DE10052423C1 - Verfahren zum Erzeugen eines Magnesium-Warmbands - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen eines Magnesium-Warmbands

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Magnesium-Warmbands, bei dem eine Schmelze aus einer Magnesium-Legierung kontinuierlich zu einem Vorband mit einer Dicke von höchstens 50 mm vergossen wird, und bei dem das gegossene Vorband direkt aus der Gießhitze bei einer Warmwalzanfangstemperatur mindestens 250 DEG C und höchstens 500 DEG C zu einem Warmband mit einer Enddicke von höchstens 4 mm warmgewalzt wird, wobei im ersten Stich des Warmwalzens eine Dickenreduktion von mindestens 15% erzielt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich bei vermindertem Herstellungsaufwand Magnesiumbleche mit verbesserter Umformbarkeit erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Warmband aus Magnesium-Knetlegierungen. Magnesium ist das Metall mit der geringsten Dichte, hat Festigkeitseigenschaften ähnlich dem Aluminium und könnte dieses als Leichtbauwerkstoff substituieren. Eine wesentliche Voraussetzung für ein Vordringen von Magnesium als Leichtbauwerkstoff ist allerdings die Verfügbarkeit kostengünstiger Blechwerkstoffe. Magnesium- Bleche sind derzeit nur in geringen Mengen und zu hohen Preisen auf dem Markt. Dies erklärt sich aus dem großen Aufwand, der beim Warmwalzen von Blechen oder Band aus Magnesium-Knetlegierungen nach dem aktuellen Stand der Technik aufzubringen ist. Dieser wird ausführlich im Magnesium Taschenbuch (Aluminium-Verlag Düsseldorf, 2000, 1. Aufl., S. 425 bis 429) beschrieben. Ein Grundproblem beim Warmwalzen von Blechen aus Mg-Knetlegierungen besteht darin, daß das gängige Ausgangsmaterial aus Block- bzw. Strangguß grobkörnig und porös erstarrt, zudem starke Seigerungen und grobe Ausscheidungen enthält. Die Gußblöcke werden vielfach einer Homogenisierungsglühung unterworfen und dann bei Temperaturen zwischen rd. 200 und 450°C warmgewalzt. Diese Vorgaben erfordern meist ein zum Teil mehrmaliges Zwischenwärmen des Walzgutes, weil sonst Ausfälle infolge Rißbildung entstehen.
Es ist versucht worden, die Verformbarkeit und die Eigenschaften eines warmgewalzten Magnesium-Blechs durch Erzeugung geeigneter Vormaterialien zu verbessern, aus denen anschließend das Warmband gewalzt wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der US 5,316,598 bekannt. Gemäß dem bekannten Verfahren läßt man ein bei Temperaturen von 150-275°C verpreßtes Magnesium-Pulver schnell erstarren. Durch Extrudieren oder Schmieden wird aus diesem Block ein Vormaterial erzeugt, welches anschließend zu einem Blech mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm gewalzt. Die Walztemperaturen liegen dabei zwischen 200°C und 300°C. Das so erhaltene Magnesium-Warmband weist superplastische Eigenschaften auf und besitzt bei Raumtemperatur eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit in Walzrichtung.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß für die Herstellung des Vormaterials zunächst ein Magnesiumpulver erzeugt, daß dieses Pulver verpreßt und daß anschließend eine beschleunigte Abkühlung durchgeführt werden muß. Der damit verbundene apparative und personelle Aufwand führt zu hohen Herstellkosten. Zudem zeigt sich, daß die Umformung des Vormaterials im Zuge des Warmwalzens trotz der aufwendigen Erzeugung des Vormaterials schwierig zu beherrschen ist.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der JP 06293944 A ein Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumblechs bekannt, bei dem zunächst aus einer 0,5-1,5% REM, 0,1-0,6% Zirkon, 2,0-4,0% Zink und als Rest Magnesium enthaltenden Schmelze eine Bramme gegossen wird. Diese Bramme wird anschließend in zwei Stufen warmgewalzt, wobei in der zweiten Stufe des Warmwalzens die Walztemperaturen zwischen 180-230°C, vorzugsweise 180-200°C liegen und eine Gesamtverformung von 40-70%, vorzugsweise 40-60% erreicht wird. Das so erhaltene Band soll eine gute Verformbarkeit besitzen. Das zweistufig erfolgende Warmwalzen macht jedoch ebenfalls den Walzprozeß und die dabei zu beachtende Temperaturführung aufwendig und schwer beherrschbar.
Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich bei vermindertem Herstellungsaufwand Magnesiumbleche mit verbesserter Umformbarkeit erzeugen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Magnesium-Warmbands gelöst, bei dem eine Schmelze aus einer Magnesium-Legierung kontinuierlich zu einem Vorband mit einer Dicke von höchstens 50 mm vergossen wird und bei dem das gegossene Vorband direkt aus der Gießhitze bei einer Warmwalzanfangstemperatur von mindestens 250°C und höchstens 500°C zu einem Warmband mit einer Enddicke von höchstens 4 mm warmgewalzt wird, wobei im ersten Walzstich des Warmwalzens eine Dickenreduktion von mindestens 15% erzielt wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Vorband mit einer Dicke von bis zu 50 mm gegossen, welches aufgrund seiner geringen Dicke schnell abkühlt und infolgedessen ein verbessertes, feinkörniges und porenarmes Gefüge besitzt. Mikro- und Makroseigerungen sind in diesem Zustand auf ein Minimum reduziert. Auch liegen ggf. vorhandene Primärausscheidungen in feiner, gleichmäßig verteilter Form vor, wodurch die Ausbildung eines feinen Walzgefüges weiter unterstützt wird. Die so erzielte besonders feinkörnige Gefügestruktur begünstigt die Umformbarkeit während des nachfolgend durchlaufenen Warmwalzens, indem sie die für die weitere Umformung günstige Entfestigung erleichtert. Weiter unterstützt wird die Ausbildung eines feinen Gefüges durch die im ersten Warmwalzstich erreichte Dickenreduktion von mindestens 15%. Durch das schon im Gußzustand vorhandene und im Walzprozeß weiter verfeinerte Gefüge wird im Ergebnis ein Magnesium-Blech erhalten, dessen Gebrauchseigenschaften gegenüber herkömmlich erzeugten Blechen erheblich verbessert ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß angewendeten kontinuierlich erfolgenden Gießens von Vorbändern aus Magnesium-Werkstoff mit anschließendem, aus der Gießhitze erfolgenden Walzen besteht darin, daß der bisher beim Herstellen von Magnesium-Blechen in Kauf zu nehmende Schrottanteil erheblich vermindert ist. Durch Verwendung einer geeigneten Umschmelz- und Gießtechnik ergibt sich zudem eine weitgehende Unabhängigkeit bei der Beschaffung des Ausgangsmaterials. Darüber hinaus ist der Energiebedarf bei der erfindungsgemäß angewendeten Gießwalztechnik minimiert und eine große Flexibilität hinsichtlich des Spektrums der erzeugten Produkte gewährleistet.
Besonders wirtschaftlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch durchführen, daß das Vorband direkt aus der Gießhitze heraus warmgewalzt wird. Abhängig von den Eigenschaften der verarbeiteten Legierung und den apparativen Gegebenheiten kann es auch günstig sein, die Walzanfangstemperatur des Vorbandes im Zuge eines vor dem Warmwalzen durchgeführten Temperaturausgleichs einzustellen. Durch diesen Temperaturausgleich wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Vorband und eine zusätzliche Gefügehomogenisierung erreicht.
Eine Oxidation der Bandoberfläche und die Entstehung von unerwünschten Oxiden im Gefüge kann sicher dadurch vermieden werden, daß das Vergießen der Schmelze in einer geeignet ausgebildeten Erstarrungseinrichtung unter Schutzgas erfolgt.
Die Gefügeausbildung kann weiter begünstigt werden, wenn die Dickenreduktion im ersten Walzstich des Warmwalzens mindestens 20% beträgt.
Um die Verformbarkeit des Bandes während des Warmwalzens sicherzustellen, sollte die Warmwalzanfangstemperatur mindestens 250°C betragen.
Die schon beim erfindungsgemäß erzeugten Vorband vorhandene gute Verformbarkeit ermöglicht es, das Warmband nach dem ersten Stich kontinuierlich in mehreren Stichen auf Enddicke fertigzuwalzen. Eine Erwärmung zwischen den einzelnen Walzstichen ist aufgrund der entstehenden Umformwärme nicht erforderlich.
Steht eine Walzstraße zum Fertigwalzen des Warmbandes nicht zur Verfügung, so läßt sich Magnesium-Warmband in der erfindungsgemäßen Weise auch dann herstellen, wenn das Warmwalzen in mehreren Stichen reversierend erfolgt.
Besteht beim Warmwalzen die Notwendigkeit, Stillstandzeiten zu überbrücken, in denen eine kontinuierliche Fortsetzung des Walzprozesses nicht möglich ist, so ist es günstig, wenn das Warmband mindestens nach dem ersten Stich auf einem warmen Haspel gehaspelt und auf der jeweiligen Umformtemperatur gehalten wird. Im Fall des revesierend durchgeführten Warmwalzens ist es vorteilhaft, das warmgewalzte Warmband zwischen jedem Walzstich auf einem warmen Haspel zu haspeln und bei der jeweiligen Umformtemperatur zu halten. Die Umformtemperatur, bei der das Warmband auf dem Haspel gehalten wird, liegt vorzugsweise bei mindestens 300°C.
Im Hinblick auf die Verformungseigenschaften und die gewünschte Dicke des fertig gewalzten Bandes sollte der beim Warmwalzen erzielte Gesamtumformgrad mindestens 60% betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bevorzugt unter Verwendung einer Magnesium-Knetlegierung durchführen, die bis zu 10% Aluminium, bis zu 10% Lithium, bis zu 2% Zink und bis zu 2% Mangan enthält. Zur Feinkornbildung im Erstarrungsgefüge kann ein Zulegieren von Zirkon oder Cer in Gehalten von jeweils bis zu 1% beitragen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die einzige Figur zeigt den schematischen Aufbau einer Gießwalzanlage 1 für Vorbrammendicken bis herunter auf 25 mm in einer Ansicht von oben.
Die Gießwalzanlage 1 umfaßt in Förderrichtung F hintereinander angeordnet einen Schmelzofen 2, eine Erstarrungseinrichtung 3, eine erste Treibereinrichtung 4, eine Schere 5, eine zweite Treibereinrichtung 6, einen Homogenisierungsofen 7, eine erste Haspeleinrichtung 8, einen dritten Treiber 9, ein Reversierwalzgerüst 10, einen vierten Treiber 11, eine vierte Haspeleinrichtung 12 und einen Rollgang 13.
Die Haspeleinrichtung 12 und der Rollgang 13 sind auf einer Plattform 14 aufgestellt, die quer zur Förderrichtung F derart verfahrbar ist, daß in einer ersten Betriebsstellung die Haspeleinrichtung 12 und in einer zweiten Betriebsstellung der Rollgang 13 am Ende des Förderwegs 15 eines in der Gießwalzanlage 1 erzeugten Magnesiumbandes angeordnet ist. In gleicher Weise sind der Homogenisierungsofen 7 und die Haspeleinrichtung 8 auf einer Plattform 16 angeordnet, so daß jeweils eine dieser Einrichtungen in einer ersten Betriebsstellung neben dem Förderweg 15 und in einer zweiten Betriebsstellung im Förderweg des zu erzeugenden Magnesiumbandes angeordnet ist. Zu Beginn der Erzeugung eines Magnesium-Warmbandes befinden sich der Homogenisierungsofen 7 und der Haspeleinrichtung 12 im Förderweg 15, während der Haspeleinrichtung 8 und der Rollgang 13 neben dem Förderweg 15 angeordnet sind.
Die Haspeleinrichtungen 8 und 12 sind mit hier nicht dargestellten Heizeinrichtungen ausgestattet, über die das auf den ebenfalls nicht gezeigten Haspeln jeweils gewickelte Band auf der jeweiligen Umformtemperatur gehalten werden kann, bis der nächstfolgende Walzstich durchgeführt wird.
Innerhalb der Erstarrungseinrichtung 3 wird unter einer Schutzgasatmosphäre eine Schmelze kontinuierlich unter Sauerstoffabschluß zu einem Vorband vergossen. Typische Legierungen dieser Schmelze sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben:
Tabelle 1
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von HP (high purity)-Magnesiumlegierungen erwiesen. Solche Legierungen enthalten beispielsweise weniger als 10 ppm Ni, weniger als 40 ppm Fe und weniger als 150 ppm Cu.
Das aus der Erstarrungseinrichtung 3 austretende, erstarrte Vorband wird mittels der Schere 5 geschopft und von den Treibereinrichtungen 4 und 6 auf dem Förderweg 15 durch den Homogenisierungsofen 7 gefördert. Dort findet ein Temperaturausgleich statt, im Zuge dessen eine gleichmäßig über den Querschnitt des Vorbands verteilte Walzanfangstemperatur eingestellt wird, welche im Bereich von 250-500°C liegt.
Das derart temperierte Vorband gelangt anschließend vom Treiber 9 gefördert in das Reversierwalzgerüst 10 und wird dort einem ersten Warmwalzstich unterzogen. Die dabei erreichte Dickenreduktion beträgt mindestens 15%. Das das Walzgerüst verlassende Warmband wird von der Haspeleinrichtung 12 gehaspelt und bei der für den nächsten Umformstich optimalen Umformtemperatur gehalten.
Nach Abschluß des ersten Walzstichs wird die Plattform 16 in die Betriebsstellung gebracht, in der die Haspeleinrichtung 8 im Förderweg 15 steht. Anschließend wird das Warmband in mehreren Stichen auf seine Enddicke von weniger als 4 mm gewalzt, wobei es jeweils wechselweise durch die Haspeleinrichtungen 8 bzw. 12 aufgewickelt und bei der jeweiligen Umformtemperatur gehalten wird. Letzter liegt dabei jeweils oberhalb von 250°C.
Vor dem letzten Walzstich wird die Plattform 14 in diejenige Betriebsstellung bewegt, in welcher der Rollgang 13 am Ende des Förderweges 15 angeordnet ist. Das nach dem letzten Stich das Reversierwalzgerüst 10 verlassende, fertig gewalzte Magnesium-Warmband wird über den Rollgang 13 der Weiterverarbeitung zugeführt.
Typische Eigenschaften der in der beschriebenen Weise in der Gießwalzanlage 1 aus den in Tabelle 1 angegebenen Legierungen erzeugten Magnesium-Warmbänder bei Raumtemperatur sind in Tabelle 2 angegeben. Die Blechdicke lag jeweils zwischen 1,2 und 1,5 mm.
Tabelle 2
Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäß erzeugten Bänder eine feine Gefügestruktur und, dadurch bedingt, eine hervorragende Verformbarkeit besitzen. So ist festgestellt worden, daß die Eigenschaften erfindungsgemäß erzeugter Bleche um mindestens 20% besser sind als die jeweiligen Eigenschaften konventionell erzeugter Bleche.
BEZUGSZEICHEN
F Förderrichtung
1
Gießwalzanlage
2
Schmelzofen
3
Erstarrungseinrichtung
4
Treibereinrichtung
5
Schere
6
Treibereinrichtung
7
Homogenisierungsofen
8
Haspeleinrichtung
9
Treiber
10
Reversierwalzgerüst
11
Treiber
12
Haspeleinrichtung
13
Rollgang
14
Plattform
15
Förderweg
16
Plattform

Claims (11)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Magnesium-Warmbands
bei dem eine Schmelze aus einer Magnesium-Legierung kontinuierlich zu einem Vorband mit einer Dicke von höchstens 50 mm vergossen wird, und
bei dem das gegossene Vorband direkt aus der Gießhitze bei einer Warmwalzanfangstemperatur mindestens 250°C und höchstens 500°C zu einem Warmband mit einer Enddicke von höchstens 4 mm warmgewalzt wird, wobei im ersten Stich des Warmwalzens eine Dickenreduktion von mindestens 15 % erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergießen der Schmelze unter Schutzgas erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorband vor dem Warmwalzen im Zuge eines Temperaturausgleichs auf die Warmwalzanfangstemperatur gebracht wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenreduktion im ersten Walzstich des Warmwalzens mindestens 20% beträgt.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband nach dem ersten Stich kontinuierlich in mehreren Stichen auf Enddicke fertiggewalzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzen in mehreren Stichen reversierend erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband mindestens nach dem ersten Stich auf einem warmen Haspel gehaspelt und auf Umformtemperatur gehalten wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das reversierend warmgewalzte Warmband zwischen jedem Walzstich auf einem warmen Haspel gehaspelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß, die Umformtemperatur, bei der das Warmband auf dem Haspel gehalten wird, mehr als 300°C beträgt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Warmwalzen erzielte Gesamtumformgrad mindestens 60% beträgt.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium-Legierung eine Knetlegierung mit bis zu 10% Aluminium, bis zu 10% Lithium, bis zu 2% Zink, bis zu 2% Mangan, bis zu 1% Zirkon und bis zu 1% Cer ist.
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