DD203242A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines langen duennen aluminiumprodukts - Google Patents

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines langen duennen Aluminiumproduktes liegt, wodurch dieses wirtschaftlich und mit hohen Gebrauchswerteigenschaften gefertigt werden kann, besteht die Aufgabe darin, die Anhaeufungen der eutektischen Phase an der Oberflaeche waehrend der Erstarrung des Aluminiumstranges zu reduzieren. Mit der Erfindung wird nunmehr ein kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Aluminiumwalzdraht oder anderen langen duennen Aluminiumprodukten vorgeschlagen, wobei in der Reihenfolge des Ablaufs folgende Schritte vorgesehen sind. Kontinuierliches Gieszen einer Guszstange, kontinuierliche Extrusion dieser Stange und kontinuierliches Walzen.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines langen dünnen Aluminiumproduktes

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist bei der Herstellung eines langen dünnen gewalzten-Produktes aus Aluminium, wie Aluminiumwalzdraht, anwendbar«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung eines langen dünnen Aluminiumproduktes ist es bereits bekannt, durch kontinuierliches Gießen einer Aluminiumlegierung eine Stange herzustellen,, welche nachfolgend einem kontinuierlichen Walzprozeß unterzogen wird, unter einem langen dünnen Produkt sei jedes Produkt, etwa ein. Draht, ein Band oder ein Profilstab aus Aluminium verstanden,, dessen Längsabmessung viel größer ist. als die beiden dazu senkrechten Maße, ungeachtet der geometrischen Querschnittsform senkrecht zur Längsrichtung, die quadratisch, rechteckig, rund, trapezförmig oder sonst wie sein kann» Diese Produkte werden oft als "unendlich lange" Produkte bezeichnet.

Das kontinuierliche Gießverfahren ist jedoch mit einem Mangel behaftet, der besonders während des nachfolgenden Walzvorganges bedeutsam ist. Bekanntlich erzeugt das kontinuierliche Gießen Lunker, die von der ungleichmäßigen Kühlung der Wände des Kanals herrühren, in dem das Aluminium zu der Gußstange erstarrt. Man hat versucht, diese Porosität durch einen Walzprozeß mit höherem Reduktionsgrad zu beseitigen, um so eine ausreichende Kompression zum Schließen der Lunker zu erzeugen; aber eine derartige Kompression ruft so große innere Spannungen hervor, daß die Gefahr der Bildung

τ τ y y

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von Rissen besteht, insbesondere dort, wo sich die spröden eutektischen Ablagerungen konzentrieren. Aus diesem Grund hat man versucht/ eine Lösung dieses Problems zu finden, indem man für eine gleichmäßigere Kühlung auf dem Umfang der Kanalwände sorgt. Aber die praktischen Lösungen in dieser Richtung ergeben bedeutende Anhäufungen der eutektischen Phase-.an-der Oberfläche, wodurch sich während des nachfolgenden Walzens Risse bilden· Umgekehrt zeigen die möglichen Lösungen,, um solche Konzentrationen, der eutektischen Phasen· während der Yerfestigung zu vermeiden, sich von solcher Art, daß die Lunker im. Metall während der Erstarrung nicht beseitigt werden können.

In dieser Hinsicht bleibt also das Problem, das durch Walzen einer Gußstange erzeugte Produkt qualitativ zu verbessern, ungelöst.:

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur wirtschaftlichen Herstellung langer dünner Aluminiumprodukte mit hohen Gebrauchswerteigenschaften.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anhäufungen der eutektischen Phase an der Oberfläche während der Erstarrung des Aluminiumgießstranges zu reduzieren«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nunmehr dadurch gelöst, daß die Gußstange zwischen dem kontinuierlichen Gieövorgang und dem Walzen einer kontinuierlichen Extrusion unterzogen wird.

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Eine Extrusion, wie sie derzeit zum Formen langer dünner Produkte mit einem gewünschten Querschnittsprofil, ausgehend von gegossenen Blöcken, bekannt ist, erfordert, die Blöcke zu homogenisieren und die eutektischen Anhäufungen an der Oberfläche der Blöcke mit mechanischen Mitteln zu beseitigen, damit man am Ausgang der Extrusionspresse eine ausreichend rationelle Geschwindigkeit erhält. Eine Stange, die mit üblichen kontinuierlichen Gießverfahren gewonnen wird, z, B. mit Hilfe eines Gießrades, zeigt eine viel geringere Heterogenität als ein gegossener Block, und es stellt sich nun heraus, daß eine solche Stange ohne die üblichen. Vorbehandlungendirekt extrudiert werden kann und dies mit ausreichend hoher Geschwindigkeit, so daß man die Stange nach dem Verlassen des Gießrades mit ihrer normalen Betriebsgeschwindigkeit z-uführen kann, folglich ist eine kontinuierliche Extrusion am Ausgang der kontinuierlichen Gießmaschine mit den normalen praktischen Geschwindigkeiten möglich* IMd gerade bei diesem Extrusionsvorgang wird das Metall durch; die. Wechselwirkung von Geschwindigkeit und "Druck sehr weit in.den Bereich der plastischen Deformation gebracht, so daß die heterogene dendritenartige poröse Struktur mit ihren Anhäufungen von Eutektikum zerstört wird, und die erzielte Struktur ist einer/durch Homogenisieren nach dem Heißwalzen erreichten ähnliche

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,- daß"'die'kontinuierliche Extrusion als eine Extrusion durch Reibung vorgenommen wird. Im Sinne der Erfindung ist auch, daß die Extrusionsdüse die Porm eines flachen Rechtecks hat und der Querschnitt der Extrusions du se größer ist als der Querschnitt der Gußstange, -

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Erfindungsgemäß ist ebenfalls, daß das kontinuierliche Gießen in einem Gießrad vorgenommen wird, dessen Felge eine Rille aufweist, die mit einem flexiblen Band abgedeckt ist, um so einen Kanal für die Verfestigung zu. bilden, in dem die Kühlung auf der Bandseite gegenüber derjenigen auf der Felgenseite verzögert wird, ausgenommen einen Wasserstrahl, der am Eingang zn dem Verfestigungskanal auf das Band gerichtet wird. ^:

Vorzugsweise ist das verwendete Aluminium eine Al-Mg-Si-Legierung für elektrischen Leitungsdraht,

Als zweckmäßig hat es sich auch gezeigt, wenn die kontinuierliche Extrusion einer Abschreckung auf eine Temperatur unter 260 ⁰C vorausgeht, während welcher das Aluminium zu Walzdraht gewalzt wird^ Vorteilhaft ist es aber auch, wenn die kontinuierliche Extrusion einem rein thermischen Abschreckschritt auf eine temperatur unter 260 ⁰C vorausgeht, auf welchen ein thermomechanischer Schritt folgt, in dem das Aluminium bei einer Temperatur im Bereich von 130 ⁰G bis 260 ⁰G bearbeitet wird und danach vor einer etwaigen späteren Bearbeitung einer Alterung unterzogen wird.

Die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt zweckiaäßigerweise in Flußrichtung der Reihe nach eine kontinuierlich arbeitende Gießmaschine zur Herstellung einer Gußstange, eine kontinuierliche Extrusionspresse und ein kontinuierliches Walzwerk, Die kontinuierliche Gießmaschine ist vorzugsweise ein kontinuierliches Gießrad. Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die kontinuierliche Estrusionspresse,ein Friktionsrad umfaßt.

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Das Verfahren ist zudem sehr rationell, weil es ein kontinuierlicher Prozeß ist, ausgehend von der Metallschmelze, die nach der notwendigen Abkühlung nicht neu erhitzt werden muß, was sonst für die Zwischenbehandlung des gegossenen Produkts vor der Extrusion erforderlich ist. Für die Extrusion wird die im verfestigten Metall noch vorhandene Wärme

ausgenützt ohne eine wesentliche Erhitzung· Doch kann eine Zwischenerhitzung zwischen dem Auslaß der kontinuierlichen Gießmaschine und dem Eintritt in das Estrusionswerkzeug vorgenommen werden, um eine ideale Eingangstemperatur zu erreichen,, je nach der Zusammensetzung der Legierung, den verwendeten Abmessungen und den anderen Parametern des Extrusionssystems·

Ein sehr wesentlicher Vorzug der Erfindung liegt in der Tatsache,, daß das Profil des.estrudierten Produkts frei gewählt werden kann; das bedeutet, daß die Eingangsform für den nachfolgenden Walzvorgang wählbar ist». Demzufolge kann das Verfahren weitgehend ohne Rücksicht auf die geometrische Gestalt des Endprodukts angewandt werden und kann speziell zur Herstellung flacher Bänder benützt werden, das sind Endprodukte mit einem Querschnitt, der doppelt 3o lang.wie breit ist* Das Produkt kann nach dem Walzen auch die Form von Walzdraht mit runden Querschnitt haben mit einem Durchmesser von allgemein zwischen 5 und 22 mm, in den meisten Pailen zwischen 7 und 12 mm.

Ausführungsbeispiei

Die. Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

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Fig. 1: die Extrusionspresse, die vorzugsweise zur Ausübung der Erfindung verwendbar ist;

Pig· 2: ein Gießrad, wie es für die Erfindung verwendbar ist;

Fig· 3: eine Schnittansicht nach, der Linie A-A der Fig. 2, die die Felge des Gießrades veranschaulicht·

Die kontinuierliche. Extrusion wird beispielsweise mit dem Verfahren durchgeführt, das unter dem Hamen."Conforme Extrusion" bekannt ist und das in den ÜS-PSen 3 765 216 und 4 101 253 im Detail beschrieben ist* Das Verfahren ist in Fig* 1 skizziert» Die für das Verfahren verwendete Vorrichtung umfaßt ein Friktionsrad 1 mit einem Durchmesser von 450 mm, das sich, mit etwa 55 U/min dreht« Der Umfang dieses Rades hat eine. Rille 2, die auf einem Winkel «C (im allgemeinen etwa 100°) des üisfangs mit einer Abdeckung 3 zugedeckt ist, so daß ein Kanal 4 gebildet ist, der in' eine Extrusions düse 5- mündet. Die Grußstange 6 wird tangential auf das Rad und- in Richtung des Pfeils 7 zum Eingang des Extrusionskanals geleitet. Die Reibung des Rades mit der Gußstange 6 erzeugt Wärme und läßt in dem Kanal 4 einen Druck entstehen, so daß das Aluminium durch die Extrusions— düse 5 in Richtung des Pfeils 8 in Form eines langen, dünnen Produktes herausgepreßt wird, dessen Querschnitt der Form der Extrusions düse. 5 entspricht». Dieses Verfahren wird nachstehend als «Extrusion durch Reibung" bezeichnet.

Ss ist z. B* möglich, die Gußstange 6 aus Al-Mg-Si-Legierung mit Hilfe eines bekannten Gießrades zu formen, das eine

Stange mit einem Querschnitt von 2100 mm herstellt, die

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das Rad mit einer Geschwindigkeit von 12m/min und mit einer Temperatur von 500 ⁰C verläßt» Diese Stange wird unmittelbar zum Einlaufende des Friktionsrades. 1 geleitet, in dem sie zu einer Querscimittsflache von 1000 mm extrudiert wird. Danach wird das Metall mit einer Reduktion von.20 % pro Stich auf einen Durchmesser von 9»5 mn gewalzt»

Vorzugsweise wird die Stange mit einer möglichst geringen Heterogenität und Porosität gegossen» Ein Weg, dieses Ziel zu erreichen, kann die Verwendung- eines kontinuierlichen Gießrades 11 (Pig· 2 und 3) sein, das an seiner PeIge auf dem ganzen Umfang eine Rille 12 haty die auf ihrem, größten Teil mit einem metallischen endlosen Band 13 überdeckt ist, so daß ein Kanal 14 für die Verfestigung gebildet__ist*. Das Band 13 läuft geführt von Rollen 15, 16, 17 und 18 mit der gleichen linearen Geschwindigkeit (in Richtung des Pfeils 19) wie die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades 11* Das flüssige Metall wird in einen Trichter 20 gegossen und die erstarrte Stange 21 verläßt das Rad in Pfeilrichtung 22·· Die Innenfläche- und die Seitenflächen der felge werden durch Spritzwasser gekühlt, das aus einigen Düsen kommt, die auf einem Kreisbogen 23 an der Innenseite des Gießrades.11 angeordnet sind, wie im einzelnen in Pig«: 2 und 3 gezeigt. Die mit dem Band 13 abgedeckte Außenseite wird ebenfalls mit Spritzwasserstrahlen, die aus Düsen kommen, gekühlt, wobei diese Düsen auf Kreisbögen 24 und 25 angebracht sind,, wie dies in der Technik des kontinuierlichen Gießens bekannt ist. Bei gleicher Kühlung auf der Seite der Pelge und auf der Seite des Bandes 13 kühlt sich die letztgenannte Seite rascher ab, weil das Band 13, das flexibel sein muß, viel dünner ist. Unter diesen Verhältnissen bilden sich Lunker als Folge einer ungleichmäßigen Abkühlung· Dies ist der Grund, warum der Kühlumfangsbogen, welcher, durch die Kreis-

im V U 1 W y

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bögen 24, 25 gebildet ist, auf der Bandseite um einen Winkel ß gegen den Kühlbogen, der durch den Kreisbogen 23 definiert ist, auf der Felgenseite versetzt ist, damit man eine gleichmäßigere Abkühlung erhält« Dieser Versetzwinkel kann durch Verschieben des Kreisbogens 24 zum Kreisbogen 25 in Richtung der Pfeile 26 eingestellt werden und er kann für jeden speziellen Pail in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und. dem.Querschnitt der Stange, der Zusammensetzung der legierung, der Temperatur . usw» justiert werden« Ss ist jedoch notwendig, daß sich unmittelbar und ganz am Eingang zum Gießkanal and auf der Bandseite ein genügend dicker Aluminiumfilm bildet, damit während der Erstarrung nicht die eutektischen Verbindungen durch diesen Film zur Oberfläche geschoben werden können.. Dieses Schieben durch den anfänglichen Film hindurch ist nämlich für die hohe Konzentration eutektischer Verbindungen auf der Bandseite der Oberfläche verantwortlich. Um gleich zu Beginn diesen ausreichend dikken Film zu formen,, ist das Kühlsystem an der 3andseite noch mit einer Düse 27 ausgestattet, die gleich am Beginn des Kanals 14 zur Verfestigung dient. Der aus dieser Düse 27 austretende Wasserstrahl ist so eingestellt, daß man einen genügend dicken Film erhält,., ohne jedoch die Abkühlung auf der Bandseite mit derjenigen auf der anderen Seite, aus dem Gleichgewicht zu bringen,

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem Prozeß zur Herstellung von Walzdraht aus einer Al-Mg-Si-Legierung für elektrischen Leitungsdraht, d. h. einer Legierung mit 0,3 bis 0,9. % Magnesium, 0,25 bis 0,75 % Silicium, 0 bis 0,6 % Eisen und dem Rest Aluminium und Verunreinigungen, angewandt. Bei einer solchen Legierung geht die kontinuierliche Extrusion einer Abschreckung auf eine Temperatur

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unter 260 ⁰C voraus und während dieser Abschreckung wird das Aluminium zu dem Walzdraht ausgewalzt. Die kontinuierliche Extrusion kann auch vor einem nur thermischen Abschreckschritt durchgeführt werden, d. h. einer Abschreckung auf eine Temperatur unter 260 ⁰C ohne irgendeine mechanische Bearbeitung, worauf ein zweiter thermomechanischer Schritt folgt, bei dem das Aluminium bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 260 ⁰G bearbeitet und anschließend vor einer etwaigen späteren Bearbeitung einer Alterung unterzogen wird. Der zweite Schritt folgt vorzugsweise unmittelbar auf den ersten in dem gleichen kontinuierlichen Ablauf. In vorausgegangenen Patentanmeldungen des gleichen Erfinders (LU 80.656 und LTJ. 83· 249) ist dargelegt worden, daß eine solche Behandlung, bei der der Abschreckung eine Heißbearbeitung unter einer möglichst hohen Temperatur, vorzugsweise über 470 °€, und mit einer möglichst geringen Abkühlung vorgeschaltet ist, um ein Maximum an Legierungsbestandteilen vor dem Abschrecken in Lösung zu halten, eine- sehr vorteilhafte metallographische Struktur ergibt. Ein solcher Heißbearbeitungsschritt kann in der Porm der im erfindungsgemäßen Yerfahren enthaltenen Estrusion durchgeführt werden«. Dies ist sehr günstig,, weil dies ein Bearbeitungsschritt ist, bei dem das Metall nicht abkühlt, sondern im Gegenteil erwärmt wird. Und dabei werden auch noch die Vorteile der vorliegenden Erfindung ausgenützt.

Es sei bemerkt, daß der Hauptzweck des Extrusionsvorganges darin liegt, die metallographisdhe Struktur des Aluminiums zu verbessern, und nicht unbedingt darin, den Querschnitt der Grußstange, die in die kontinuierliche Extrusionspresse einläuft, zu reduzieren» !fach Wunseh kann der Querschnitt der Extrusionsdüse größer gemacht werden als der Querschnitt der Gußstange.. Dieses Querschnittsverhältnis kann mit der günstigsten Auslauf- und Einlauf geschwindigkeit und dem

4. V U γ τ υ

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Querschnitt des Metalls am Ende des Gießrades bzw, am Eingang des Walzwerkes abgestimmt werden·

Das für die vorliegende Erf indung verwendete Metall kann reines Aluminium oder auch eine Aluminiinnlegierung sein, d« h·, eine legierung, in der Aluminium der überwiegende Bestand teiX ist» Solehe Metalle sind hier unter der allgemeinen Bezeichnung "Almainirm" zusammengefaßt.

Im Sahmen der Erfindung können andere Varianten und Äquivalente aus der Beschreibung abgeleitet werden·

Claims (4)

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   Erf indungsanspruch

   1« ' ;' 'Terfahren zur Herstellung eines langen,

   dünnen Aluminiumproduktes, das ein kontinuierliches Gießen zu einer Stange und danach ein kontinuierliches Walzen der Gußstange umfaßt, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem kontinuierlichen Gießen and dem Walzen die Gußstange (6) einer kontinuierlichen Extrusion unterzogen wird·

   2« Terfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kontinuierliche Extrusion als eine Extrusion durch Reibung Torgenommen wird.
2. 3. Terfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Extrusionsdüse (5) die Form eines flachen Rechtecks hat, · ' '

   4· Terfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnitt.der Extrusionsdüse (5) größer ist als der Querschnitt der Gußstange (6)«

   5« Terfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das kontinuierliche Gießen in einem Gießrad (11) vorgenommen wird, dessen Felge eine Rille (12) aufweist, die mit einem flexiblen Band (13) abgedeckt ist, um so einen Kanal (14) für die Terfestigung su bilden, in dem die Kühlung auf der Bandseite gegenüber derjenigen auf der Felgenseite verzögert wird, ausgenommen einen Wasserstrahl, der am Eingang zu dem Terfestigungskanal auf das Band (13) gerichtet wird.

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   β, Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Aluminium eine Al-Mg-Si-Legierung für elektrischen Leitungsdraht ist·

   7» Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die kontinuierliche Extrusion einer Abschreckung auf eine Temperatur unter 260 ⁰G vorausgeht, während welcher das Aluminium zn Walzdraht gewalzt wird»
4. 8. Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die kontinuierliche Extrusion einem rein thermischen Abschrecksehritt auf eine -Temperatur unter 260 ⁰G vorausgeht, auf welchen ein thermoinechanischer Schritt folgt, in dem das Aluminium bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 260 ⁰C bearbeitet wird und danach vor einer etwaigen späteren Bearbeitung einer-Alterung unterzogen wird·

   9» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Punkte 1 bis 8, die in. Laufrichtung der.Beine nach eine kontinuierliche Gießmaschine zur Erzeugung einer Gußstange und ein kontinuierliches Walzwerk aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der kontinuierlichen Gießmaschine und dem Walzwerk eine kontinuierliche Estrusionspresse zwischengeschaltet ist,

   10* Vorrichtung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß die kontinuierliche Extrusionspresse ein Had für eine Extrusion durch Reibung ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen