DE1558797C - Verfahren zur Herstellung von Lei terdraht aus AlMgSi Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfuhren zur Herstellung V(Mi Leiterclrnht ims AIMgSi-Legicningen mit 0,2 bis 1,3¹V₀ Silicium- und 0,3 bis l,4°/„ Magne» siumgchalt,

Legierungen des vorgenannten Typs werden in großem Umfang für Leilerdrilhte verwendet, Leiterdrühte aus der Aluminiumlegierung 6201 z, B. weisen in wilrmevergütetem Zustand eine Zugfestigkeit von etwa 3220 kg/cm'², eine Mindestdehnung von 3⁽'/₀ und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 53,5 "/<, IACS auf.

Charakteristisch für diese Leiterdrühte ist, daß sie durch Kokillenguß, Wiedererhitzung auf etwa 370 bis 455"C, Heißwalzen zu einer Walzstange, Kaltziehen, Lösungsglühen (Zwischenglühen) bei etwa 538"C während 1 Stunde und nachfolgendes Abschrecken mit Wasser, nochmaliges Kaltziehen und Warmauslagerung zwischen 121 und 232⁰C zur Erzielung genormter Eigenschaften hergestellt werden.

Das cluirgenweise Zwischenglühen wird bei dem Drahlvormalerial in herkömmlicher Weise an verhältnismäßig kleinen, voneinander im Abstand angeordneten Rollen mit einem Gewicht von nicht mehr als 112,4 kg durchgeführt, welche sorgfältig mit Wasser abgeschreckt werden müssen.

Vom Gesichtspunkt der praktischen Herstellung aus gesehen, stellt das Zwischenglühen von kaltgezogenem Draht ein teures und zeitraubendes Verfahren dar. Insbesondere gestaltet es sich wegen der Abschreckempfindlichkeit besagter Legierung schwierig. Es ist zwar bekannt (D. A 11 e η ρ ο h 1, »Aluminium und Aluminiumlegierungen«, Springer-Verlag, 1965, S. 762, 763), daß die Abschreckgeschwindigkeit von AlMgSi-Blcchen um so geringer sein kann, je tiefer die Gehalte an Magnesium und Silicium liegen, andererseits wird aber die Abschreckcmpfindlichkeit der AIMgSi-Legierungen durch Zusatz von Mangan oder Chrom erhöht. So ist das Ergebnis in beträchtlichem Maß von den Legierungsbestandteilen der AIMgSi-Legierung abhängig. Im übrigen trägt das Zwischenglühen von kaltgezogenem Draht auch bei völliger Beherrschung dieses Vorganges nach wie vor erheblich zu den Herstellungskosten von Leitern dieser Art bei.

Es ist daher höchst erwünscht, das Lösungsglühen bei noch weiter zu ziehenden Drähten in einem kontinuierlichen Verfahren zu bewerkstelligen. Dadurch können bedeutsame Einsparungen an Herstellungskosten erreicht werden. Hinzu kommt, daß ein chargenweises Verfahren häufig harte Stellen und undefinierbare Eigenschaften in dem Endprodukt verursacht. Ein kontinuierliches Verfahren schaltet diese Nachteile aus. Bei Vermeidung des gesamten Zwischenglühens können sogar noch größere Einsparungen erreicht werden, wobei das Verfahrensprodukt dem herkömmlichen Leitaiumiiuim sehr ähnlich wäre.

Aufgabe der Erfindung war deshalb, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von Leiterdrähten aus AiMgSi-i.egierungen unter Vermeidung des Zwi·· schenglühens zu entwickeln. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Somit belrilfl die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von l.eilerdrahl aus AIMgSi-Legierungen mit. 0,2 bis l,3^u/„ Silicium und 0,3 bis 1,4"/,, Magnesium fiii l.citcrdralu, das dadurch gekennzeichnet ist, dal.! die Drahtbarren wählend mindestens 5 Minuten bei 510 bis (Ί20 C einem an sich bekannten Lösungsglühen unterzogen, anschließend mit einer Abkühl·· von mehr als 204 ('/min warmgewalzt, nach Beendigung dos Warmwalzens innerhalb von 20 Sekunden auf eine Tempera Uir von unterhalb 121 "C abgeschreckt werden und daß schließlich der Warmwalzdraht in «n sich bekannter Weise kalt gezogen und wilhrend mindestens 15 Minuten bei Temperaturen zwischen 121 und 232"C warm ausgelagert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausfülirimgsfonn des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Drahtbarren beim Warmwalzen zu einer Walzstange gewalzt, ίο welche vorzugsweise einen Durchmesser von 9,5 mm hat. Anschließend werden vorzugsweise die an sich bekannten (s. schweizerische Patentschrift 110 527) folgenden Verfahrensschritte vorgenommen:

(1) Kaltziehen mit etwa 70^u/₀ Quersclinittsabnahme; (2) Warmauslagerung bei 121 bis 232° C während einer Zeit von mindestens 15 Minuten.

Das Verfahren der Erfindung läßt sich im technischen Maßstab gut kontinuierlich durchführen und bringt

ao beträchtliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung von Leiterdrähten mit sich.

Überraschenderweise läßt sich bei dem Verfahren der Erfindung der gesamte Vorgang des Zwischenglühen vermeiden. Die Anwendung der beschriebenen Warmwalz- und Abkühlbehandlungen hält das Magnesiumsilicid ingünstigerWeise inLösung. Beimherkömmlichen Verfahren liegt infolge des üblichen unmittelbaren Kokillengusses und Warmwalzens das Magnesiumsilicid in grob ausgefällter und weit verstreuter Form vor. Diese grobe Ausfällung erfordert eine lange Zeit des Lösungsglühens. Die grobe Ausfällung kann langsam durch chargenweise Behandlung wiederaufgelöst und durch chargenweises Abschrecken in Lösung gehalten werden. Die Nachteile dieser Vcrfahrensweise sind bekannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich z. B. auch auf die Herstellung von Fein- oder Grobblech, insbesondere auf die Herstellung von 9,5 mm dickem und dickerem Grobblech, anwenden. Bevorzugt wird das Verfahren jedoch zur Herstellung von Drähten angewendet. Dies wird im folgenden näher erläutert. Die als Ausgangsmatcrial verwendete Aluminiumlegierung kann in an sich bekannter Weise gegossen sein. Der gegossene Barren wird dann in an sich bekannter Weise (D. A 11 e η ρ ο Ii 1, »Aluminium und Aluminiumlegierungen«, Springer-Verlag, 1965, S. 754 ff.) durch Erhitzen während einer Zeit von mindestens 5 Minuten, bei Temperaluren von 510 bis 620⁰C, vorzugsweise während einer Zeit von 15 Minuten bis 16 Stunden, bei Temperaturen von 525 bis 565° C, dem Lösungsglühen unterworfen, wobei eine vollständige Auflösung der Legierungsbestandteile stattfindet.

Nach dem Lösungsglühen wird der gegossene Barren zu einer Walzstaiige warmgewalzt, welche üblicherweise einen Durchmesser von ungefähr 9,5 mm aufweist. Das Warmwalzen wird so durchgeführt, daß während des Warinwai/vorgangesdie Abkühlgeschwindigkeit höher als 204CZmIn ist. Bei der Herstellung

<io von Fein- oder Grobblech ist die Abkühlgeschwindigkeit höher als 37,X C/min. Bei Anwendung des vorgenannten Warmwalzvorganges ist die aus dem Rollengerüst kommende Walzstange im wesentlichen frei von ausgefälltem Magnesiunisilicid. Die Walzstaiige wird dann mil einer Kühlgcschwindigkeil von über 37,H C; min und bei einer Verzögerung von nicht mehr als 20 see, vorzugsweise weniger als I 5 see, zwischen der Abkühlbehandluug und dem letzten Warmwalzstich

ιιιιΓ cine Temperatur unter 121 C gekühlt, vorzugsweise auf Raumtemperatur, Die Geschwindigkeit;, mit der das Material von 121 "C auf Riuimtemperatur gekühlt wird, spielt keine besondere Rolle. Im ungemeinen erfolgt die Abkühlung auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von mehr als 37,8" C/min. Das Magncsiumsilicid wird wilhrend dieses Vorganges im Lösung gehalten, so cliili die i'iblieherwcise notwendige Zwischenglühung entfüllt.

Die Wulzstunge kann dann mit über ¹JK °/„ Qucrschnittsabnahmc kaltgezogen werden, ohne dall ein Zwischenglühen erforderlich ist. Hierin liegt ein Unterschied zum bekannten Verfahren, bei welchem für den Betrag der Querschnittsabnahmc nach dem Lösungsglühen eine obere Grenze besteht.

Wenn die Aluminiumlegierung 6201 zur Anwendung kommt, ist es erforderlich, eine mindestens 70prozentige Kaltreduktion, vorzugsweise eine mindestens 75-prozentige Kaltreduktion, vor der Wärmeauslagerung vorzunehmen,

Durch die Wärmeauslagerung von mindestens 15 Minuten bei Temperaturen von 121 bis 232 C, vorzugsweise 1 bis 8 Stunden bei 149 bis 177 C, erhält das Material seine endgültigen Eigenschaften.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt verwendete Legierung ist Legierung 6201, die 0,6'bis 0,9 °/₀ Magnesium, 0,5 bis 0,9 °/₀ Silicium, bis 0,5 °/„ Eisen, bis 0,1 °/₀ Kupfer, bis 0,1 °/₀ Zink, bis 0,03 °/₀ Mangan, bis 0,03 "/„ Chrom, andere jeweils bis 0,3 °/₀, insgesamt bis 0,1 °/₀, Rest Aluminium, enthält. Die Legierung kann herkömmliche Verunreinigungen enthalten. Zusatzstoffe können Verwendung finden, um besondere Ergebnisse /u erzielen. So kann die Legierung z. B. bis 1,0¹V₀ Eisen, bis 1,0°/₀ Kupfer, bis, 0,8ⁿ/₀ Mangan, bis 0,35 °/₀ Chrom, bis 0,5% Zink, bis 0,001 bis 0,05 °/(, Bor, bis 0,2°/„ Titan, andere jeweils bis 0,05°/₀, insgesamt bis 0,15°/₀, enthalten. Insbesondere Bor ist ein vorteilhafter Zusatzstoff.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Eine Legierung, enthaltend 0,72 °/₀ Magnesium, 0,68 °/„ Silicium, 0,22°/₀ Eisen und 0,018 °/₀ Bor, wurde in der Kokille gegossen. Das Gußstück halle einen Durchmesser von 5,72 cm. Das Gußstück wurde auf etwa 398 C wiedererhitzt, etwa 30 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten und in einem kontinuierlich arbeitenden 10-Rollen-Gerüst warm zu einer Walzstange mit einem Durchmesser von 0,95 cm ausgewalzt. Die Walzstange verließ das Gerüst bei etwa 288° C und wurde durch Luftkühlung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die so erhaltene Walzstange zeigte eine grobe Dispersion von nicht gelöstem Mg₂Si. Die Walzstange wurde mit 80°/_u Querschnittsabnahme kaltgezogen und dann 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Vier Proben des so erhaltenen Drahtes zeigten eine niedrige mittlere Zugfestigkeit von etwa 2450 kg/cm-.

Beispiel 2

Die Walzstange vom Beispiel 1 wurde H) Minuten lang auf einer Temperatur von etwa 550 C gehalten, wobei die Totalverweil/eil im Ofen Id Minuten betrug; anschließend wurde die Wal/slange mit Wasser sofort und ohne bewußte Verzögerung abgeschreckt. Dieser Vorgang diente zur vollständigen Auflösung des groben Mg;_;Si. Die so behandelte Wal/slange wurde mit 80°/,, Querschnitlsiibnuhme kaltgezogen und 4 Stunden bei 163"C ausgelagert. 8 Proben des Drahtes zeigten eine zufriedenstellende mittlere Zugfestigkeit von 3360 kg/cm'¹, Das ist praktisch eine Verdopplung der bisherigen Ergcbniüsc.

Beispiel 3

Der gegossene Drahtbarren vom Beispiel 1 wurde

»ο auf eine Temperatur von 550 C erhitzt und 15 Minuten bis 5 Stunden lang auf dieser Temperatur gehallen. Der Barren wurde dann in einem H)-Rollen-Gerüsl zu einer Walzstange mit eiiiem Durchmesser von 0,95 cm ausgewalzt, Der gegossene Barren wurde bei 550 C in das Rollen-Gerüst eingeführt und trat in h'orm der Walzstange bei einer Temperatur von 343 C aus. Die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit während des Warmwalzens betrug etwa 870 C/min. Der Barrun wurde dann in ruhender Luft auf Raumtemperatur

ao abgekühlt; die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit betrug dabei etwa 5,6 C;min. Die Prüfung der MikroStruktur zeigte eine feine Dispersion von ausgefälltem Mg₂Si. Die Walzslange wurde anschließend mit 80°/₀ Querschnittsabnahmu kaltgezogen und erhielt so einen Durchmesser von etwa 0,4 cm. Dieser Draht wurde 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Vier Proben dieses Drahtes zeigten eine niedrige mittlere Zugfestigkeit von etwa 2450 kg.'cm*.

B e i s ρ i e 1 4

Der Drahtbarren vom Beispiel 1 wurde gemäß Beispiel 3 warmgewalzt, wobei die Temperatur beim Austritt aus dem Rollen-Gerüst343 CunddicdurchschniU-liehe Kühlgeschwindigkcit während des Warmwalzens 870 C/min betrug. Die das Rollen-Gerüst verlassende Walzstange wurde in kaltem Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt, wobei eine Verzögerung von nicht mehr als 2 Sekunden zwischen Verlassen des Rollen-Gerüstes und Eintauchen in das Kühlmedium stattfand. Die Abkühlgeschwindigkeil der Stange in dem Kühlmedium war sehr hoch und betrug etwa 5550"C/min. Die so behandelte Walzslange zeigte in der Mikrostruktur keine wesentliche Ausfällung \on Mg₂Si. Die Walzstange wurde dann mit 80"■„ Querschnittsabnahme kaltgezogen und erhielt einen Durchmesser von etwa 0,4 cm. Der Draht wurde 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Acht Proben dieses Drahtes zeigten eine befriedigende mittlere Zugfestigkeit von etwa 3430 kg/cm², eine mittlere Dehnung von 5°,₀ und eine mittlere elektrische Leitfähigkeit von etwa 54°'_O IACS.

Beispiel 5

Ein gemäß Beispiel 1 gegossener Drahtbarren wurde gemäß Beispiel 3 warmgewalzt. Die Wal/stange verließ das Rollen-Gerüst bei etwa 343 C; die initiiere Kühlgcschwindigkeit wahrend des Wannwalzens betrug 87ü'C,min. Die Wal/stange wurde 15 Sekunden in ruhender Luft belassen und anschließend gemäß Beispiel 4 mit Wasser abgeschreckt. Die Makrostruktur der Wal/stange zeigte kaum sichtbare, gelegentliche Spuren von Mg.,Si--\usfä'llung, Die Wal/stange winde

fi;, dann mil W _(l Querschnitts.ibnahine kaltgezogen und erhielt so einen Durchmesser wm etwa 0,4 cm. Dieser Draht wurde 4 Stunden bei 163 C ausgelagert. Vier Proben dieses Drahtes /ciglen eine initiiere Zugfestig-

keil von 3360 kg/cm⁸, eine mittlere Dehnung von 6% und eine mittlere elektrische l.citfühigkcit von 54% IACS.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur I lerslcllung von Leiterdraht aus AIMgSi-Legierungen mit 0,2 bis 1,3% Silicium und 0,3 bis 1,4% Magnesium für Leiterdraht, dad Ii r c h g e k c η η ζ c i c h η e I, daß die Drahtbarren wiihrend mindestens 5 Minuten bei 510 bis 620 C einnm an sich bekannten Lösungsglühen unter/ogen,anschließend mitcincr Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 204^cC/min warmgewalzt, nach Beendigung des Warmwalzens innerhalb von 20 Sekunden¹ auf eine Temperatur von unterhalb 121⁰C abgeschreckt werden und daß schließlich der Warmwalzdraht in an sich bekannter Weise kalt gezogen und wiihrend mindestens 15 Minuten bei Temperaturen zwischen 121 und 232⁰C warm ausgelagert wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung aus

0,6 bis 0,9% Magnesium,

0,5 bis 0,9% Silicium, a₅

bis 0,5% Eisen,

bis 0,1% Kupfer, bis 0,1 "/„ Zink, bis 0,03 "/„Mangan, bis 0,03% Chrom,

andere jeweils bis 0,03%. insgesamt bis 0,1%, Rest Aluminium,

3. Anwendung dos Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung aus

0,2 bis 1,3% Silicium, 0,3 bis 1,4% Magnesium,

bis 1,0% liisen,

bis 1,0% Kupfer,

bis 0,8% Mangan,

bis 0,35% Chrom,

bis 0,5% Zink,

bis 0,2% Titan,

andere jeweils bis 0,05%, insgesamt bis 0,15%, Rest Aluminium.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung nach Anspruch 3 mit einem zusätzlichen Borgehalt von 0,001 bis 0,05 %.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kaltziehen mit einer Querschnittsabnahme von mindestens 70% durchführt.