DE1621320B2 - Verfahren zum handfesten verbinden von aluminium mit rost freiem stahl durch walzplattieren - Google Patents
Verfahren zum handfesten verbinden von aluminium mit rost freiem stahl durch walzplattierenInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf mit Aluminium und die so erwärmten Bleche unter Aufrechterhaltung
plattiertem rostfreiem Stahl und betrifft speziell ein der Schutzatmosphäre so gewalzt werden, daß das Alu-Verfahren
zum Verbinden von Aluminium mit rost- minium an den rostfreien Stahl angepreßt und eine
freiem Stahl. Verminderung der Gesamtdicke von etwa 30 bis 40 %
Verbundmetallbleche aus mit Aluminium plattier- 5 erzielt und die an den Stahl angrenzende Aluminiumtem
rostfreiem Stahl werden dann vielfach verwendet, schicht gezwungen wird, relativ zur Stahloberfläche
wenn es erwünscht ist, die Vorteile der ausgezeichne- plastisch zu fließen, wodurch zwischen der Alumiten
Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums und die Kor- niumschicht und der Schicht aus rostfreiem Stahl eine
rosionsbeständigkeit des rostfreien Stahls auszunüt- Haftverbindung gebildet wird, und daß dann die so
zen, so z. B. bei der Herstellung von Kochgeschirren, io verbundenen Schichten aus Aluminium und rost-Reaktionsgefäßen
u. dgl. Die Verbindung zwischen freiem Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa
der Schicht oder den Schichten aus rostfreiem Stahl 343 bis 455° C erwärmt werden, um eine Metalldiffu-
und der Schicht oder den Schichten aus Aluminium, sion zwischen den Schichten zu bewirken und somit
die das Verbundmetallblech ergeben, muß ausreichend eine metallurgische Bindung zwischen den angrenzenfest
sein, damit sie den Beanspruchungen und BeIa- 15 den Oberflächen des rostfreien Stahls und des metallistungen
bei der Herstellung und bei hartem Gebrauch sehen Aluminiums zu erzeugen,
standhält. Daher sollte eine metallurgische Verbin- Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die dung, d. h. eine durch Diffusion des einen Metalls in Bleche tatsächlich unter solchen Bedingungen miteindas andere gebildete Verbindung, an der Grenzfläche ander zusammengebracht, welche sicherstellen, daß die zwischen den das Verbundmetall bildenden Metallen 20 normalerweise auf jeder Metallfläche vorhandene vorhanden sein. Die Oberflächen sowohl von rost- Oxidhaut nicht zerstört wird. Das Vorhandensein der freiem Stahl wie auch von Aluminium sind jedoch Oxidhaut ist vielmehr ein notwendiger Faktor zur endnormalerweise vollständig mit einer Schutzhaut aus gültigen Erzeugung einer metallurgischen Bindung Metalloxid versehen, die, obwohl mikroskopisch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dünn, den für die Bildung der erwünschten metallur- 25 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit gischen Verbindung notwendigen Kontakt von Metall einer oder beiden Seiten einer Schicht oder eines zu Metall verhindert. Demzufolge war es bisher üblich, Bleches aus rostfreiem Stahl eine Schicht oder ein wenn eine metallurgische Bindung zwischen den aus Blech aus Aluminium verbunden werden. Es kann rostfreiem Stahl und Aluminium bestehenden Schichten auch mit einer oder beiden Seiten einer Schicht aus des Verbundmetalls erhalten werden sollte, den 30 Aluminium eine Schicht aus rostfreiem Stahl verbun-Schutzüberzug von den Oberflächen der miteinander den werden. Außerdem können Schichten aus AIuzu verbindenden Metallschicht auf physikalisch oder minium und rostfreiem Stahl miteinander zu einem chemische Weise zu entfernen, so daß das sogenannte relativ langen oder endlosen Blechstreifen verbunden naszierende oder rohe elementare Metall dieser Ober- werden, aus dem später eine Reihe anderer nützlicher flächen direkt miteinander in Berührung gebracht 35 Gegenstände hergestellt werden kann. Das Verbundwerden kann, ohne daß ein physikalisches Hindernis material kann vorteilhafterweise auch in der Form von aus Aluminium- oder einem anderen Oxid dazwischen- relativ kleinen, flachen Rohlingen hergestellt werden, liegt. Da sich der Oxidfilm auf Aluminium meist äugen- die bereits annähernd die Größe und Gestalt der einblicklich neu bildet, wenn eine frische Oberfläche von zelnen Gegenstände, die letztlich aus ihnen hergestellt elementarem Aluminium an die Luft gebracht wird, 40 werden, aufweisen.
standhält. Daher sollte eine metallurgische Verbin- Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die dung, d. h. eine durch Diffusion des einen Metalls in Bleche tatsächlich unter solchen Bedingungen miteindas andere gebildete Verbindung, an der Grenzfläche ander zusammengebracht, welche sicherstellen, daß die zwischen den das Verbundmetall bildenden Metallen 20 normalerweise auf jeder Metallfläche vorhandene vorhanden sein. Die Oberflächen sowohl von rost- Oxidhaut nicht zerstört wird. Das Vorhandensein der freiem Stahl wie auch von Aluminium sind jedoch Oxidhaut ist vielmehr ein notwendiger Faktor zur endnormalerweise vollständig mit einer Schutzhaut aus gültigen Erzeugung einer metallurgischen Bindung Metalloxid versehen, die, obwohl mikroskopisch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dünn, den für die Bildung der erwünschten metallur- 25 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit gischen Verbindung notwendigen Kontakt von Metall einer oder beiden Seiten einer Schicht oder eines zu Metall verhindert. Demzufolge war es bisher üblich, Bleches aus rostfreiem Stahl eine Schicht oder ein wenn eine metallurgische Bindung zwischen den aus Blech aus Aluminium verbunden werden. Es kann rostfreiem Stahl und Aluminium bestehenden Schichten auch mit einer oder beiden Seiten einer Schicht aus des Verbundmetalls erhalten werden sollte, den 30 Aluminium eine Schicht aus rostfreiem Stahl verbun-Schutzüberzug von den Oberflächen der miteinander den werden. Außerdem können Schichten aus AIuzu verbindenden Metallschicht auf physikalisch oder minium und rostfreiem Stahl miteinander zu einem chemische Weise zu entfernen, so daß das sogenannte relativ langen oder endlosen Blechstreifen verbunden naszierende oder rohe elementare Metall dieser Ober- werden, aus dem später eine Reihe anderer nützlicher flächen direkt miteinander in Berührung gebracht 35 Gegenstände hergestellt werden kann. Das Verbundwerden kann, ohne daß ein physikalisches Hindernis material kann vorteilhafterweise auch in der Form von aus Aluminium- oder einem anderen Oxid dazwischen- relativ kleinen, flachen Rohlingen hergestellt werden, liegt. Da sich der Oxidfilm auf Aluminium meist äugen- die bereits annähernd die Größe und Gestalt der einblicklich neu bildet, wenn eine frische Oberfläche von zelnen Gegenstände, die letztlich aus ihnen hergestellt elementarem Aluminium an die Luft gebracht wird, 40 werden, aufweisen.
ist es erforderlich, das Entfernen der Oxidhaut und das Das in direktem Kontakt mit den Schichten aus rost-Zusammenbringen
der freien Metalloberflächen der freiem Stahl gebrachte Aluminium sollte gegenüber
Fläche aus Aluminium und rostfreiem Stahl in einer dem rostfreien Stahl eine ausreichende Duktilität aufschützenden
Umgebung, etwa in einer reduzierenden weisen, damit das gewünschte plastische Fließen des
oderinertenAtmosphäre,vorzunehmen.Diegewünschte 45 Aluminiums gegenüber dem rostfreien Stahl während
metallurgische Bindung wird dann dadurch erzeugt, des Walzvorganges stattfinden kann. Bei der erforderdaß
die Bleche einer kombinierten Wärme- und Druck- liehen Verminderung der Gesamtdicke des Verbundbehandlung
unterworfen, so z. B. in bekannter Weise materials von insgesamt 30 bis 40 °/„ sollte die Dickenwarm gewalzt werden. Die Forderung, daß die Ober- abnähme des rostfreien Stahls auf etwa 2 bis 7 °/o beflächen
der Bleche vor und während der Bildung der 50 schränkt werden. Dieses Verhältnis kann leicht durch
Verbindung oxidfrei sein müssen, macht die Verwen- Verwendung von reinem Aluminium oder verformbaren
dung von komplexen und teuren Techniken und Vor- Aluminiumlegierungen, so z. B. der Aluminiumlegie
richtungen nötig. Dies ist ein bedeutender Nachteil der rungen 1100, 3003 und 5005, und durch Verwendung
herkömmlichen Verfahren zum Verbinden von Alu- von Walzschmiermitteln unterschiedlicher Schmierminium
mit rostfreiem Stahl. 55 fähigkeit auf den Walzflächen der beiden Metalle er-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen reicht werden. Die Oberfläche des Aluminiums, die
Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren zur Erzeu- mit dem rostfreien Stahl in Kontakt gebracht wird,
gung einer metallurgischen Bindung zwischen rost- muß fettfrei, d. h. frei von Öl und Fett, und außerdem
freiem Stahl und Aluminium zu schaffen, bei dem nicht frei von Walzzunder und anderen groben Oberflächenzuerst
die Oxidhaut von der Oberfläche der beiden 60 verunreinigungen sein, sie darf jedoch keinen Reini-
Metalle entfernt werden muß. gungsvorgängen unterworfen werden, welche die nor-
Die Erfindung besteht darin, daß ein sauberes, fett- malerweise auf der Aluminiumoberfläche vorhandene
freies Aluminiumblech, das die normale Schutzhaut aus natürliche Metalloxidhaut für die Dauer entfernen oder
Aluminiumoxid aufweist, in Oberflächenkontakt mit unterbrechen können.
einem sauberen, fettfreien Blech aus rostfreiem Stahl 65 Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwen-
gebracht wird, daß die beiden Bleche dann in einer dete rostfreie Stahl kann von gewöhnlicher Art und
nichtoxydierenden Schutzatmosphäre auf eine Tempe- Qualität sein, so können z. B. die rostfreien Stahllegie-
ratur im Bereich von 482 bis 565° C erwärmt werden rungen 202, 302 und 304 wie auch andere rostfreie
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Stähle des Austenit-Typs Verwendung finden. Die Stahls kann durch Anwendung verschiedener Walzen-Oberfläche
des mit dem Aluminium zu verbindenden geschwindigkeiten und unterschiedlicher Oberflächen-Stahles
sollte in ähnlicher Weise fettfrei und frei von beschaffenheit der mit den beiden Metallen in Berüh-Walzzunder
oder anderen groben Oberflächenverun- rung kommenden Walzen erzielt werden. Durch das
reinigungen sein. Sie braucht jedoch nicht so behandelt 5 plastische Fließen, das eine Folge des unter diesen
zu werden, daß die normalerweise auf der Stahlober- kontrollierten Bedingungen durchgeführten Walzenfläche
vorhandene natürliche Oxidhaut entfernt wird. Vorganges ist, werden die Bleche nach Art einer Haft-
Die Bleche aus Aluminium und rostfreiem Stahl verbindung oder mechanischen Verbindung miteinwerden
vor dem Walzvorgang in einer nichtoxydieren- ander verbunden, bei der der an den Berührungsflächen
den Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen etwa io der Schichten des Verbundmetalles vorhandene Oxid-482
und 565° C erwärmt. Die Schutzatmosphäre ist film eine wesentliche Rolle spielt,
vorzugsweise im wesentlichen indifferent, obwohl sie Während des Walzens der warmen Bleche wird die mit Vorteil auch reduzierend sein kann, damit ihr obenerwähnte Schutzatmosphäre im wesentlichen um nicht oxydierender Charakter gegenüber dem rost- das Verbundmaterial herum aufrechterhalten. Da die freien Stahl bei der obenerwähnten Temperatur sicher- 15 Aluminiumkomponente des Verbundmaterials beim gestellt ist. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß die Walzvorgang in erheblichem Maße in der Dicke reduwiderstandsfähigen Aluminiumoxid- und Chromoxid- ziert und gestreckt wird, wird sie praktisch auf die Überzüge auf dem Aluminium und dem rostfreien Stahl Oberfläche des rostfreien Stahls aufoktroyiert. Das nicht einmal durch eine reduzierende Atmosphäre re- resultierende Fließen des Aluminiums bewirkt ein duziert werden und daß deshalb eine solche Atmosphäre 20 Aufbrechen und Dispergieren der Aluminiumoxidals indifferent gegenüber den Oberflächen der Metall- oberflächenschicht, wodurch eine saubere Oberfläche bleche angesehen werden kann. Ausgezeichnete Er- von naszierendem Aluminium gebildet und diese in gebnisse wurden beispielsweise bei Verwendung einer Kontakt mit dem rostfreien Stahl gebracht wird. Durch Stickstoff atmosphäre erzielt, welche jeweils eine kleine Aufrechterhalten der das Verbundmaterial umgeben-Menge sowohl an Wasserstoff als auch an Kohlen- 25 den Schutzatmosphäre wird während dieser Stufe eine monoxyd, im allgemeinen jeweils etwa 1 bis 2 Volum- Reoxydation des freigelegten frischen Aluminiums und prozent, enthielt und im wesentlichen sauerstoff- und eine Oxydation der Oberfläche des rostfreien Stahls kohlendioxydfrei war. Der Feuchtigkeitsgehalt der verhindert. Dies hat zur Folge, daß eine Bindung Atmosphäre sollte ebenfalls niedrig gehalten werden, zwischen dem Aluminium und dem Stahl gebildet im allgemeinen ausreichend niedrig, um einen Tau- 30 wird. Es hat sich als praktisch erwiesen, den Ausgang punkt von —40° C oder weniger zu erhalten, damit eine des Ofens mit einer Verlängerung zu versehen, die bis Oxydation der zu verbindenden Oberflächen während dicht an den Spalt zwischen den Walzen vorspringt, so des Erwärmens und des Walzvorganges vermieden daß ein Teil der im Ofen befindlichen Atmosphäre wird. Das Erwärmen in einer solchen kontrollierten gleichzeitig mit dem erhitzten Verbundmaterial ausAtmosphäre kann in einfacher Weise in einem Durch- 35 gestoßen wird, wenn dieses eine Ausgangsöffnung in laufofen vorgenommen werden, der direkt in ein der Verlängerung des Ofens verläßt, und dazu dient, Walzwerk übergeht, wobei die Bleche aus rostfreiem die gewünschte Schutzatmosphäre rund um das VerStahl und Aluminium beim Durchlaufen des Ofens bundmaterial zu schaffen, während dieses gewalzt wird, lediglich übereinander angeordnet sind. Die durch den Walzvorgang geschaffene Verbindung
vorzugsweise im wesentlichen indifferent, obwohl sie Während des Walzens der warmen Bleche wird die mit Vorteil auch reduzierend sein kann, damit ihr obenerwähnte Schutzatmosphäre im wesentlichen um nicht oxydierender Charakter gegenüber dem rost- das Verbundmaterial herum aufrechterhalten. Da die freien Stahl bei der obenerwähnten Temperatur sicher- 15 Aluminiumkomponente des Verbundmaterials beim gestellt ist. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß die Walzvorgang in erheblichem Maße in der Dicke reduwiderstandsfähigen Aluminiumoxid- und Chromoxid- ziert und gestreckt wird, wird sie praktisch auf die Überzüge auf dem Aluminium und dem rostfreien Stahl Oberfläche des rostfreien Stahls aufoktroyiert. Das nicht einmal durch eine reduzierende Atmosphäre re- resultierende Fließen des Aluminiums bewirkt ein duziert werden und daß deshalb eine solche Atmosphäre 20 Aufbrechen und Dispergieren der Aluminiumoxidals indifferent gegenüber den Oberflächen der Metall- oberflächenschicht, wodurch eine saubere Oberfläche bleche angesehen werden kann. Ausgezeichnete Er- von naszierendem Aluminium gebildet und diese in gebnisse wurden beispielsweise bei Verwendung einer Kontakt mit dem rostfreien Stahl gebracht wird. Durch Stickstoff atmosphäre erzielt, welche jeweils eine kleine Aufrechterhalten der das Verbundmaterial umgeben-Menge sowohl an Wasserstoff als auch an Kohlen- 25 den Schutzatmosphäre wird während dieser Stufe eine monoxyd, im allgemeinen jeweils etwa 1 bis 2 Volum- Reoxydation des freigelegten frischen Aluminiums und prozent, enthielt und im wesentlichen sauerstoff- und eine Oxydation der Oberfläche des rostfreien Stahls kohlendioxydfrei war. Der Feuchtigkeitsgehalt der verhindert. Dies hat zur Folge, daß eine Bindung Atmosphäre sollte ebenfalls niedrig gehalten werden, zwischen dem Aluminium und dem Stahl gebildet im allgemeinen ausreichend niedrig, um einen Tau- 30 wird. Es hat sich als praktisch erwiesen, den Ausgang punkt von —40° C oder weniger zu erhalten, damit eine des Ofens mit einer Verlängerung zu versehen, die bis Oxydation der zu verbindenden Oberflächen während dicht an den Spalt zwischen den Walzen vorspringt, so des Erwärmens und des Walzvorganges vermieden daß ein Teil der im Ofen befindlichen Atmosphäre wird. Das Erwärmen in einer solchen kontrollierten gleichzeitig mit dem erhitzten Verbundmaterial ausAtmosphäre kann in einfacher Weise in einem Durch- 35 gestoßen wird, wenn dieses eine Ausgangsöffnung in laufofen vorgenommen werden, der direkt in ein der Verlängerung des Ofens verläßt, und dazu dient, Walzwerk übergeht, wobei die Bleche aus rostfreiem die gewünschte Schutzatmosphäre rund um das VerStahl und Aluminium beim Durchlaufen des Ofens bundmaterial zu schaffen, während dieses gewalzt wird, lediglich übereinander angeordnet sind. Die durch den Walzvorgang geschaffene Verbindung
Die warmen Bleche werden dann gewalzt, um das 40 ist für die meisten Verwendungszwecke zu schwach, sie
Aluminium an den rostfreien Stahl anzupressen und die ist jedoch ausreichend fest, um den Metall-zu-Metallan
die Stahloberfläche angrenzende Aluminiumschicht Kontakt zwischen dem Aluminium und dem rostfreien
relativ zur Stahloberfläche zum plastischen Fließen zu Stahl während der nachfolgenden Wärmebehandlung
bringen. Eine ausreichendes plastisches Fließen wird aufrechtzuerhalten. Das Verbundmaterial hat zwar
erzielt, wenn die durch das Walzen bedingte gesamte 45 bei seinem Eintritt in das Walzwerk eine Temperatur
Dickenverminderung des Verbundmaterials etwa 30 von etwa 482 bis 565° C, doch wird seine Temperatur
bis 40 °/o beträgt. Obgleich sowohl das Aluminium als durch die Berührung mit den Walzen, die auf einer
auch der rostfreie Stahl durch die vorhergehende relativ niedrigen Temperatur gehalten werden müssen,
Wärmebehandlung wirksam weichgeglüht sind, wird damit sie eine lange Lebensdauer haben, sofort erdas
Aluminiumblech (dieser in der Beschreibung und 50 niedrigt. Dies hat zur Folge, daß der metallische Konin
den Ansprüchen verwendete Ausdruck schließt auch takt zwischen dem Aluminium und dem Stahl bei einer
die verformbaren Aluminiumlegierungen ein) leichter Temperatur geschaffen wird, bei der eine wesentliche
deformiert als der Stahl, was zu einem plastischen Metalldiffusion noch nicht stattfindet. Deshalb muß
Fließen des Aluminiums über die Stahloberfläche führt. das gewalzte Verbundmaterial noch einmal erwärmt
Wenn die relative Duktilität der beiden Komponenten 55 werden, um diese Diffusion zu bewirken und eine feste
nicht ausreicht, um die Deformierung des rostfreien metallische Bindung zwischen den beiden Komponen-Stahls
auf etwa 2 bis 7 °/„ bei der Gesamtverminderung ten zu schaffen.
des Verbundmaterials von insgesamt 30 bis 40 °/0 zu Wie schon oben erwähnt, können die Metallschich-
begrenzen, kann die Deformierung der Stahlkompo- ten des Verbundmaterials in der Form eines relativ lan-
nente durch Verwendung eines Walzschmiermittels 60 gen oder endlosen Streifens miteinander verbunden
für den Stahl verringert werden, das eine geringere werden. In diesem Falle werden die Bleche zuerst
Schmierwirkung hat als das für die Aluminiumkompo- kontinuierlich durch einen Ofen geführt, um sie auf die
nente verwendete Schmiermittel. Die relative Verform- Verbindungstemperatur zu erwärmen, und dann zwi-
barkeit des Aluminiums gegenüber dem rostfreien sehen Walzen hindurchgeführt, welche die notwendige
Stahl kann außerdem durch Erhöhen der Temperatur 65 mechanische Bearbeitung der erwärmten Bleche be-
innerhalb des obenerwähnten Wärmebereiches erhöht wirken. Die zur Herstellung des Verbundmetalls ver-
werden. Eine weitere Steuerung der relativen Dicke- wendeten Bleche aus Aluminium und rostfreiem Stahl
Verminderung des Aluminiums und des rostfreien können auch, wie schon erwähnt, in der Form von ein-
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zelnen Rohlingen der ungefähren Größe und Gestalt und ohne Reinigung oder Vorbereitung der zu verder
Erzeugnisse vorliegen, die letztlich aus dem ferti- bindenden Oberflächen verwendet. Die Komponenten
gen Verbundmaterial hergestellt werden sollen. Im eines jeden Verbundmetalls wurden übereinandergeletzten
Fall werden die zwei oder mehr Bleche, aus schichtet und in einen Durchlaufofen gebracht, in
denen das Verbundmaterial hergestellt werden soll, 5 dessen Erhitzungskammer Laufrollen vorgesehen sind
vorteilhaft zuerst an einer Kante durch eine Punkt- und der direkt in ein Walzwerk übergeht. Der Ofen
schweißung od. dgl. aneinander angeheftet, bevor sie enthielt eine Schutzatmosphäre zur Vermeidung einer
erwärmt und gewalzt werden. Da das Aluminium mehr Oxydation des rostfreien Stahls, welche aus Stickstoff
gestreckt wird als der rostfreie Stahl, wird vorteilhaft und geringen Mengen, d. h. jeweils 1 bis 2% Wasserein
Aluminiumblech verwendet, das um einen entspre- io stoff und Kohlenmonoxyd, zusammengesetzt war.
chenden Betrag kürzer ist als der rostfreie Stahl, so Sauerstoff und Kohlendioxyd waren vollständig ausdaß
die beiden Bleche nach dem Walzvorgang, bei dem geschlossen und das Wasser bis zu einem Grad entsie
aneinandergepreßt und gestreckt werden, annähernd fernt, bei dem sich ein Taupunkt von unter —40°C
die gleiche Ausdehnung aufweisen. ergab.
Das gewalzte Verbundmaterial, das an der Grenz- 15 Die Verbundmaterialien wurden auf eine Temperaschicht
zwischen den einzelnen Blechen Flächen von tür von etwa 5100C erhitzt und dann direkt in ein
naszierendem, freigelegtem Metall aufweist, wird dann Walzwerk geführt, wo ihre Dicke auf etwa 2,0 mm
einer Wärmebehandlung unterworfen, um die Diffu- entsprechend einer Verminderung von insgesamt etwa
sion von naszierendem Metall aus der Kontaktfläche 33 bis 34°/q3 verringert wurde. Bei dem gewalzten Vereines
Metalls in die andere Metalloberfläche zu er- 20 bundmaterial war die Dicke des Stahles nur um eine
zwingen und dabei die gewünschte metallurgische Bin- geringe Menge, um weniger als 5 %>
verringert, dung oder Diffusionsbindung zwischen den einzelnen wogegen die des Aluminiums um ungefähr 36 % verSchichten
des Verbundmaterials zu bilden. Bei der ringert worden war. Die unterschiedliche Verminde-Wärmebehandlung,
bei der keine Kontrolle der das rung der Dicke der beiden Komponenten ist darauf
Material umgebenden Atmosphäre erforderlich ist, 25 zurückzuführen, daß der rostfreie Stahl bei der angewird
das Verbundmaterial oder ein bestimmter Teil wendeten Temperatur eine größere Formbeständigdavon
vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich keit hat als das Aluminium und daß das zur Kühlung
von etwa 343 bis 455° C erwärmt und auf dieser Tem- der Walzen verwendete Wasser als Schmiermittel für
peratur eine bestimmte Zeitgehalten, diezur Ausbildung die den rostfreien Stahl berührende Walze dagegen für
der gewünschten Diffusionsbindung ausreicht. Als 30 die mit dem Aluminium in Berührung kommende
Folge der Wärmebehandlung ergibt sich ein außeror- Walze ein herkömmliches Schmiermittel auf Ölbasis
dentlicher Anstieg der Festigkeit der Verbundmetall- verwendet wurde.
struktur, der offenbar auf der Bildung der erwähnten Nach dem Walzen wurde an vielen Stellen der Vermetallurgischen
oder Diffusionsbindung zwischen den bundmetalle eine Bindungsfestigkeit von etwa 3,6 bis
Schichten des Verbundmetalls beruht. Daß dies der 35 5,5 kg/cm gemessen. Nach der anschließenden Wärme-Fall
ist, geht auch aus der Tatsache hervor, daß die behandlung bei einer Temperatur von 343 0C hatten
Schicht aus rostfreiem Stahl nach einem Schälversuch die Verbundmetalle jedoch eine Bindungsfestigkeit von
an einem Rohling aus dem Verbundmetall, d. h., wenn ungefähr 18 kg/cm oder mehr und andere, bei einer
die Schichten des Verbundmetalls durch Abschälen Temperatur von etwa 4500C behandelte Verbundmevoneinander
gelöst werden, einen einheitlichen Über- 40 talle eine Bindungsfestigkeit von annähernd 36 kg/cm,
zug aus Aluminium aufweist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß sowohl die Bindungs-
Daraus ergibt sich, daß sich die Scherung in dem festigkeit, die das Material vor, als auch die Bindungs-Aluminium
neben der Schicht aus rostfreiem Stahl festigkeit, die es nach der Wärmebehandlung hat,
und nicht zwischen den Oxidhäuten des Aluminiums durch Steigern der Verbindungstemperaur an den
und des rostfreien Stahls abspielt, was normalerweise 45 Walzen erhöht werden kann. Auch kann bei einer
zu erwarten wäre, wenn diese Oxidhäute nicht entfernt gegebenen Verbindungstemperatur die Bindungsworden
wären, um eine Berührung von Metall zu Me- festigkeit des Verbundmaterials erhöht werden, wenn
tall zwischen den Oberflächen der Schichten des Ver- die Temperatur bei der Wärmebehandlung erhöht
bundmetalls zu ermöglichen. wird.
Da der rostfreie Stahl während des Verbindungs- 50 Einige der unter Anwendung einer Wärmebehandvorganges
sehr wenig verformt wurde, ist er, wenn er lungstemperatur von etwa 343° C hergestellten Verursprünglich
weichgeglüht war, immer noch weich, bundmetalle wurden durch einen Tiefziehvorgang zu
und seine Eigenschaften kommen denen des Ursprung- Kochgeschirren verarbeitet, wobei der Tiefziehvorgang
lieh weichgeglühten Materials sehr nahe. Das Alumi- an manchen Stellen einer Kaltverformung um 30 bis
nium ist bei den zur Verbindung und Wärmebehand- 55 35% entsprach. Die Bindungsfestigkeiten wurden
lung angewendeten Temperaturen vollständig weich- während dieser Verformung vermindert, doch lagen sie
geglüht. Das verbundene und wärmebehandelte Ver- sogar an den am stärksten verformten Stellen im allbundmetall
ist daher weich und duktil und für eine gemeinen noch über 9 bis 11 kg/cm. Versuche über die
Kaltbearbeitung oder -verformung bestens geeignet. Auswirkung einer Dickeverminderung in der Kälte
Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung des er- 60 oder einer Kaltverformung auf die miteinander verfindungsgemäßen
Verfahrens, soll die Erfindung je- bundenen und wärmebehandelten Verbundmetalle doch nicht beschränken. zeigten, daß die Bindungsfestigkeit weiter abnimmt,
Es wurden einige typische Verbundmetalle herge- wenn die Streckung oder Verformung vergrößert
stellt, wozu als rostfreier Stahl jeweils ein 0,25 mm wird. Durch eine Wiederholung der nach dem Walzdickes
Material aus weichgeglühter 202-Legierung und 65 Vorgang angewendeten Wärmebehandlung wurden die
als Aluminium ein 2,75 mm dickes Material aus Bindungsfestigkeiten jedoch auf Werte erhöht, die
1100-Legierung verwendet wurden. Beide Materialien über den vor der Kaltverformung gemessenen Werten
wurden vom Hersteller in sauberem Zustand erhalten lagen. Die Erhöhung der Bindungsfestigkeit war am
größten an den Stellen, die am stärksten kalt verformt
worden waren. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß durch die Kaltverformung an der Verbindungsgrenzschicht
des Verbundmaterials noch mehr Stellen an oxydfreiem Material freigelegt werden und
daß an diesen Stellen während der letzten Wärmebehandlung noch eine zusätzliche Diffusion stattfindet.
Claims (4)
1. Verfahren zum haftfesten Verbinden von Aluminium mit rostfreiem Stahl in vorerwärmtem Zustand
durch Walzplattieren in nichtoxydierender Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet,
daß ein sauberes, fettfreies Aluminiumblech mit einem sauberen, fettfreien Blech aus rostfreiem
Stahl ohne vorheriges Entfernen ihrer Oxidhaut in Oberflächenkontakt gebracht wird, die beiden Bleche
dann auf eine Temperatur im Bereich von 482 bis 565° C erwärmt und die so erwärmten Bleche
unter Aufrechterhaltung der Schutzatmosphäre ao unter solchen Bedingungen gewalzt werden, daß
eine Verminderung der .Gesamtdicke beider Bleche
von etwa 30 bis 40 % erzielt und die an den Stahl angrenzende Aluminiumschicht gezwungen wird,
relativ zur Stahloberfläche plastisch zu fließen, und daß abschließend die so verbundenen Schichten
aus Aluminium und rostfreiem Stahl zur Ausbildung einer metallurgischen Bindung einer Diffusionsbehandlung
bei einer Temperatur im Bereich von etwa 343 bis 455° C unterworfen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzvorgang unter Bedingungen
durchgeführt wird, daß die Dickeverminderung des rostfreien Stahlbleches etwa 2 bis 7°/0 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vor dem Walzvorgang
vorgesehene Erwärmen der Bleche aus Aluminium und rostfreiem Stahl in einer wasserdampffreien,
nichtoxydierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das vor dem Walzvorgang vorgesehene Erwärmen der Bleche
aus Aluminium und rostfreiem Stahl in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
109535/328
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US42964765A | 1965-02-01 | 1965-02-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1621320B2 true DE1621320B2 (de) | 1971-08-26 |
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DE19661621320 Pending DE1621320B2 (de) | 1965-02-01 | 1966-01-28 | Verfahren zum handfesten verbinden von aluminium mit rost freiem stahl durch walzplattieren |
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