DE102010031058A1

DE102010031058A1 - Metallischer Profildraht mit Rekristallisationswürfeltextur und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE102010031058A1
Application number: DE201010031058
Authority: DE
Inventors: Jörg Eickemeyer; Albert Güth; Dirk Seifert; Jens Freudenberger; Bernhard Holzapfel
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-01-12
Also published as: EP2591131A1; WO2012004262A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialwissenschaft und betrifft einen metallischen Profildraht aus polykristallinen Metallen mit Rekristallisationswürfeltextur der beispielsweise als Substrat für Schicht-Supraleiter in supraleitenden Magneten, genutzt werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen metallischen Profildraht auf dessen Oberfläche Puffer- und Supraleiterschichten orientiert aufwachsen können und ein vergleichsweise kosteneffizienteres Verfahren anzugeben, Die Aufgabe wird gelöst durch einen Profildraht, der im Bereich der senkrecht zueinander orientierten Oberflächen und/oder über seinen Querschnitt eine Rekristallisationswürfeltextur aufweist, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen parallel zur Drahtlängsachse und senkrecht zu den Oberflächen orientiert sind. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, bei dem ein Band aus polykristallinem kubisch-flächenzentriertem Metall mittels Kaltziehen zu Profildraht verarbeitet wird, wobei durch das Kaltziehen ausschließlich eine Gesamtbreitenreduktion des eingesetzten Ausgangsbandes von &egr;b,ges ≥ 80% realisiert wird, die Dicke des eingesetzten Banderzeugnisses im Wesentlichen nicht verändert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialwissenschaft und betrifft einen metallischen Profildraht aus polykristallinen Metallen mit kubisch flächenzentriertem Gitter, wie Nickel, Kupfer, Gold, Silber oder aus deren Legierungen, wobei das Gefüge die Rekristallisationswürfeltextur aufweist, und sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Profildrahtes, der beispielsweise als Substrat für metallische oder keramische Beschichtungen geeignet ist, wie sie auf dem Gebiet der Supraleitung für Schicht-Supraleiter derzeit lediglich auf Bändern angewendet werden, die in supraleitenden Magneten, Transformatoren, Motoren, Tomographen oder supraleitenden Strombahnen oder Kabeln genutzt werden. Darüber hinaus kann ein solcher Textur-Profildraht im Falle eines Einsatzes von ferromagnetischen Metallen und/oder Legierungen für magnetische Anwendungen benutzt werden.
Bekannt ist, dass polykristalline Metalle mit kubisch-flächenzentriertem Gitter, wie Nickel oder Kupfer und auch Legierungen dieser Metalle, nach vorausgegangener starker Kaltumformung durch Walzen von Blechen oder Bändern bei der nachfolgenden Rekristallisation eine ausgeprägte Textur mit Würfellage (Rekristalliationswürfeltextur) ausbilden können (G. Wassermann: Texturen metallischer Werkstoffe, Spinger, Berlin, 1939; H. Hu u. a.: Trans. ASM 224(1962)96–105). Die grundlegenden Arbeiten (W. Köster: Z. Metallkde. 18(1926)112–116) und auch die weiter führenden Untersuchungen (R. D. Doherty u. a.: Mater. Sci. Eng. A257(1998)18–36) wurden durch Bandwalzen mit anschließender Glühbehandlung durchgeführt. Auf diese Weise durch Walzen und anschließendes Glühen (Rekristallisationsglühung) mit einer Rekristallisationswürfeltextur versehene Metallbänder, insbesondere Nickel- und Silberbänder, werden seit mehr als 10 Jahren auch als Unterlage für metallische Überzüge, keramische Pufferschichten und keramische Supraleiterschichten benutzt (A. Goyal u. a.: US 5,741,377 A , 1998). Dabei dient die Rekristallisationswürfeltextur als Basis für ein kristallorientiertes Aufwachsen der abgeschiedenen Schichten auf dem Bandsubstrat.
Um eine möglichst vollkommene Rekristallisationswürfeltextur zu erhalten, werden beim Kaltwalzen Umformgrade aufgebracht, die zum Teil über 99% Dickenreduktion betragen, mindestens aber etwa 80%. Andere Formgebungsverfahren als das Walzen spielen bei der Herstellung von Metallbändern mit Würfeltextur derzeit in der Praxis keine Rolle. Zwischenzeitlich wurde allerdings nachgewiesen, dass auch die Umformung von Bandmaterial durch Ziehen bei der nachfolgenden Rekristallisationsglühbehandlung zur Rekristallisationswürfeltextur führen kann (J. Eickemeyer u. a.: B. Sächsische Fachtagung Umformtechnik, 04.–05.12.2001, TU Bergakademie Freiberg/Sa., S. 99–106). Es ist auch gezeigt worden, dass ausgehend von Drähten mit kreisrundem Querschnitt Flachdrähte mit Rekristallisationswürfeltextur auf diese Weise hergestellt werden können (J. Eickemeyer u. a.: DE 103 39 867 A1 , 2007).
Es ist auch bekannt, dass die Wechselstromverluste in den Schichtsupraleitern auf breiten Bändern höher sind, als auf schmalen Bändern. Die Bänder sind üblicherweise 30- bis 100-fach breiter als dick. Als günstigster Fall wird jedoch die Beschichtung eines runden Substratdrahtes angesehen oder eines Substrates dessen Querschnittsabmessungen ein Seitenverhältnis nahe eins hat (A. Goyal und M. P. Paranthaman, http://www.htspeerreview.com, Superconductivity for Electric Systems 2008 Annual Peer Review, July 29–31, 2008). Aus diesem Grund werden Anstrengungen unternommen, einkristalline Saphirfasern, die als optische Fasern in der Telekommunikation eingesetzt werden, als Substrat für Schichtsupraleiter zu qualifizieren.
Aus dem gleichen Grund wurde auch versucht, aus gewalztem Band von 80 μm Dicke ein Rohr mit einem Durchmesser von 1,8 mm herzustellen und mit einem Hochtemperatur-Supraleiter (YBCO) zu beschichten (C. Millon u. a., IEEE/CSC & ESAS European Superconductivity News Forum, No. 9, July 2009). Dieser Versuch wurde vor allem unternommen, weil ein texturierter Draht mit Würfeltextur als Übertragungselement für den elektrischen Strom mittels Schichtsupraleitern bis heute nicht zur Verfügung steht. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die Beschichtungsträger mit Rekristallisationswürfeltextur bisher nur in Form von Flachmaterial, wie Bandmaterial, gefertigt werden können. Obwohl seit mehr als einem Jahrzehnt der Bedarf an einem Draht mit Würfeltextur besteht, fehlt ein Verfahren zur Herstellung von Metalldrähten mit Würfeltextur (A. Goyal und M. P. Paranthaman, www.htspeerreview.com, Strategic-Substrate-Development-Coated-Conductors.pdf, August 4–6, 2009).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen metallischen Profildraht mit Rekristallisationswürfeltextur anzugeben, auf dessen Oberfläche Puffer- und Supraleiterschichten orientiert aufwachsen können, in denen die Energieverluste bei Wechselstromanwendungen geringer sind als in bandförmigen Leitern, und dabei ein vergleichsweise kosteneffizienteres Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Profildraht aus einem polykristallinen kubisch-flächenzentrierten Metall oder einer solchen Metalllegierung mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt weist im Bereich der senkrecht zueinander orientierten Oberflächen und/oder über seinen Querschnitt eine Rekristallisationswürfeltextur auf, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen parallel zur Drahtlängsachse und senkrecht zu den Oberflächen orientiert sind und wobei der Oberflächenanteil und/oder der Querschnittsflächenanteil mit Rekristallisationswürfeltextur mindestens 75% beträgt und die Abweichungen von der idealen Würfellage weniger als 15° betragen.
Vorteilhafterweise weist der gesamte Querschnitt eine Rekristallisationswürfeltextur auf, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen senkrecht zu den Oberflächen und parallel zur Drahtlängsachse orientiert sind und wobei die Abweichungen von der idealen Würfellage weniger als 15° betragen.
Ebenfalls vorteilhafterweise beträgt der Oberflächenanteil mit Rekristallisationswürfeltextur mindestens 90% und die Abweichungen von der idealen Würfellage sind geringer als 10°.
Weiterhin vorteilhafterweise ist bei einem Profildraht mit einem rechteckigen Querschnitt das Verhältnis der Seitenlängen kleiner als 5.
Und auch vorteilhafterweise sind die Kanten des Profildrahtes eingerundet oder der Profildraht ist zum Runddraht geformt, wobei mindestens die Hälfte der Oberfläche des Profildrahtes die Rekristallisationswürfeltextur aufweist und vier Texturpfade durchgängig in Längsrichtung des Drahtes verlaufen und auf dem Umfang im Abstand von jeweils etwa 90° vorliegen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das polykristalline kubisch-flächenzentrierte Metall Nickel, Kupfer, Gold, Silber oder eine Legierung auf der Basis dieser Metalle ist.
Ebenfalls vorteilhafterweise ist es, wenn das polykristalline kubisch-flächenzentrierte Metall Nickel oder eine Nickel-Legierung ist, die zusätzlich bis zu 0,5 Atomprozent Silber oder Yttrium oder bis zu 10 Atomprozent Wolfram enthält.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Profildraht aus einem polykristallinen kubisch-flächenzentrierten Metall oder einer solchen Metalllegierung mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt wird ein Band aus polykristallinem kubisch-flächenzentriertem Metall oder einer solchen Metalllegierung mit einer hochgradigen Umformung mittels Kaltziehen zu Profildraht verarbeitet, wobei durch das Kaltziehen ausschließlich eine Gesamtbreitenreduktion des eingesetzten Ausgangsbandes von ε_b,ges ≥ 80% realisiert wird, die Dicke des eingesetzten Banderzeugnisses im Wesentlichen nicht verändert wird, wodurch die Dicke des eingesetzten Banderzeugnisses im Wesentlichen der Dicke des kaltgezogenen Profildrahtes entspricht, und der kalt umgeformte Profildraht mindestens nach Erreichen der gewünschten Abmessung einer Glühung zur Erzeugung der Rekristallisationswürfeltextur unterworfen wird.
Vorteilhafterweise wird die Umformung des Ausgangsbandes zu Profildraht mit einem quadratischen oder einem Quadrat ähnlichen Querschnitt, oder bei dem die Umformung des Ausgangsbandes zu Profildraht mit einem rechteckigen oder einem Rechteck ähnlichen Querschnitt durchgeführt.
Weiterhin vorteilhafterweise werden zum Kaltziehen Werkzeuge eingesetzt, die hinsichtlich der Breitenreduktion einen Öffnungswinkel im Bereich von 2α = 8° bis 24°, noch vorteilhafter im Bereich von 2α = 12° bis 20°, und zum Konstanthalten der Dicke des Umformgutes einen Öffnungswinkel von 2β ≤ 6° oder 2β = 0 bis 6°, noch vorteilhafter 2β ≤ 3° oder 2β = 0 bis 3°, aufweisen.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird eine Umformung durchgeführt, bei der die Gesamtbreitenreduktion ε_b,ges ≥ 90% beträgt.
Und auch vorteilhafterweise wird der Ziehvorgang von Ziehstufe zu Ziehstufe stets in derselben oder in alternierender Richtung ausgeführt.
Von Vorteil ist es auch, wenn der Ziehvorgang, der über mehrere Ziehstufen realisiert wird, zur Gefügeentspannung zwischen zwei oder mehreren Ziehstufen für zusätzliche Wärmebehandlungen unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes unterbrochen wird.
Und ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der geglühte, mit Rekristallisationswürfeltextur versehenen Profildraht weiteren Umformungen und/oder Oberflächenbearbeitungen unterzogen wird, wobei in jedem Falle die dabei angewendete Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des eingesetzten Metalls gehalten wird.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Oberfläche des Profildrahtes vor und/oder nach der Rekristallisationsglühung elektrolytisch und/oder mechanisch poliert wird.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn der Profildraht nach der Glühung zur Erzeugung der Rekristallisationswürfeltextur durch weitere Kaltwalz- oder Kaltziehumformungen hinsichtlich seiner Querschnittsform verändert wird, wobei die Gesamtquerschnittsreduktion ε_ges geringer als 60% ist.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der geglühte und mit einer Rekristallisationswürfeltextur versehene Profildraht durch weiteres Kaltziehen einen kreisrunden oder einen dem Kreis ähnlichen Querschnitt erhält, wobei die Gesamtquerschnittsreduktion ε_ges geringer als 60% ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von metallischem Profildraht mit Rekristallisationswürfeltextur wird ausgehend von einem Bandmaterial aus polykristallinem kubisch-flächenzentriertem Metall oder einer solchen Legierung mittels Kaltziehen durch hochgradige Umformung über mehrere Ziehstufen, ein Profildraht mit einem im Wesentlichen quadratischen oder im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hergestellt, der erfindungsgemäß im Bereich der senkrecht zueinander orientierten Oberflächen und/oder über seinen Querschnitt eine Rekristalli-sationswürfeltextur aufweist, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen parallel zur Drahtlängsachse und senkrecht zu den Oberflächen orientiert sind und wobei der Oberflächenanteil und/oder der Querschnittsflächenanteil mit Rekristallisationswürfeltextur mindestens 75% beträgt und die Abweichungen von der idealen Würfellage weniger als 15° betragen.
Dabei ist für die Erfindung wesentlich, dass durch das Kaltziehen ausschließlich eine Breitenreduktion des eingesetzten Bandes von ε_b ≥ 80% realisiert wird und die Dicke des eingesetzten Banderzeugnisses im Wesentlichen nicht verändert wird. Die Besonderheit bei der Umformung besteht somit darin, dass das Ausgangsband, das um ein Vielfaches breiter als dick ist, allein in seiner Breite reduziert wird. Die Dicke bleibt dagegen in ihrer Abmessung im Wesentlichen unverändert. Es ist für die Erfindung ebenfalls wesentlich, dass bezüglich der Dickenebene, in der im Wesentlichen keine Abnahme erfolgt, vorteilhafterweise ungewöhnlich kleine Ziehwinkeln von 2β < 6° oder 2β = 0 bis 6°, noch vorteilhafter von 2β ≤ 3° oder 2β = 0 bis 3°, angewendet werden können.
Die eigentliche Kaltumformung geschieht als Breitenreduktion durch Gleitziehen mittels Profilziehsteinen mit Ziehwinkeln im Bereich von 2α = 8° bis 24°, vorteilhafterqweise 2α = 12° bis 20°, bezüglich der Bandbreite. Der Ziehvorgang kann sowohl in nur einer Richtung, als auch alternierend von Zug zu Zug in wechselnder Richtung durchgeführt werden. In den Ziehprozess können Zwischenglühungen als Erholungsglühungen eingefügt werden, wobei diese Wärmebehandlungen stets unterhalb der Rekristallisationstemperatur des eingesetzten Werkstoffes durchgeführt werden, bevor die abschließende Rekristallisationsglühung erfolgt. Der erfindungsgemäße fertige Profildraht, ein Profildraht mit quadratischem oder recheckigem Querschnitt, weist dann im Bereich der senkrecht zueinander orientierten Oberflächen und/oder über seine Querschnittsfläche eine Rekristallisationswürfeltextur auf, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen parallel zur Drahtlängsachse und senkrecht zu den Oberflächen orientiert sind und wobei der Oberflächenanteil und/oder der Querschnittsflächenanteil mit Rekristallisationswürfeltextur mindestens 75% ausmacht und die Abweichungen von der idealen Würfellage weniger als 15° betragen. Als Querschnittsfläche soll im Rahmen dieser Erfindung der Querschnitt senkrecht zur Drahtachse verstanden werden.
Weiterhin soll im Rahmen dieser Erfindung im Falle eines Querschnittsflächenanteiles mit Rekristallisationswürfeltextur verstanden werden, dass diese Querschnittsfläche auch über ein Volumen des Profildrahtes weitergeführt ist. Es muss jedoch nicht das gesamte Volumen des Profildrahtes betreffen. Mischformen zwischen Anteilen an Rekristallisationswürfeltextur auf der Oberfläche und dem Querschnitt sind erfindungsgemäß möglich und vorteilhaft. Sie müssen jedoch nicht über das gesamte Volumen des erfindungsgemäßen Profildrahtes vorkommen.
Obwohl das Verfahren des Drahtziehens ein altbekanntes Umformverfahren ist, ist der besondere Fall der Drahtumformung aus einem Band als Ausgangsmaterial, das im Wesentlichen nur in seiner Breite reduziert wird, offenbar bisher nicht von Interesse gewesen. Die Entwicklung der Umform- und der Glühtexturen in einem solchen Draht sind daher nicht untersucht worden und somit auch nicht bekannt. Wie der erfindungsgemäße Profildraht und das erfindungsgemäße Verfahren belegen, kann auf die beschriebene Weise ein Draht mit einer zweiachsig definierten Rekristallisationstextur, der Würfeltextur, erhalten werden. Diese Textur unterscheidet sich grundsätzlich von den einachsig definierten Fasertexturen, wie sie generell in Drähten auftreten.
Der Unterschied der erfindungsgemäßen Lösung zu anderen bekannten Lösungen besteht somit im Wesentlichen darin, dass als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Profildraht nunmehr von einem breiten Band ausgegangen wird, das im Wesentlichen allein in seiner Breite reduziert wird. Im Endergebnis wird auf diese Weise ein Profildraht mit Rekristallisationswürfeltextur erhalten. Dies bedeutet, dass das polykristalline Gefüge des Profildrahtes im Wesentlichen so orientiert ist, dass eine Würfelkante der Elementarzellen parallel zur Drahtachse und jeweils eine Würfelfläche der Elementarzellen parallel zu den Oberflächen und/oder parallel zur Querschnittsfläche des Profildrahtes ausgerichtet sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erstmals die Bedingungen für die Fertigung von Profildraht mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt angegeben, der mit einer Rekristallisationswürfeltextur versehen ist, wobei das Verfahren auf einer Umformung durch Kaltziehen basiert und deshalb kostengünstiger ist, als das üblicherweise angewendete Kaltwalzen.
Mit Lösung dieser Aufgabe wird erreicht, dass ein auf diesem Substratdraht befindlicher Schichtsupraleiter erheblich verringerte Verluste bei Wechselstromanwendungen hat, als dies bei einem Bandsubstrat der Fall wäre.
Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, dass ein Längsteilen, wie es bei der Bandfertigung erforderlich ist, entfällt. Ebenso entfällt die aufwändige Kantenbearbeitung. Dadurch werden in der Fertigungsstrecke sowohl die Einrichtungen zum Längsteilen, als auch die zur Kantenbearbeitung eingespart. Zugleich arbeitet das Verfahren ohne Materialverluste, wie sie bei der Bandherstellung durch abgeschnittene Randstreifen sonst zwangsläufig entstehen, und ohne dass Metallspäne entstehen, wie sie bei der Kantenbearbeitung unvermeidbar sind. Dadurch entfallen technologische Schritte, die stets auch die Oberflächenqualität des Erzeugnisses beeinträchtigen können.
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1: EBSD-Analyse (EBSD: electron back scattering diffraction) eines mit 0,033 Atom-% Yttrium legierten Nickeldrahtes, der mit einer Gesamtbreitenabnahme von ε_b = 96% gezogen wurde und nach einer Erwärmung mit 50 K/h für 30 min bei 650°C geglüht wurde (Oberfläche, seitlich); (a) EBSD-Bild, wobei der orientierungsabhängige Graupegel des Gefügebildes dem Teilbild (b) zu entnehmen ist, (b) summierte Häufigkeit der Winkelabweichung in Grad von der Würfelorientierung, (c) Anteil der Würfeltextur in Abhängigkeit von der Winkelabweichung von der Ideallage.
2: EBSD-Analyse eines mit 0,033 Atom-% Yttrium legierten Nickeldrahtes, der mit einer Gesamtbreitenabnahme von ε_b = 96% gezogen wurde und nach einer Erwärmung mit 50 K/h für 30 min bei 650°C geglüht wurde (Querschliff); (a) EBSD-Bild, wobei der orientierungsabhängige Graupegel des Gefügebildes dem Teilbild (b) zu entnehmen ist, (b) summierte Häufigkeit der Winkelabweichung in Grad von der Würfelorientierung, (c) Anteil der Würfeltextur in Abhängigkeit von der Winkelabweichung von der Ideallage.
Beispiel 1
Technisch reines Nickel mit einem Reinheitsgrad von 99,9 Atomprozent Nickel, wird unter Zulegieren von 0,033 Atomprozent Yttrium unter Vakuumbedingungen in eine Kupferkokille abgegossen. Der Ingot mit einem Durchmesser von 50 mm wird bei 1000°C an die Vierkantabmessung (22 × 22) mm² gewalzt, homogenisierend geglüht und abgeschreckt. Anschließend wird das Vierkantmaterial spanabhebend auf (20 × 20) mm² überarbeitet, um eine fehlerfreie Oberfläche für eine folgende Kaltumformung durch Walzen zu erhalten. Das Kaltwalzen wird zunächst mit einem Abwalzgrad von 75% Dickenreduktion durchgeführt. Das resultierende Nickelband hat darauf eine Dicke von 5 mm. Es wird anschließend bei 550°C einer 30-minütigen Glühbehandlung zur Rekristallisation in nicht oxidierender Gasatmosphäre unterzogen. Dann wird weiter mit einem Abwalzgrad von 80% an 1 mm Dicke und etwa 25 mm Breite kaltgewalzt. Dieses Ni-Y Band wird nochmals bei 550°C einer 30-minütigen Glühbehandlung zur Rekristallisation in nicht oxidierender Gasatmosphäre unterzogen. Hiermit liegt das Ausgangsband für die eigentliche Drahtherstellung vor.
Dieses Bandmaterial wird über 15 Ziehstufen von der Breite 25 mm an die Breite von 1 mm gezogen. Die Gesamtbreitenabnahme beträgt ε_b = 96%. Als Ergebnis wird auf diese Weise ein quadratischer Profildraht mit 1 mm Kantenlänge erhalten. Dieser Draht wird gereinigt und geglüht. Das Aufheizen erfolgt mit 50 K/h bis auf 650°C, wo 30 min gehalten wird. Nach der Abkühlung im Ofen weist der Draht eine Rekristallisationswürfeltextur auf, wie sie in 1 gezeigt ist. 1a zeigt das EBSD-Bild der Kornorientierungen auf einer seitlichen Oberfläche des Profildrahtes. 1b veranschaulicht die relative Häufigkeit der Kornorientierungen in Abhängigkeit von der Fehlorientierung, die in Nähe der Würfellage stark ausgeprägt ist. 1c belegt summarisch den flächenmäßigen Anteil der Würfeltextur an der gemessenen Profildrahtoberfläche in Abhängigkeit von der Fehlorientierung. Bild 1c ist zu entnehmen, dass 79,1% der seitlichen Oberfläche die Würfellage aufweisen, wenn eine Winkelabweichung von < 14,5° toleriert wird.
Beispiel 2
Ein Ausgangsband für die Drahtherstellung, bestehend aus Nickel mit einem Yttriumgehalt von 0,033 Atomprozent, und mit dem Querschnitt von (25 × 1) mm² wird über 15 Ziehstufen von der Breite 25 mm an die Breite von 1 mm gezogen. Die Gesamtbreitenabnahme beträgt ε_b = 96%. Als Ergebnis wird auf diese Weise ein quadratischer Profildraht mit 1 mm Kantenlänge erhalten. Dieser Draht wird gereinigt und geglüht. Das Aufheizen erfolgt bei der Glühung mit 50 K/h bis auf 650°C, wo 30 min gehalten wird. Nach der Abkühlung im Ofen weist der Draht eine Rekristallisationswürfeltextur auf, wie sie in 2 gezeigt ist. 2a zeigt das EBSD-Bild der Kornorientierungen auf der Querschnittsfläche des Profildrahtes. 2b zeigt die relative Häufigkeit der Kornorientierungen in Abhängigkeit von der Fehlorientierung, die in Nähe der Würfellage ihr Maximum hat. 2c belegt summarisch den flächenmäßigen Anteil der Würfeltextur an der gemessenen Profildrahtquerschnittsfläche in Abhängigkeit von der Fehlorientierung. 2c ist zu entnehmen, dass 96,4% der Querschnittsfläche die Würfellage aufweisen, wenn eine Winkelabweichung von < 14,5° toleriert wird.
Beispiel 3
Ein Ausgangsband für die Drahtherstellung, bestehend aus Nickel mit einem Wolframgehalt von 5,0 Atomprozent und mit einem Querschnitt von (30 × 1) mm² wird über 16 Ziehstufen von der Breite 30 mm an die Breite von 1,5 mm gezogen. Die Gesamtbreitenabnahme beträgt ε_b = 95,0%. Zur Entspannung des Gefüges wird bei den Zwischenabmessungen von etwa 6 mm Dicke und von etwa 3 mm Dicke eine Wärmebehandlung bei 600°C über 30 min durchgeführt. Als Ergebnis wird auf diese Weise ein Profildraht von 1,0 mm × 1,5 mm erhalten. Dieser Draht mit rechteckigem Querschnitt wird gereinigt und einer Rekristallisationsglühung unterzogen. Das Aufheizen erfolgt mit 50 K/h bis auf 1050°C, wo 60 min gehalten wird. Nach der Abkühlung im Ofen weist der Draht eine hochgradige Rekristallisationswürfeltextur mit einem Flächenanteil auf der Oberfläche und der Querschnittsfläche von > 90% bei einer Winkelabweichung von < 15° auf. Zur Verbesserung der Oberflächenqualität wird der Profildraht abschließend noch elektrolytisch/mechanisch poliert.
Beispiel 4
Ein Ausgangsband für die Drahtherstellung, bestehend aus Nickel mit einem Wolframgehalt von 5,0 Atomprozent und mit einem Querschnitt von (30 × 1) mm² wird über 16 Ziehstufen von der Breite 30 mm an die Breite von 1,0 mm gezogen. Die Gesamtbreitenabnahme beträgt ε_b = 96,7%. Zur Entspannung des Gefüges wird bei den Zwischenabmessungen von etwa 6 mm Dicke und von etwa 3 mm Dicke eine Wärmebehandlung bei 600°C über 30 min durchgeführt. Als Ergebnis wird auf diese Weise ein Profildraht von 1,0 mm × 1,0 mm erhalten. Dieser Draht mit quadratischem Querschnitt wird gereinigt und einer Rekristallisationsglühung unterzogen. Das Aufheizen erfolgt mit 50 K/h bis auf 1050°C, wo 60 min gehalten wird. Nach der Abkühlung im Ofen weist der Draht eine hochgradige Rekristallisationswürfeltextur mit einem Flächenanteil auf der Oberfläche und der Querschnittsfläche von > 90% bei einer Winkelabweichung von < 15° auf. Dieser Profildraht mit Rekristallisationswürfeltextur wird über 4 Ziehstufen (Durchmesserstufung: 1,3 mm, 1,2 mm, 1,1 mm und 1,0 mm) mit einer Gesamtquerschnittsabnahme von ε_g = 21,5% zu einem runden Draht mit 1 mm Durchmesser gezogen. Darauf wird der Draht noch unterhalb der Rekristallisationstemperatur bei 600°C über 30 min in reduzierender Atmosphäre geglüht. Auf dem Draht mit kreisrundem Querschnitt befinden sich in Längsrichtung vier durchgehende Texturpfade mit Rekristallisationswürfeltextur, die in ihrer Lage den mit den Mitten der Seitenflächen des quadratischen Profildrahtes korrespondieren. Abschließend erhält der runde Draht noch eine elektrolytische/mechanische Oberflächenpolitur.
Beispiel 5
Ein Ausgangsband, bestehend aus Elektrolytkupfer mit einem Reinheitsgrad von 99,9 Masseprozent Kupfer, und mit einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 5 mm wird an eine Dicke von 1,4 mm bei 600°C warmgewalzt. Anschließend wird das Band spanabhebend bearbeitet, so dass ein Ausgangsband mit 20 mm Breite und 1 mm Dicke für den Kaltziehprozess entsteht. Diese Ausgangsband wird über 16 Ziehstufen von der Breite 20 mm an die Breite von 1,0 mm gezogen. Die Gesamtbreitenabnahme beträgt ε_b = 96,7%. Als Ergebnis wird auf diese Weise ein Profildraht aus Kupfer von 1,0 mm × 1,0 mm erhalten. Dieser Draht mit quadratischem Querschnitt wird gereinigt und einer Rekristallisationsglühung unterzogen. Das Aufheizen erfolgt mit 50 K/h bis auf 400°C, wo 60 min gehalten wird. Nach der Abkühlung im Ofen weist der Draht eine hochgradige Rekristallisationswürfeltextur mit einem Flächenanteil auf der Oberfläche und der Querschnittsfläche von > 98 Prozent bei einer Winkelabweichung < 15° auf. Abschließend erhält der Kupferprofildraht noch eine elektrolytische/mechanische Oberflächenpolitur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5741377 A [0002]
DE 10339867 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

G. Wassermann: Texturen metallischer Werkstoffe, Spinger, Berlin, 1939 [0002]
H. Hu u. a.: Trans. ASM 224(1962)96–105 [0002]
W. Köster: Z. Metallkde. 18(1926)112–116 [0002]
R. D. Doherty u. a.: Mater. Sci. Eng. A257(1998)18–36 [0002]
J. Eickemeyer u. a.: B. Sächsische Fachtagung Umformtechnik, 04.–05.12.2001, TU Bergakademie Freiberg/Sa., S. 99–106 [0003]
A. Goyal und M. P. Paranthaman, http://www.htspeerreview.com, Superconductivity for Electric Systems 2008 Annual Peer Review, July 29–31, 2008 [0004]
C. Millon u. a., IEEE/CSC & ESAS European Superconductivity News Forum, No. 9, July 2009 [0005]
A. Goyal und M. P. Paranthaman, www.htspeerreview.com, Strategic-Substrate-Development-Coated-Conductors.pdf, August 4–6, 2009 [0005]

Claims

Profildraht aus einem polykristallinen kubisch-flächenzentrierten Metall oder einer solchen Metalllegierung mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, der im Bereich der senkrecht zueinander orientierten Oberflächen und/oder über seinen Querschnitt eine Rekristallisationswürfeltextur aufweist, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen parallel zur Drahtlängsachse und senkrecht zu den Oberflächen orientiert sind und wobei der Oberflächenanteil und/oder der Querschnittsflächenanteil mit Rekristallisationswürfeltextur mindestens 75% beträgt und die Abweichungen von der idealen Würfellage weniger als 15° betragen.
Profildraht nach Anspruch 1, bei dem der gesamte Querschnitt eine Rekristallisationswürfeltextur aufweist, wobei die Würfelkanten der Elementarzellen senkrecht zu den Oberflächen und parallel zur Drahtlängsachse orientiert sind und wobei die Abweichungen von der idealen Würfellage weniger als 15° betragen.
Profildraht nach Anspruch 1, bei dem der Oberflächenanteil mit Rekristallisationswürfeltextur mindestens 90% beträgt und die Abweichungen von der idealen Würfellage geringer als 10° sind.
Profildraht nach Anspruch 1 mit einem rechteckigen Querschnitt, bei dem das Verhältnis der Seitenlängen kleiner als 5 ist.
Profildraht nach Anspruch 1, bei dem die Kanten des Profildrahtes eingerundet sind oder der Profildraht zum Runddraht geformt ist, wobei mindestens die Hälfte der Oberfläche des Profildrahtes die Rekristallisationswürfeltextur aufweist und vier Texturpfade durchgängig in Längsrichtung des Drahtes verlaufen und auf dem Umfang im Abstand von jeweils etwa 90° vorliegen.
Profildraht nach Anspruch 1, bei dem das polykristalline kubisch-flächenzentrierte Metall Nickel, Kupfer, Gold, Silber oder eine Legierung auf der Basis dieser Metalle ist.
Profildraht nach Anspruch 6, bei dem das polykristalline kubisch-flächenzentrierte Metall Nickel oder eine Nickel-Legierung ist, die zusätzlich bis zu 0,5 Atomprozent Silber oder Yttrium oder bis zu 10 Atomprozent Wolfram enthält.
Verfahren zur Herstellung von Profildraht aus einem polykristallinen kubisch-flächenzentrierten Metall oder einer solchen Metalllegierung mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, bei dem ein Band aus polykristallinem kubisch-flächenzentriertem Metall oder einer solchen Metalllegierung mit einer hochgradigen Umformung mittels Kaltziehen zu Profildraht verarbeitet wird, wobei durch das Kaltziehen ausschließlich eine Gesamtbreitenreduktion des eingesetzten Ausgangsbandes von ε_b,ges ≥ 80% realisiert wird, die Dicke des eingesetzten Banderzeugnisses im Wesentlichen nicht verändert wird, wodurch die Dicke des eingesetzten Banderzeugnisses im Wesentlichen der Dicke des kaltgezogenen Profildrahtes entspricht, und der kalt umgeformte Profildraht mindestens nach Erreichen der gewünschten Abmessung einer Glühung zur Erzeugung der Rekristallisationswürfeltextur unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Umformung des Ausgangsbandes zu Profildraht mit einem quadratischen oder einem Quadrat ähnlichen Querschnitt, oder bei dem die Umformung des Ausgangsbandes zu Profildraht mit einem rechteckigen oder einem Rechteck ähnlichen Querschnitt durchgeführt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 8, bei dem zum Kaltziehen Werkzeuge eingesetzt werden, die hinsichtlich der Breitenreduktion einen Öffnungswinkel im Bereich von 2α = 8° bis 24°, noch vorteilhafter im Bereich von 2α = 12° bis 20°, und zum Konstanthalten der Dicke des Umformgutes einen Öffnungswinkel von 2β ≤ 6° oder 2β = 0 bis 6°, noch vorteilhafter 2β ≤ 3° oder 2β = 0 bis 3°, aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Kaltziehen mit einer Gesamtbreitenreduktion ε_b,ges ≥ 90% durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Ziehvorgang von Ziehstufe zu Ziehstufe stets in derselben oder in alternierender Richtung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Ziehvorgang über mehrere Ziehstufen realisiert wird, wobei zur Gefügeentspannung zwischen zwei oder mehreren Ziehstufen Wärmebehandlungen unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der geglühte, mit Rekristallisationswürfeltextur versehenen Profildraht weiteren Umformungen und/oder Oberflächenbearbeitungen unterzogen wird, wobei in jedem Falle die dabei angewendete Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des eingesetzten Metalls gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Oberfläche des Profildrahtes vor und/oder nach der Rekristallisationsglühung elektrolytisch und/oder mechanisch poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Profildraht nach der Glühung zur Erzeugung der Rekristallisationswürfeltextur durch weitere Kaltwalz- oder Kaltziehumformungen hinsichtlich seiner Querschnittsform verändert wird, wobei die Gesamtquerschnittsreduktion ε_ges geringer als 60% ist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der geglühte und mit einer Rekristallisationswürfeltextur versehene Profildraht durch weiteres Kaltziehen einen kreisrunden oder einen dem Kreis ähnlichen Querschnitt erhält, wobei die Gesamtquerschnittsreduktion ε_ges geringer als 60% ist.