% (7075 Alloy) preheated and rolled and subjected to reduction, but with a preheating temperature of 427 C, an initial setting of the roll gap of 1.32 mm, a thickness of the initial strip of 2, 41 mm and cold rolling to a thickness of 1.14 mm.
The initial tape can be rolled up, is firm and has full density. If the reduced tape is subjected to the usual solution and aging treatments (see the 24-hour aging test according to p.
823 of the aforementioned handbook, edition 1948) and tests, it shows strength and elongation properties which correspond to those of the same alloy with appropriate treatment, which is produced in the conventional manner by rolling down from an ingot.
<I> Example </I> .6 A different alloy is used which is similar to the aluminum-containing metal of Example 1 in that it can also be hardened by cold hardening and not heat-treated, and is made of max. 0.6% Si, max. 0.7% Fe, max. 0.2% Cu, 1 to 1.5% Mn, max. 0.1% Zn, remaining components with the exception of aluminum max. 0.05% and a total of max.
: 0.15% consists (3003 Alloy) :. From the alloy who cast the particles essentially in the manner described in Example 1; the particles obtained are needle-shaped, but slightly finer than in example 1 (e.g.
B. their share of sizes larger than 0.59 mm is around 16.4%, of sizes larger than 0.59 mm and finer than 0.42 mm and coarser than 0.30 mm, 13 , 2%, while the portion finer than 0.30 mm represents a trace). These particles are preheated as in Example 1 and with initial settings of the roll gap of 0.66, 0.89, 1.32 and 2.03 mm, producing a strip with thicknesses of 1.78, 1.83, 2, 13 or 2.74 mm rolled.
If the strip obtained is further cold-rolled and tempered in the manner described in Example 1, it shows in a corresponding manner strength and elongation properties which correspond to conventional strip made from the present alloy.
In each of the above examples it proves to be necessary to cool the compaction rollers, which is done by spraying water onto the roller surfaces near the freshly formed strip material in the largest possible amount, which still ensures complete evaporation, so that the roller surfaces are dry, when they come into contact with the particles.
In this way of working, sticking or sticking of the strip metal to the rollers during continuous rolling at about 16.4 in / min. avoided. This cooling results in a roll temperature close to the nip inlet. which lies between and preferably approximately halfway between the boiling point of the water (100 ° C.) and the preheating temperature used.
It is desirable to work with rollers which have the highest possible temperature at which sticking to the rollers is avoided, since it has been shown that cold rollers must be trimmed to roughened edges and returned, he increased.
After the rollers are heated sufficiently, whoever the edges in the shape obtained during the rolling very evenly, with only a little trimming is necessary.
In all of the above examples, the tape material was found to be free of bubbles in all stages. One of the problems; The result of the anodic treatment of a tape made in the conventional manner is a streaky appearance that results from a stretching of the grain that is visible on the anodized surface.
A tape which is made according to the invention shows in the anodized state even after wesent Licher cold reduction essentially no grain elongation on the surface if the particles used belong to essentially the same alloy. This is surprising because the original particles are drawn out from beneath the surface in the strip material during rolling, which is particularly true for cold reduction.
This effect resulting from the anodic treatment is explained in the following example: Example <I>? </I> The strip produced according to example 1 is used in each of the following stages of example 1, i. H. subjected to anodic treatment in the condition obtained from the initial rolling and in the cold-rolled condition after a reduction of 83 and 94% respectively and after the tempering which follows each of the reduction stages.
In each case, the strip is electropolished in a 2.5% fluoboric acid bath for 12 to 15 minutes at 29 ° C. and then anodized in a 17% strength sulfuric acid bath for about 10 minutes at 21 ° C., using a direct current of 15 V and a current density of 1.3 to 1.6 A / dm2 works. The anodically treated surface is in any case free of streaks, since there is essentially no grain elongation visible on the anodically treated surface.
In the sense used here, needle-shaped particles are to be understood as elongated particles that can be curved or straight, but whose length, measured along a central axis, is several times the greatest thickness along its length. The sizes of the particles produced by centrifugal casting according to the invention can range from values at which the particles pass through a sieve of about 2.4 mm clear mesh size (8 mesh) to values at which they pass through a sieve of 0.074 mm clear mesh size (200 meshes) are retained.
Preferably, at least about 80% of the particles are smaller than 0.84 mm (20 mesh) and larger than 0.25 mm (60 mesh) in size, with essentially no particles finer than 0.15 mm (100 mesh) . According to the U.S. Standard Sieve System (see the following table), the number of stitches corresponds to the number of the same number in each set at equal intervals of fine wires running parallel to one another and crossing at right angles in each square inch of the screen.
EMI0007.0005
<I> Sieve <SEP> No. <SEP> Sieve opening, <SEP> mm <SEP> sieve opening, </I>
<tb> <I> inches </I>
<tb> 5 <SEP> 4.00 <SEP> 0.157
<tb> 8 <SEP> 2.38 <SEP> 0.094
<tb> 12 <SEP> 1.68 <SEP> 0.066
<tb> 16 <SEP> 1.19 <SEP> 0.0468
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<tb> 60 <SEP> 0.25 <SEP> 0.0098
<tb> 100 <SEP> 0.149 <SEP> 0.0059
<tb> 200 <SEP> 0.074 <SEP> 0.0 <B> 0 </B> 29 The type specifications given in the above description for the aluminum alloys correspond to the usual designations of the Aluminum Association (U.S.).