DE112007002585T5

DE112007002585T5 - Elektrische Drahtleitung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE112007002585T5
Application number: DE112007002585T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Yokkaichi-shi Otsuka; Yoshihiro Osaka-shi Nakai; Taichirou Osaka-shi Nishikawa
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2008112620A; CN102360589A; JP5128109B2; WO2008053897A1; DE112007002585B4; CN101536112A; US20100071933A1; CN101536112B; US8278555B2

Abstract

Leiter, umfassend eine Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Aluminiumlegierung enthält:
Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 Massen-%;
Mg mit einem solchen Gehalt, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt; und
einen Rest von im Wesentlichen Al und einer unvermeidlichen Verunreinigung,
wobei der Leiter eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr besitzt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Drahtleitung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, und insbesondere betrifft sie einen Leiter, der sich zur Verwendung für eine elektrische Leitung eines Automobils eignet, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
STAND DER TECHNIK
Auf dem Gebiet der elektrischen Starkstromindustrie, die Starkstromfreileitungen herstellt, wird üblicherweise ein Aluminiumleiter aus einem Material auf der Grundlage von Aluminium verwendet, weil der Aluminiumleiter ein leichtes Gewicht hat und ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit besitzt. Auf dem Gebiet der Automobile, des OA-Equipments und der elektrischen Haushaltsgeräte wird ein Kupferleiter aus einem Material auf Kupferbasis, der ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit besitzt, für Signalleitungen und elektrische Stromleitungen verwendet.
Auf dem Gebiet der Automobile wurden die Leistung und Funktion eines Autos rapide verbessert. Daher gibt es eine wachsende Anzahl von elektrischen Geräten, Steuergeräten und anderen Geräten, die in dem Auto installiert werden müssen, und dementsprechend wächst die Anzahl der Kupferleitungen, die in dem Auto verwendet werden müssen.
In jüngster Zeit wurde speziell im Automobilbau die Aufmerksamkeit auf einen Aluminiumleiter gerichtet, bei dem Aluminium, dessen spezifisches Gewicht etwa ein Drittel von Kupfer beträgt, für einen Leiter zum Zweck der Gewichtsverminderung verwendet wird (zur Information: die Dichte von Aluminium ist 2,70 g/cm³ und die Dichte von Kupfer ist 8,89 g/cm³).
Zwar wird reines Aluminium (Reinheit von 99% oder mehr) für einen Leiter mit einer Querschnittsfläche von 10 mm² oder mehr, wie z. B. ein Batteriekabel, auf dem Gebiet der Automobile verwendet, jedoch besitzt reines Aluminium geringe Festigkeit und schlechtere Dauerfestigkeit und ist entsprechend schwierig als ein gewöhnlicher Leiter mit einer Querschnittsfläche von 1,5 mm² oder weniger zu verwenden.
Es wurden Versuche gemacht, die Festigkeit und Dauerfestigkeit eines solchen Aluminiumleiters zu verbessern. Zum Beispiel wird ein elektrischer Draht für Automobile aus einer Al-Mg-Si-Legierung hergestellt (vgl. japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2004-134212 ).
Dieser Leiter wird hergestellt, indem man mehrere Drähte aus einer Aluminiumlegierung, die 0,6 Gew.-% oder weniger Fe, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Si, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Mg und einen Rest von Aluminium und einer unvermeidlichen Verunreinigung enthält, bündelt, und die Festigkeit der Aluminiumlegierung wird dadurch verbessert, dass man Mg₂Si und andere Elemente in einer Al-Matrix durch Wärmebehandlung beim Verfahren zur Herstellung des Leiters niederschlägt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Jedoch wird bei der elektrischen Leitung, die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2004-134212 beschrieben wird, trotz Härtung des Leiters aus Aluminiumlegierung und daher Verbesserung der Festigkeit nur geringe Dehnung und schlechtere Dauerfestigkeit im Zustand hoher Belastung und schlechtere Schlagzähigkeit erzielt. Daher ergibt sich das Problem, dass der Leiter für einen Leiter mit geringem Durchmesser mit einer Querschnittsfläche von zum Beispiel 0,75 mm² oder weniger schwierig zu verwenden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden und einen Leiter zur Verfügung zu stellen, der ausgezeichnete Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit besitzt, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Um diese Aufgaben zu erreichen und in Übereinstimmung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung umfasst ein Leiter eine Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Aluminiumlegierung Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 Massen-%, Mg mit einem solchen Gehalt, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt, und einen Rest von im Wesentlichen Al und einer unvermeidlichen Verunreinigung enthält, wobei der Leiter eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr besitzt.
Die Aluminiumlegierung kann weiterhin ein oder mehrere Element(e) aus der Gruppe Fe, Cu, Cr und Mn enthalten, wobei der Gesamtgehalt an einem oder mehreren Element(en) 0,5 Massen-% oder weniger ist.
Die Aluminiumlegierung kann weiterhin ein oder zwei Element(e) aus der Gruppe von nicht mehr als 500 ppm Ti und nicht mehr als 50 ppm B enthalten.
Der Leiter ist für eine elektrische Leitung geeignet, deren Leiter eine Querschnittsfläche von 0,75 mm² oder weniger besitzt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leiters umfasst den Schritt des Herstellens einer Litze durch Bündeln einer Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung, die Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 Massen-%, Mg mit einem solchen Gehalt, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt, und einen Rest von im Wesentlichen Al und einer unvermeidlichen Verunreinigung enthält, und den Schritt des Unterwerfens der Litze einer Lösungsbehandlung, dann Unterwerfen der Litze einem Abschrecken (Quenchen) und dann Unterwerfen der Litze einer Alterungswärmebehandlung.
Die Erwärmungstemperatur, wenn die Litze der Lösungsbehandlung unterworfen wird, beträgt vorzugsweise 500 bis 580°C, und die Erwärmungstemperatur, wenn die Litze der Alterungswärmebehandlung unterworfen wird, beträgt vorzugsweise 150 bis 220°C.
Erhitzen während der Lösungsbehandlung erfolgt vorzugsweise durch Hochfrequenzinduktionserhitzen.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Da der erfindungsgemäße Leiter aus den elementaren Drähten zusammengesetzt ist, die aus der Al-Mg-Si-Legierung mit den oben genannten Bereichen hergestellt sind, und eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr besitzt, hat er eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit und kann für eine elektrische Leitung von geringem Durchmesser verwendet werden.
Wenn die Aluminiumlegierung weiterhin ein oder mehrere Element(e) aus der Gruppe Fe, Cu, Cr und Mn enthält, wobei der Gesamtgehalt an einem oder mehreren Element(en) 0,5 Massen-% oder weniger ist, wird die Festigkeit des Leiters weiter verbessert.
Wenn die Aluminiumlegierung weiterhin ein oder beide Element(e) aus der Gruppe von nicht mehr als 500 ppm Ti und nicht mehr als 50 ppm B enthält, werden die Festigkeit und Dehnung des Leiters weiter verbessert. Es wird angenommen, dass diese Vorteile erhalten werden, weil diese Elemente den Vorteil von feinerer Kristallstruktur besitzen.
Da der Leiter für eine elektrische Leitung verwendet werden kann, deren Leiter eine Querschnittsfläche von 0,75 mm² oder weniger besitzt, kann der Bereich der Anwendung von Aluminiumleitern vergrößert werden und es kann eine Gewichtsverringerung der elektrischen Leitungen auf dem Gebiet der Automobile erzielt werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leiters verbessert die Lösungsbehandlung nach Herstellung der Litze durch Bündeln der elementaren Drähte aus einer Aluminiumlegierung die Schlagabsorptionsenergie aufgrund einer Verbesserung der Dehnung. Zusätzlich ergibt die nachfolgende Alterungswärmebehandlung den Vorteil von verbesserter Festigkeit aufgrund von verbesserter Ausfällung und den Vorteil von erhöhter elektrischer Leitfähigkeit aufgrund von verringerten Mengen an gelösten Elementen. Dementsprechend besitzt der erfindungsgemäße Leiter eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit.
Wenn die Erwärmungstemperatur beim Unterwerfen der Litze der Lösungsbehandlung 500 bis 580°C beträgt und die Erwärmungstemperatur beim Unterwerfen der Litze der Alterungswärmebehandlung 150 bis 220°C beträgt, können die Lösungsbehandlung und die Alterungswärmebehandlung angemessen durchgeführt werden.
Die Lösungsbehandlung durch Hochfrequenzinduktionserhitzen ermöglicht ein lokales Erhitzen und entsprechend kann die Abschreck- oder Quenching-Fläche unmittelbar neben der Erhitzungsfläche angeordnet werden. Daher kann das Abschrecken (Quenchen) unmittelbar nach der Lösungsbehandlung nicht nur bei einem Bauteil mit größerer thermischer Kapazität, sondern auch bei einem Bauteil mit kleinerer thermischer Kapazität, wie z. B. einem Draht, bei dem langsames Abkühlen unmittelbar nach Beendigung des Erhitzens beginnt, durchgeführt werden. Ferner ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, das ein kontinuierliches Erhitzen und Abschrecken (Quenchen) ermöglicht, für ein langes Bauteil, wie z. B. einen Draht, geeignet.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Leiter wird hergestellt durch Bündeln einer Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung, die Si, Mg und einen Rest von im Wesentlichen Aluminium und einer unvermeidlichen Verunreinigung enthält. Der Leiter besitzt eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr.
Es erfolgt eine Beschreibung der Gründe, warum die Zusammensetzung der Legierung so spezifiziert wird, wie oben beschrieben wurde. In der folgenden Beschreibung wird der Gehalt jedes Grundelements in der Einheit Massen-% ausgedrückt.
Si wird mit Mg kombiniert, um Mg₂Si-Teilchen und andere Teilchen in einer Al-Matrix fein auszufällen, und trägt zu verbesserter Festigkeit der Aluminiumlegierung bei. Um den Vorteil verbesserter Festigkeit zu erhalten, ist der Gehalt an Si vorzugsweise 0,3 bis 1,2%. Wenn der Si-Gehalt weniger als 0,3% beträgt, ist der Vorteil verbesserter Festigkeit gering und es ist schwierig, dass der Leiter eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr aufweist. Wenn andererseits der Si-Gehalt mehr als 1,2% beträgt, ist es schwierig, dass der Leiter eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr aufweist.
Mg wird mit Si kombiniert, um die Mg₂Si-Teilchen und andere Teilchen in der Al-Matrix fein auszufällen, und trägt zu verbesserter Festigkeit der elementaren Drähte aus einer Aluminiumlegierung bei. Um den Vorteil verbesserter Festigkeit zu erhalten, liegt das Gewichtsverhältnis Mg/Si vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1,8, insbesondere im Bereich von 1,0 bis 1,4. Wenn das Gewichtsverhältnis Mg/Si kleiner als 0,8 ist, ist die Menge an Mg₂Si-Verbindung gering und der Vorteil verbesserter Festigkeit ist klein, und dementsprechend ist es schwierig, dass der Leiter eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr besitzt. Ferner wandelt sich überschüssiges Si in kristallisierte Substanzen und aufgrund des Einflusses der kristallisierten Substanzen ist es schwierig, dass der Leiter eine Bruchdehnung von 10% oder mehr und eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr besitzt. Wenn andererseits das Gewichtsverhältnis Mg/Si über 1,8 liegt, wird die Lösungsmenge von überschüssigem Mg groß und es ist schwierig, dass der Leiter eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr besitzt.
Die Aluminiumlegierung, die den erfindungsgemäßen Leiter bildet, kann ein oder mehrere zusätzliche(s) Element(e) aus der Gruppe Fe, Cu, Cr und Mn zusätzlich zu den oben beschriebenen Grundelementen enthalten. Diese zusätzlichen Elemente tragen zu verbesserter Festigkeit der Aluminiumlegierung bei. Um den Vorteil der verbesserten Festigkeit zu erhalten, ist der Gesamtgehalt an zusätzlichen Elementen vorzugsweise 0,5% oder weniger. Ferner ist die Anzahl an zusätzlichen Elementen vorzugsweise zwei oder weniger. Ein größerer Gehalt an zusätzlichen Elementen könnte leicht die Bruchdehnung und die Schlagabsorptionsenergie verringern und leicht den Widerstand des Leiters erhöhen.
Der Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein oder zwei zusätzliche(s) Element(e) aus der Gruppe Ti und B zusätzlich zu den oben beschriebenen Grundelementen enthalten. Diese zusätzlichen Elemente haben den Vorteil feinerer Kristallstruktur und tragen zu verbesserter Festigkeit und verbesserter Dehnung der Aluminiumlegierung bei. Um den Vorteil feinerer Kristallstruktur zu erhalten, liegt der Gehalt von Ti vorzugsweise nicht über 500 ppm und der Gehalt von B vorzugsweise nicht über 50 ppm. Größere Gehalte dieser zusätzlichen Elemente könnten leicht den Widerstand des Leiters erhöhen.
Der erfindungsgemäße Leiter ist für eine elektrische Leitung mit kleinem Durchmesser geeignet, da er ausgezeichnete Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit besitzt. Der Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich zur Verwendung für eine elektrische Leitung, deren Leiter eine Querschnittsfläche von vorzugsweise 0,75 mm² oder weniger und insbesondere von 0,22 bis 0,75 mm² besitzt. Daher ist der Bereich der Anwendung von Aluminiumleitern erweitert und es kann eine Gewichtsverringerung von elektrischen Leitungen vorzugsweise auf dem Gebiet der Automobile erzielt werden. Es ist festzuhalten, dass der Leiter ein komprimierter Leiter sein kann.
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Beispiels für das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leiters gegeben. Ein Verfahren zur Herstellung eines Leiters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt des Herstellens einer Litze durch Bündeln einer Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung mit der oben beschriebenen Legierungszusammensetzung und den Schritt des Unterwerfens der Litze einer Lösungsbehandlung, dann Unterwerfen der Litze einem Abschrecken (Quenchen) und dann Unterwerfen der Litze einer Alterungswärmebehandlung.
Bei der Herstellung der elementaren Drähte aus Aluminiumlegierung werden die gegebenen Gehalte an Al, Mg und Si geschmolzen, um ein geschmolzenes Metall einer gewünschten Konzentration zu erhalten. Fe, Cu, Cr und Mn werden, soweit nötig, zugesetzt, um ein geschmolzenes Metall einer gewünschten Konzentration zu erhalten.
Als Nächstes wird das geschmolzene Metall durch eine kontinuierliche Gussmaschine zur Herstellung eines Gussblocks gegossen. Dann wird der Gussblock mit einem Heißwalzwerk, das mit einem Tandem verbunden ist, zu einer Drahtstange umgewandelt. Die Drahtstange kann durch das kontinuierliche Gusswalzverfahren, wie oben beschrieben, oder durch das Blockguss- und Extrusionsverfahren hergestellt werden. Im Fall des Blockguss- und Extrusionsverfahrens wird vorzugsweise nach dem Blockguss eine Homogenisierung durchgeführt. Es ist vorteilhaft, unmittelbar vor dem Guss Ti und B, die Frischungsmittel kennzeichnen, zuzufügen.
Die Drahtstange wird dann auf den gewünschten Durchmesser für einen elementaren Draht gezogen. Wenn die Drahtstange aufgrund von beschränktem Zug reißt, wird vorzugsweise angemessen geglüht.
Eine gewünschte Anzahl von elementaren Drähten, hergestellt wie oben beschrieben, wird im Bündelungsverfahren zu einer Litze gebündelt. Dann wird die Litze der Wärmebehandlung unterworfen.
Beim Wärmebehandlungsverfahren ist die Erwärmungstemperatur während der Lösungsbehandlung vorzugsweise 500 bis 580°C. Durch Ausführen der Lösungsbehandlung wird die Mg₂Si-Verbindung in der Aluminiumlegierung aufgelöst. Wenn die Erwärmungstemperatur während der Lösungsbehandlung niedriger als 500°C ist, wird die Mg₂Si-Verbindung kaum aufgelöst und erzeugt grobe Verbindungsteilchen, und der Vorteil verbesserter Festigkeit kann nicht leicht erhalten werden. Ferner ist es schwierig, die durch Kaltbearbeitung vor dem Bündelungsverfahren verursachte Werkstückhärtung zu beseitigen, und der Vorteil verbesserter Dehnung kann nicht leicht erhalten werden. Wenn andererseits die Erwärmungstemperatur während der Lösungsbehandlung über 580°C liegt, werden niedrige Schmelzphasen in der Aluminiumlegierung wieder geschmolzen und es erfolgt leicht eine durch Oxidation von Mg hervorgerufene Deformierung und Farbänderung.
Beim Wärmebehandlungsschritt wird das Abschrecken vorzugsweise unter Verwendung von Kühlwasser durchgeführt. Durch das Abschrecken wird die Mg₂Si-Verbindung, die sich während der Lösungsbehandlung in der Legierung aufgelöst hat, nicht niedergeschlagen und wird in der Legierung in gelöstem Zustand fixiert. Wenn zwischen dem Erwärmen und dem Abschrecken eine Zeitspanne liegt, wird die gelöste Mg₂Si-Verbindung leicht niedergeschlagen und erzeugt grobe Verbindungsteilchen, und der Vorteil verbesserter Festigkeit kann nicht leicht erhalten werden. Deshalb wird das Abschrecken (Quenchen) vorzugsweise unmittelbar nach dem Erwärmen durchgeführt.
Die Lösungsbehandlung und das Abschrecken (Quenchen) werden vorzugsweise unter Verwendung einer kontinuierlichen Tempermaschine mit einem Abschreckbad auf solche Weise durchgeführt, dass die Litze durch ein Heizteil auf eine gegebene Temperatur erhitzt wird und dann durch Durchlaufen des Abschreckbads, das neben dem Heizteil angeordnet ist, gekühlt wird. Zu Beispielen für kontinuierliche Tempermaschinen gehört eine elektrische kontinuierliche Tempermaschine, eine kontinuierliche Tempermaschine als Rohrofen und eine kontinuierliche Tempermaschine mit Hochfrequenzinduktionsheizung. Hiervon wird die kontinuierliche Tempermaschine mit Hochfrequenzinduktionsheizung besonders bevorzugt. Im Fall der Verwendung der kontinuierlichen Tempermaschine mit Hochfrequenzinduktionsheizung wird die Lösungsbehandlung durch Hochfrequenzinduktionserhitzen ausgeführt und dementsprechend ist eine lokale Erwärmung möglich. Daher kann die Abschreckfläche unmittelbar benachbart zur Heizfläche angeordnet sein.
Bei einem Bauteil mit zum Beispiel größerer thermischer Kapazität kann der Zustand hoher Temperatur nach Beendigung der Erwärmung beibehalten werden. Im Gegensatz dazu wird bei einem Bauteil mit kleinerer thermischer Kapazität, wie z. B. einem Draht, die langsame Abkühlung unmittelbar nach Beendigung der Erwärmung begonnen. Jedoch ermöglicht die Anordnung der Abschreckfläche unmittelbar benachbart zur Heizfläche, wie oben beschrieben, ein Abschrecken von dem Zustand hoher Temperatur selbst bei dem Bauteil mit kleinerer thermischer Kapazität, wie z. B. einem Draht, bei dem langsames Abkühlen leicht unmittelbar nach Beendigung der Erwärmung beginnt.
Ferner ermöglicht die Anordnung der Abschreckfläche unmittelbar benachbart zur Heizfläche eine kontinuierliche Durchführung von Erhitzen und Abschrecken und ist besonders für lange Bauteile, wie z. B. einen Draht, geeignet. Das kontinuierliche Erhitzen und Abschrecken verbessert die Produktivität des Leiters.
Bei dem Wärmebehandlungsschritt kann die Alterungswärmebehandlung die Mg₂Si-Verbindung, die in der Legierung während der Lösungsbehandlung und des Abschreckens gelöst wurde, niederschlagen. So können Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit verbessert werden. Die Erwärmungstemperatur während der Alterungswärmebehandlung liegt vorzugsweise bei 150 bis 220°C. Die Dauer der Alterungswärmebehandlung beträgt vorzugsweise 4 bis 20 Stunden.
Wenn die Erwärmungstemperatur während der Alterungswärmebehandlung niedriger als 150°C ist, schlägt die Mg₂Si-Verbindung, die in der Legierung gelöst wurde, nur schwer nieder, und der Vorteil verbesserter Festigkeit kann nicht leicht erhalten werden. Wenn andererseits die Erwärmungstemperatur während der Alterungswärmebehandlung über 220°C liegt, kann die niedergeschlagene Mg₂Si-Verbindung leicht zu groben Teilchen wachsen und der Vorteil von verbesserter Festigkeit kann nicht leicht erhalten werden. Wenn ferner die Dauer der Alterungswärmebehandlung kürzer als 4 Stunden ist, wird die Mg₂Si-Verbindung nur unvollständig niedergeschlagen, und der Vorteil von verbesserter Festigkeit kann nicht leicht erhalten werden und der Leitungswiderstand erhöht sich leicht. Wenn andererseits die Dauer der Alterungswärmebehandlung mehr als 20 Stunden beträgt, wächst die niedergeschlagene Mg₂Si-Verbindung leicht zu groben Teilchen und der Vorteil verbesserter Festigkeit kann nicht leicht erhalten werden.
Die Alterungswärmebehandlung wird vorzugsweise durchgeführt, wenn der Leiter auf ein Rad aufgewickelt ist. Zwar kann die Alterungswärmebehandlung in normaler Atmosphäre ausgeführt werden, vorzugsweise wird sie jedoch in einer reduzierenden Gasatmosphäre oder einer inerten Gasatmosphäre ausgeführt, um Oberflächenoxidation zu vermeiden.
Aufgrund des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens kann die Leistung des erfindungsgemäßen Leiters erhalten werden. Der mit einem Isolator bedeckte so erhaltene Leiter kennzeichnet eine isolierte Leitung
Beispiel
Eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Beispiele gegeben.
(Beispiele 1 bis 4)
Geschmolzene Legierungen einer in Tabelle 1 angegebenen Legierungszusammensetzung wurden durch eine kontinuierliche Gussmaschine zu Gussblöcken gegossen. Dann wurde jeder Gussblock mit einem Heißwalzwerk zu einer Drahtstange von 9,5 mm Durchmesser umgewandelt und jede erhaltene Drahtstange wurde zu einem elementaren Draht von 0,26 mm Durchmesser gezogen. Dann wurden sieben elementare Drähte zu jeder Litze gebündelt. Anschließend wurden die Litzen einer Lösungsbehandlung, einem Abschrecken und einer Alterungswärmebehandlung unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen unterworfen. Im Ergebnis wurden Leiter gemäß den Beispielen 1 bis 4 erhalten.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
Leiter gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 wurden mit den in Tabelle 1 angegebenen Legierungszusammensetzungen und Bedingungen auf dieselbe Weise wie die Beispiele 1 bis 4 erhalten.
(Vergleichsbeispiele 9 und 10)
Leiter gemäß den Vergleichsbeispielen 9 und 10 wurden auf dieselbe Weise wie die Beispiele 1 bis 4 erhalten, wobei jedoch keine Lösungsbehandlung, kein Abschrecken und keine Alterungswärmebehandlung nach Herstellung jeder Litze durch Bündeln elementarer Drähte ausgeführt wurde.
(Bewertungstest)
Jeder Leiter wurde auf Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagabsorptionsenergie, elektrische Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit bei einer gegebenen Belastungsamplitude (Δε) gemessen. Zusätzlich wurde das Oberflächenaussehen jedes Leiters gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Der Gehalt jedes Grundelements in der Legierungszusammensetzung wird ausgedrückt in der Einheit Massen-% bezogen auf die gesamte Aluminiumlegierung.
(Messverfahren und Bewertungsverfahren)
Zugfestigkeit
Zugfestigkeit wurde mit einem üblichen Zugfestigkeitstestapparat gemessen. Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr wurde als ausreichend angesehen.
Bruchdehnung
Bruchdehnung wurde mit einem üblichen Zugfestigkeitstestapparat gemessen. Bruchdehnung von 10% oder mehr wurde als ausreichend angesehen.
Schlagabsorptionsenergie
Schlagabsorptionsenergie wurde dadurch gemessen, dass man an das Ende jedes Leiters mit einem Abstand zwischen 1-Meter-Markierungen ein Gewicht anbrachte, dann 1 Meter anhob und das Gewicht frei fallen ließ. Es wird definiert, dass die Schlagabsorptionsenergie W (J/m) ist, wenn das Maximalgewicht des Gewichts, bei dem der Leiter nicht bricht, W (N) ist. Schlagabsorptionsenergie vor dem Bruch von 8 J/m oder mehr wurde als ausreichend angesehen.
Elektrische Leitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit wurde nach dem Brückenverfahren gemessen. Elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS (International Annealed Copper Standard) oder mehr wurde als ausreichend angesehen.
Dauerfestigkeit
Dauerfestigkeit einer elektrischen Leitung, die durch Bedecken jedes Leiters mit einer Isolation hergestellt worden war, wurde mit einem Hin- und Her-Biegeversuchsgerät, das keine Zugfestigkeit erzeugt, gemessen. Dauerfestigkeit von 900-mal oder mehr bei einer Belastungsamplitude Δε von 10^–2 und Dauerfestigkeit von 10, multipliziert mit 10⁴-mal oder mehr bei einer Belastungsamplitude Δε von 10^–4, wurden als ausreichend angesehen.
Aussehen der Oberfläche
Das Vorliegen von sichtbarer Farbänderung und sichtbarer Deformation wurde geprüft. Das Fehlen von Farbänderung und Deformation wird mit „0” angezeigt und das Vorliegen von Farbänderung und Deformation wird mit „x” angezeigt.
[Tabelle 1]
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich wird, hatten die Leiter jeweils eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr, da die Aluminiumlegierungen, welche die Leiter gemäß den Beispielen 1 bis 4 bilden, jeweils Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2% und Mg mit einem solchen Gehalt enthalten, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt. Ferner hatten die Leiter jeweils eine Dauerfestigkeit von 900-mal oder mehr bei der Hochbelastungsamplitude. Zusätzlich wurde auf den Oberflächen der Leiter keine Farbänderung oder Deformation festgestellt. Dementsprechend wurde gezeigt, dass die Leiter in den Beispielen 1 bis 4 bezüglich Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit ausgezeichnet sind.
Im Gegensatz dazu genügten bei den Leitern gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 nicht alle Bedingungen von Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagabsorptionsenergie, elektrischer Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit bei der hohen Belastungsamplitude den oben spezifizierten Bereichen, da der Si-Gehalt und der Mg-Gehalt jeder Aluminiumlegierung nicht in den oben spezifizierten Bereichen lagen. Dementsprechend wurde gezeigt, dass die Leiter gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 bezüglich Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit schlechter sind.
Im Einzelnen betrachtet war bei einem Si-Gehalt von unter 0,3% (Vergleichsbeispiel 1) die Zugfestigkeit geringer als 240 MPa, und wenn der Si-Gehalt über 1,2% lag (Vergleichsbeispiel 2), war die elektrische Leitfähigkeit kleiner als 40% IACS. Ferner war bei einem Gewichtsverhältnis Mg/Si von unter 0,8 (Vergleichsbeispiel 3) die Zugfestigkeit kleiner als 240 MPa. Wenn das Gewichtsverhältnis Mg/Si über 1,8 lag (Vergleichsbeispiel 4), war die Bruchdehnung kleiner als 10%, die Schlagabsorptionsenergie kleiner als 8 J/m und die elektrische Leitfähigkeit kleiner als 40% IACS.
Bei den Leitern gemäß den Vergleichsbeispielen 5 bis 8 genügten nicht alle Bedingungen von Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagabsorptionsenergie, elektrischer Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit bei der hohen Belastungsamplitude den oben spezifizierten Bereichen, da die Lösungsbehandlung mit der Erwärmungstemperatur von 500 bis 580°C und die Alterungswärmebehandlung mit der Erwärmungstemperatur von 150 bis 220°C und der Dauer von 4 bis 20 Stunden nicht durchgeführt wurden. Dementsprechend wurde gezeigt, dass die Leiter in den Vergleichsbeispielen 5 bis 8 bezüglich Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit und Dauerfestigkeit schlechter sind.
Im Einzelnen war bei einer Erwärmungstemperatur während der Lösungsbehandlung unter 500°C (Vergleichsbeispiel 5) die Bruchdehnung unter 10% und die Schlagabsorptionsenergie war geringer als 8 J/m. Wenn die Erwärmungstemperatur während der Lösungsbehandlung über 580°C lag (Vergleichsbeispiel 6), war die Zugfestigkeit kleiner als 240 MPa, die Bruchdehnung kleiner als 10% und die Schlagabsorptionsenergie kleiner als 8 J/m. Zusätzlich wurden Farbänderung und Deformation auf der Oberfläche des Leiters festgestellt. Wenn die Erwärmungstemperatur während der Alterungswärmebehandlung unter 150°C lag und die Dauer der Alterungswärmebehandlung kürzer als 4 Stunden war (Vergleichsbeispiel 7), war die Zugfestigkeit kleiner als 240 MPa. Wenn die Erwärmungstemperatur während der Alterungswärmebehandlung über 220°C lag und die Dauer der Alterungswärmebehandlung länger als 20 Stunden war (Vergleichsbeispiel 8), war die Zugfestigkeit kleiner als 240 MPa.
Bei den Leitern gemäß den Vergleichsbeispielen 9 und 10 wurden Lösungsbehandlung, Abschrecken und Alterungswärmebehandlung nach der Herstellung der Litzen durch Bündeln der elementaren Drähte wie im Fall von üblichen Aluminiumleitern nicht durchgeführt. Daher war es schwierig, die durch Kaltbearbeitung vor dem Bündelungsschritt verursachte Werkstückhärtung genügend zu beseitigen, und die Dehnung war gering. Im Ergebnis war die Bruchdehnung unter 10% und die Schlagabsorptionsenergie war kleiner als 8 J/m. Dementsprechend wurde gezeigt, dass die Leiter gemäß den Vergleichsbeispielen 9 und 10 bezüglich Bruchdehnung und Schlagzähigkeit schlechter sind.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht erschöpfend und soll die Erfindung nicht auf die genaue Form, wie sie offenbart ist, beschränken; Modifikationen und Abänderungen sind möglich im Rahmen der oben beschrieben Lehre und können aus der Durchführung der Erfindung übernommen werden.
Zum Beispiel sind die Leiter in den oben beschriebenen Beispielen jeweils so angeordnet, dass sieben elementare Drähte zu einer Litze verbunden sind; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Der erfindungsgemäße Leiter ist zum Beispiel zur Verwendung für eine elektrische Leitung eines Automobils geeignet.
Zusammenfassung
Ein Leiter, der ausgezeichnete Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dauerfestigkeit besitzt, und ein Verfahren zu seiner Herstellung werden beschrieben. Der Leiter umfasst elementare Drähte aus einer Aluminiumlegierung, die Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 Massen-%, Mg mit einem solchen Gehalt, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt, und einen Rest von im Wesentlichen Al und einer unvermeidlichen Verunreinigung enthält. Der Leiter besitzt eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr. Das Herstellungsverfahren umfasst den Schritt des Herstellens einer Litze durch Bündeln von elementaren Drähten mit der oben beschriebenen Zusammensetzung und den Schritt des Unterwerfens des Drahts einer Wärmebehandlung, einem Abschrecken und einer Alterungswärmebehandlung. Die Lösungsbehandlungstemperatur beträgt 500 bis 580°C und die Alterungswärmebehandlungstemperatur beträgt 150 bis 220°C. Das Erhitzen bei der Lösungsbehandlung ist Hochfrequenzinduktionserhitzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-134212 [0006, 0008]

Claims

Leiter, umfassend eine Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Aluminiumlegierung enthält: Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 Massen-%; Mg mit einem solchen Gehalt, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt; und einen Rest von im Wesentlichen Al und einer unvermeidlichen Verunreinigung, wobei der Leiter eine Zugfestigkeit von 240 MPa oder mehr, eine Bruchdehnung von 10% oder mehr, eine Schlagabsorptionsenergie von 8 J/m oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 40% IACS oder mehr besitzt.
Leiter nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierung weiterhin ein oder mehrere Element(e) aus der Gruppe Fe, Cu, Cr und Mn enthält, wobei der Gesamtgehalt an einem oder mehreren Element(en) 0,5 Massen-% oder weniger ist.
Leiter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aluminiumlegierung weiterhin ein oder zwei Element(e) aus der Gruppe von nicht mehr als 500 ppm Ti und nicht mehr als 50 ppm B enthält.
Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Leiter eine Querschnittsfläche von 0,75 mm² oder weniger besitzt.
Verfahren zur Herstellung eines Leiters, umfassend die folgenden Schritte: Herstellen einer Litze durch Bündeln einer Mehrzahl von elementaren Drähten aus einer Aluminiumlegierung, die Si mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 Massen-%, Mg mit einem solchen Gehalt, dass das Gewichtsverhältnis Mg/Si im Bereich von 0,8 bis 1,8 liegt, und einen Rest von im Wesentlichen Al und einer unvermeidlichen Verunreinigung enthält; und Unterwerfen der Litze einer Lösungsbehandlung, dann Unterwerfen der Litze einem Abschrecken und dann Unterwerfen der Litze einer Alterungswärmebehandlung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Erwärmungstemperatur beim Unterwerfen der Litze der Lösungsbehandlung 500 bis 580°C beträgt und die Erwärmungstemperatur beim Unterwerfen der Litze der Alterungswärmebehandlung 150 bis 220°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Erwärmen während der Lösungsbehandlung ein Hochfrequenzinduktionserhitzen ist.