CH673844A5 - - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung von Röhren, Stäben und Bändern, ausgehend von konti-15 nuierlich gegossenen oder ähnlichen Strängen bzw. Barren durch Kaltbearbeitung, wobei die Temperatur des Materials wegen des Einflusses des Verformungswiderstandes ansteigt, und zwar ins Gebiet der Rekristallisierung. Insbesondere betrifft das Verfahren die Weiterverarbeitung von Barren oder Strängen aus Nichteisen-20 metallen wie Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirconium und Titan und deren Legierungen.
Bei der Herstellung von Halbfertigfabrikaten aus Kupfer und Kupferlegierungen wurde nach dem Stand der Technik für die Weiterverarbeitung von Gussbarren bzw. runden Knüppeln oder 25 Brammen zunächst die Wannbearbeitung und sodann die Kaltbearbeitung angewendet. Bei der Warmbearbeitung walzt, extrudiert oder dornt man auf, und die Arbeitsgänge bei der Kaltbearbeitung waren beispielsweise Walzen, Ziehen oder Walzen in einem Pilgerwalzwerk. Danach wird jedes Erzeugnis einer speziellen 30 Weiterbehandlung je nach Art des Produktes zugeführt.
Um nun die Anzahl der Arbeitsgänge bei der Herstellung zu vermindern, hat sich die moderne Industrie mehr und mehr dem kontinuierlichen Giessen, nämlich dem Stranggiessen zugewandt, wobei man bezweckt, die Dimensionen des Stengels bzw. Barrens 35 so nahe wie möglich den Dimensionen des Endproduktes anzupassen. In manchem Zusammenhang wird dieses Giessgenannt. Die Kristallstruktur eines Produktes, welches man durch Stranggiessen erhält, beispielsweise eines Rohrmantels, ist grundsätzlich grobkörnig und nicht homogen. Dadurch werden spezielle Pro-40 bleme bei der Weiterbehandlung des Materials geschaffen. Die Weiterbehandlung eines Giessstranges mit kleinem Querschnitt, beispielsweise eines Bandes, wurde oft durch Kaltbearbeiten vorgenommen. Die grobe und unhomogene Struktur, die durch das Giessen verursacht wird, kann insbesondere bei der Kaltbearbei-45 tung eines Rohres oder eines Stabes zur sogenannten Orangen-haut-Oberfläche des Materials führen, und dieser Fehler ist auch am Endprodukt sichtbar und verhindert die Annahme in der Endkontrolle. Ein anderer Nachteil dieser Struktur ist der, dass das Material schon in einem frühen Arbeitsgang Risse aufweist, 50 welche zum Bruch führen, wenn die Kaltbearbeitung ohne Zwischenanlassen vorgenommen wird, wie es normalerweise in der Industrie der Fall ist. Dies trifft insbesondere für solche Bearbeitungen zu, wo das Material unter Spannung gebogen wird, beispielsweise wenn man das Grobziehen zur Rohrherstellung 55 anwendet.
Bei einem üblichen Verfahren zur Rohrherstellung wird der extrudierte Rohrmantel zunächst in einem Pilgerwalzwerk kalt gewalzt, wonach sich ein Grobziehen anschliesst. Die Kosten des Pilgerwalzwerkes sind jedoch hoch, und ein anderer nennenswer-60 ter Vorteil ist der, dass eine mögliche Unrundheit des Mantels in einem Pilgerwalzwerk nicht korrigiert werden kann.
Wie schon ausgeführt wurde, ist die Warmbearbeitung die herkömmliche Lösung in Verbindung mit dem Barrenguss und teilweise auch beim Stranggiessen. Bei der Anwendung dieses 65 Verfahrens können die Probleme, welche durch die unhomogene Kristallstruktur nach dem Giessen auftreten, ebenfalls gelöst werden, weil Metalle und Legierungen bekanntlich rekristallisierbar sind und sich demgemäss bei der Warmbearbeitung homogenisie
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ren. Die Warmbearbeitung ist jedoch insbesondere bei stranggegossenen Barren aus Kupfer, Aluminium und deren Legierungen, wobei Meine Querschnitte anfallen, bei weitem zu unwirtschaftlich.
SMS Schloemann- Siemag AG haben ein Planetenwalzverfah-ren entwickelt, bei dem drei konische Walzen unter Winkeln von 120° gegeneinander angeordnet sind. Die Walzen rotieren um ihre eigene Achse und ebenfalls um die Mittelachse des gesamten Planetensystems. Die Querschnittsverringerung bei einem einzigen Durchgang ist gross, sogar mehr als 90 Prozent. Das Walzen im Planetenwalzwerk wird oft mit der Abkürzung PSW (Planeten-schrägwalzwerk) bezeichnet, und die Maschine ist durch mehrere Patente geschützt.
Bisher wurde das Walzen im Planetenwalzwerk für Stahl angewendet. Im Falle von Rohren gehen die vorgewärmten Barren zunächst beispielsweise in ein Dornwalzwerk und dann in das PSW. Zum Walzen von Stäben werden die Barren zunächst getrennt vorgewärmt; demgemäss wird die übliche Warmbearbeitung bei dem Walzen in Planetenwalzwerken stets angewendet.
Kürzlich ergab sich auf überraschende Weise, dasß bei der Bearbeitung von Nichteisenmetallen, insbesondere von Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirconium und Titan und auch deren Legierungen ein gutes Endergebnis erzielt wird, was die Mikrostruktur des Materials anbetrifft, ohne dass ein getrenntes Vorheizen oder getrenntes Zwischenanlassen vorgenommen wird, wenn bei der Kaltbearbeitung die Temperatur des Materials in das Gebiet der Rekristallisierung steigt, veranlasst durch eine starke Querschnitts-verminderung und die innere Reibung des betreffenden Materials. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung gehen aus Patentanspruch 1 hervor.
Die Kaltbearbeitung umfasst im allgemeinen ein Verfahren, bei dem das zu behandelnde Material ohne Vorwärmen eingebracht wird und bei dem die Temperatur des Materials bei der Bearbeitung unterhalb der Rekristallisationstemperatur bleibt. Wenn bezüglich der vorliegenden Erfindung von Kaltbearbeitung gesprochen wird, so ist eine solche Bearbeitung gemeint, bei der die Temperatur zu Beginn der Bearbeitung Umgebungstemperatur ist, wobei jedoch im Verlaufe des Bearbeitungsverfahrens die Temperatur wesentlich über die normale Kaltbearbeitungstemperatur steigt, d.h. in den Rekristallisationsbereich des Materials.
Durch die ausgeführten Versuche konnte gezeigt werden, dass bei der Bearbeitung wegen des Verformungswiderstandes des Materials im Verlaufe der starken Querschnittsverringerung und der inneren Reibung die Temperatur des Materials in das Gebiet von 250 bis 750 °C steigt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine geeignete Rekristallisationstemperatur für Kupfer und Kupferlegierungen im Gebiet von 250 bis 700 °C, für Aluminium und Aluminiumlegierungen im Gebiet von 250 bis ,450 °C, für Nickel und Nickellegierungen zwischen 650 und 750 °C, für Zirconium und Zirconiumlegierungen 700 bis 750 ° C und für Titan und Titanlegierungen 700 bis 750 °C beträgt. Die Bearbeitungstemperatur kann so eingestellt werden, dass sie für das jeweilige Material geeignet ist, indem man entsprechend kühlt. Die mindestens teilweise rekristallisierte Struktur erlaubt eine Weiterverarbeitung durch Kaltbearbeitung, beispielsweise ein Grobziehen eines Rohres, ohne dass das Risiko von Rissen oder Bruch auftritt.
Weiterhin ist es beim Verfahren von Vorteil, dass der Temperaturanstieg bei der Bearbeitung nur kurzdauernd ist, so dass die Gefahr übermässigen Kornwachstums und übermässiger Oberflä-chenoxidation vermieden wird. Die Korngrösse im Material, das aus der Bearbeitung entlassen wird, ist gering, nämlich im Bereich von etwa 0,005 bis 0,050 mm.
Bei der Kaltbearbeitung eines Rohrmantels hat sich gezeigt, dass das Planetenwalzwerk zur Erhöhung der Temperatur in den Rekristallisierungsbereich sehr gut geeignet ist. Im Inneren des Rohrmantels, der mit Vorteil beispielsweise einen Durchmesser von 80/40 mm besitzt, wird ein Dorn mit Hilfe eines Dornträgers eingeführt, und der Rohrmantel wird auf die Dimensionen von mindestens 55/40 mm und insbesondere auf die Dimension 45/40 mm gewalzt, wonach weitere Ziehvorgänge ausgeführt werden. Das Walzen von Stäben wird ähnlich wie dasjenige der Rohre ausgeführt, natürlich ohne den Dorn. Bei der Herstellung von Bändern ist es möglich, andere Bearbeitungsverfahren anzuwenden, die eine ausreichende Querschnittsverringerung bewirken, beispielsweise Schmieden.
Wenn der Temperaturanstieg durch das Bearbeitungsverfahren zur Rekristallisierung des Materials nicht ausreicht, kann er durch schwaches Vorwärmen des Materials erhöht werden, beispielsweise indem man eine Induktionsspule einsetzt, wodurch der Strang unmittelbar vor der Bearbeitung läuft.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass ein gegossener Strang ein gut geeignetes Ausgangsmaterial für das Walzen im PSW ist, aber ausserdem kann er auch beispielsweise ein extru-dierter Rohrmantel sein. Auf diese Weise kann das teure Pilgerwalzwerk durch das billigere PSW ersetzt werden, und die zusätzlichen Vorteile sind die bessere Mikrostruktur des Materials und die Möglichkeit, die Unrundheit eines Rohrmantels im Verfahren zu korrigieren. Die vorteilhafteste Alternative des erfindungsge-mässen Verfahrens bei der Herstellung von Rohren und Stäben ist die Verwendung der relativ preisgünstigen Kombination aus Stranggiessen und PSW, die anstelle der teuren Technik angewendet wird, die aus dem Barrengiessen einer Extrusion oder Aufdornung und dem Walzen im Pilgerwalzwerk besteht.
Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1 (Stand der Technik)
Ein stranggegossener Rohrmantel aus mit phosphordesoxi-diertem Kupfer (Cu-DHP) wurde in einem Pilgerwalzwerk gewalzt. Die Anfangsgrösse des Mantels betrug 80/60 mm, und die Korngrösse der gegossenen Struktur betrug 1 bis 20 mm. Das Walzen war erfolgreich, die Grösse des erhaltenen Rohres betrug 44/40 mm, und die gegossene Struktur war in eine bearbeitungsgehärtete Struktur überführt worden. Die Härte des Rohres bewegte sich im Gebiet von 120 bis 130 HV5. Das wie beschrieben gewalzte Rohr konnte jedoch nicht grobgezogen werden, und nur das Geradeziehen war brauchbar. Um das erzeugte Rohr auf diese Weise am Grobzug zu ziehen, benötigte man ein Zwischenanlassen. Demgemäss verschwand die Giessstruktur beim Walzen nicht, da bei dieser Art von Walzen die Materialtemperatur niedrig bleibt. Weiterhin war die Oberflächenqualität nicht befriedigend wegen der groben Korngrösse des Gusses.
Beispiel 2 (Stand der Technik)
Ein kontinuierlich gegossener (stranggegossener) Rohrmantel 80/40 mm wurde auf einer Ziehbank gerade gezogen. Die Qualität der Rohroberfläche war schlecht, und das Ziehen konnte nichi über den Grobzug ohne Zwischenanlassen erfolgen, da die Giess struktur starke Querschnittsverringerungen nicht aushielt. Das Material des Mantels war das gleiche wie im vorstehenden Beispiel, und auf ähnliche Weise blieben die giess- und bearbeitungs gehärteten Strukturen und auch die Härte des kaltbearbeiteten Rohres im gleichen Bereich wie oben.
Beispiel 3 (Stand der Technik)
Ein Rohrmantel, 80/60 mm, Korngrösse etwa 0,1 mm, der aus einem Giessbarren mit der Grösse 280 x 660 mm extrudiert war und aus phosphordesoxidiertem Kupfer (Cu-DHP) bestand, wurde in einem Pilgerwalzwerk auf die Dimension 44/40 mm gewalzt. Die Härte eines derartigen Walzenrohres betrug etwa 12 bis 130 HV5, und die Struktur war diejenige der Bearbeitungshäi tung. Eine weitere Bearbeitung des Rohres zu den endgültigen Dimensionen wurde durch Grobzug- und Bankziehen ohne Zwischenanlassen ausgeführt. Das Endprodukt kann, wenn nötig, angelassen werden.
Beispiel 4
Ein stranggegossener Rohrmantel aus mit Phosphor desoxi-diertem Kupfer (Cu-DHP), Durchmesser 80/40 mm, mit norma
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1er Giessstruktur (Korngrösse 1-20 mm) wurde in einem PSW auf die Abmessungen 46/40 mm gewalzt. Das Ergebnis war befriedigend, und das so gewalzte Rohr konnte auch am Grobzug weiter ausgezogen werden. Die Beobachtung der Mikrostruktur des gewalzten Rohres ergab eine kleine Korngrösse zwischen 0,005 und 0,015 mm, was bedeutet, dass beim Walzen eine Rekristallisierung in der Struktur vorgegangen ist. Die Härte des gewalzten Rohres betrug 75 bis 80 HV5, wodurch ein Anlassen nicht notwendig war. Das Rohr wurde über 6 Grobzüge gezogen, und man erhielt die Dimensionen 18/16,4 mm. Nach dem Ziehen betrug die Härte des Rohres 132 HV5.
Beispiel 5
Ein extrudierter Rohrmantel, 80/40 mm, aus sauerstofffreiem Kupfer Cu-OF, wurde in einem PSW auf die Dimensionen s 46/40 mm gewalzt. Das Walzen ergab gute Resultate, und die Struktur erwies sich als rekristallisiert aufgrund des Einflusses der Temperatursteigerung der Bearbeitung. Die Korngrösse des gewalzten Rohres betrug etwa 0,010 mm und die Härte etwa 80 HV5.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Röhren, Stäben und Bändern aus einem Nichteisenmetall, ausgehend von Barren oder Gussstrang, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. der Strang derart kaltbearbeitet wird, dass die Temperatur des Materials bei der Verarbeitung infolge des Verformungswiderstandes bis in den Rekristallisationsbereich steigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltbearbeitung ein Kaltwalzen ist.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. Strang unmittelbar vor der Kaltbearbeitung vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmen unter Verwendung einer Induktionsspule ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. der Strang aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. der Strang aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. der Strang aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. der Strang aus Zirconium oder einer Zirconium-legierung besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Barren bzw. der Strang aus Titan oder einer Utanlegierung besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsverringerung bei der Kaltbearbeitung mindestens 70 Prozent beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsverringerung bei der Kaltbearbeitung vorteilhafterweise etwa 90 Prozent beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltbearbeitung des Barrens bzw. des Stranges in einem Planetenwalzwerk erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltbearbeitung eines Rohrmantels im Planetenwalzwerk erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen eines festen Barrens oder Stranges im Planetenwalzwerk erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der zu bearbeitende Strang durch Stranggiessen hergestellt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der zu bearbeitende Barren bzw. Strang durch Extrusion hergestellt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperatur des zu bearbeitenden Materials auf einen Wert im Gebiet von 250 bis 750 ° C steigt.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen Wert im Gebiet von 250 bis 700 ° C steigt.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen Wert im Gebiet von 250 bis 450 °C steigt.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen Wert im Gebiet von 650 bis 750 °C steigt.
21. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen Wert im Gebiet von 700 bis 750 °C steigt.
22. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen Wert im Gebiet von 700 bis 750 °C steigt
23. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur durch entsprechendes Einstellen der Kühlung geregelt wird.
5 24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse des bearbeiteten Materials im Bereich von 0,005 bis 0,050 mm verbleibt.
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