DE1967046B2 - Verfahren zur herstellung eines aluminiumlegierungsdrahtes mit einer elektrischen leitfaehigkeit von wenigstens 61 prozent iacs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes mit einer elektrischen Leitfähigkeit von wenigstens 61% lACS(Intemational Annealed Copper Standard) mit im wesentlichen gleichmäßig darin verteilten Eisenaluminateinschlüssen einer Teilchengröße von weniger als 2000 Ä durch Bandgießen und Warmwalzen sowie Drahtziehen, der für die Herstellung von elektrischen Leitern, insbesondere Telefonkabeln, Magnetdrähten und Vieldrahtleitern, mit guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften verwendet werden kann.

Die Verwendung von verschiedenen Aluminiumlegierungen für die Herstellung von elektrischen Leitern füi die verschiedensten Verwendungszwecke ist bereits bekannt. Neuerdings werden Drähte aus Aluminiumlegierungen auch als Wicklungen für Elektromagneten, als elektrische Vieldrahtleiter sowie für Teiefonkabel verwendet. Um für diese Verwendungszwecke geeignet zu sein, müssen die Aluminiumlegierungsdrähte eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 61% IACS besitzen. Drähte, die diese Bedingung erfüllen, bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die aus Aluminium und kleinen Mengen üblicher Verunreinigungen, wie Man- gan, Magnesium, Zink, Bor und Titan, besteht. Die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Zugfe- stigkeits- und Dehnungseigenschaften dieser Aluminiumlegierungsdrähte sind jedoch für viele Verwendungszwecke unzureichend. Auch die Biegeeigenschaften und die Ermüdungsbeständigkeit solcher Aluminiumlegierungsdrähte genügen nicht den Anforderungen, die bei vielen Verwendungszwecken an sie gestellt werden. Es ist zwar allgemein bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zugfestigkeit und die Dehnung von Aluminiumlegierungsdrähten, durch Zugabe von Eisen verbessert werden können, dies hat jedoch zur Folge, daß die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsdrahtes unter den in der Praxis geforderten Minimalwert von 61 % IACS abfällt

Aus »Wire«, Oktober 1961. Seiten 1349-1360, 1365-1369 und 1340/1341, sowie aus D. A 11 e η po h 1, »Aluminium und Aluminiumlegierungen«, Springer-Verlag 1965, Seiten 418, 533,642 und 643, ist es bereits bekannt, Aluminiumlegierungsdrähte aus hochreinen Aluminiumlegierungen mit weniger als 0,25% Eisen durch Bandgießen, anschließendes Warmwalzen und Drahtziehen herzustellen. Die Zugabe von Eisen führt jedoch nach den darin enthaltenen Angaben dazu, daß dabei die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiumlegierungsdrahtes von ursprünglich 62% auf 53% IACS abfällt und damit für die meisten Verwendungszwecke nicht mehr ausreichend ist. Zur Verbesserung der unzureichenden Leitfähigkeit eines solchen Aluminiumlegierungsdrahtes muß dann eine Zwischenglühung angewendet werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit jedoch nicht in dem gewünschten Ausmaße verbessert werden kann.

Auch aus »Aluminium«, juli/August 1955, Seite 338, war es bekannt, daß Aluminiumlegierungen mit einem Eisengehalt von 0,3 bis 0,4% zwar ausreichende Festigkeitswerte besitzen, daß ihre elektrische Leitfähigkeit jedoch unter dem in der Praxis erforderlichen Minimalwert von 61% IACS liegt. Die Verarbeitung der darin beschriebenen Aluminiumlegierungen erfolgt nach konventionellen Gießverfahren, bei denen zuerst ein Strang gegossen, dieser einer Zwischenglühung unterworfen und dann warm zu einem Stab ausgewalzt wird. Dieser Stab wird dann kalt zu einem Draht ausgezogen. Darin ist angegeben, daß zur Erzielung von Aluminiumlegierungsdrähten mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit nur solche verwendet werden können, die höchstens 0,2 bis 0,3% Eisen enthalten und deren Siliciumgehalt 0,1% nicht übersteigt. Auch in »Light Metals«, Nov. 1949, Seiten 614ff, ist angegeben, daß in einem elektrischen Aluminiumleiterdraht der Eisengehalt 0,25 bis 0,30% nicht übersteigen darf, wobei zur Erzielung einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit eine Zwischenglühung angewendet werden muß.

Auch als in den späten Fünfziger Jahren und den frühen Sechziger Jahren die kontinuierliche Verarbeitung von Aluminium nach dem sogenannten Properzi-Verfahren in die Technik eingeführt wurde, wurde in vielen Literaturstellen darauf hingewiesen, daß auch zur Herstellung von Aluminiumdrähten nach diesem Verfahren hochreines Aluminium eingesetzt werden muß, dessen Eisengehalt höchstens 0,25% und dessen Siliciumgehalt höchstens 0,10% betragen darf (»Journal of the Institute of Metals«, März 1959, Seiten 217ff). Auch bei Anwendung des Properzi-Verfahrens zur Herstellung von Aluminiumlegierungsdrähten muß stets eine Zwischenglühung durchgeführt werden, um die erforderlichen elektrischen Leitfähigkeitswerte zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes anzuge ben, der nicht nur eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 61% IACS, sondern gleichzeitig auch verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte Zugfestigkeit, Dehnung, Biegsamkeit und Beständigkeit gegen Ermüdung, aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsdrahtes mit einer elektrischen Leitfähigkeit von wenigstens 61% IACS mit im wesentlichen gleichmäßig darin verteilten Eisenaluminateinschlüssen einer Teilchengröße vor» weniger als 2000 A durch Bandgießen und Warmwalzen sowie Drahtziehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Aluminiumlegierung aus 0385% Eisen, 0,063% Silicium, 99,52% Aluminium und üblichen Verunreinigungen als Rest ohne Zwischenglühung vom bandgegossenen Zustand zu Draht umgeformt und abschließend einer Heterogenisierungsglühung unterzogem wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man einen Aluminiumlegierungsdraht, der nicht nur in bezug

auf seine elektrische Leitfähigkeit den in der Praxis an ihn gestellten Anforderungen genügt, sondern insbesondere auch eine hohe Zugfestigkeit, Dehnung, Biegsamkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufweist, so daß er sich für die Herstellung von elektrischen Leitern, insbesondere von Telefonkabeln, Magnetdrähten und Vieldrahtleitern, eignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß zuerst Aluminium aufgeschmolzen und mit den erforderlichen Mengen an Eisen und Silicium legiert wird, um die oben angegebene Zusammensetzung zu erzielen.

Die Aluminiumlegierung wird in üblicher Weise unter Verwendung einer bekannten Bandgießvorrichtung vergossen und im heißen Zustand in einem Walzwerk zu einer Stange gewalzt. Daran schließt sich das Drahtziehen unter Bildung des Aluminiumlegierungsdrahtes mit den vorstehend angegebenen Eigenschaften an. Wesentliches Merkmal des beanspruchten Verfahrens ist die Tatsache, daß die Aluminiumlegierung ohne Zwischcnglühung vom bandgegossenen Zustand zu Draht umgeformt und anschließend einer Heterogenisierungsglühung unterzogen wird.

Das gegossene Profil wird in einer Vielzahl von unter verschiedenen Winkeln einander zugeordneten Walzen warmverformt.

Das auf diese Weise durch Gießen und Warmwalzen hergestellte endlose Band wird anschließend zu Drähten verschiedener Dicke gezogen. Zu diesem Zweck wird es in kaltem Zustand ohne Zwischenglühung durch eine Reihe von Ziehdüsen mit ständig abnehmendem Querschnitt zu einem endlosen Draht mit dem gewünschten Durchmesser gezogen. Danach hat der Aluminiumlegierungsdraht eine außerordentlich hohe Zugfestigkeit und eine sehr niedrige Dehnung sowie eine elektrische Leitfähigkeit, die unterhalb des Wertes liegt, der in der Praxis als Minimalwert für einen elektrischen Leiter angesehen wird (61% IACS). Anschließend wird der Aluminiumlegierungsdraht einer Heterogenisierungsglühung unterzogen, die zur Folge hat, daß nicht nur die Zugfestigkeit des Drshtes, sondern auch seine elektrische Leitfähigkeit verbessert wird, so daß der Wert der elektrischen Leitfähigkeit nunmehr mindestens 61% IACS beträgt. Außerdem erhält der Draht dadurch eine verbesserte Dehnung und eine sehr stark verbesserte Biegsamkeit und Beständigkeit gegen Ermüdung.

Die Heterogenisierungsglühung kann in üblicher Weise konstinuierlich durchgeführt werden, beispielsweise durch Widerstandsglühen, Induktionsglühen, Konvektionsglühen oder Strahlungsglühen unter Verwendung kontinuierlich arbeitender öfen. Die Heterogenisierungsglühung kann auch diskontinuierlich in einem Ofen durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise können Temperaturen von 232 bis 649° C für eine Behandlungsdauer von 5 Minuten bis 1/10 000 Minute angewendet werden. Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise wird in der Regel eine Temperatur von 204 bis 399° C bei einer Behandlungsdauer von 30 Minuten bis 24 Stunden angewendet In beiden Fällen können jedoch die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit in beliebiger Weise so variiert werden, daß die gewünschte Kombination von Eigenschaften erzielt wird. Nachfolgend sind einige Beispiele für Heterogenisierungsglühtemperaturen und -zeiten bei kontinuierlicher Arbeitsweise und die dabei erzielten Eigenschaften des Aluminiumlegierungsdrahtes (Zugfestigkeit) angegeben.

Temperatur	Zeit
( C)	(Sld.)
343	3
288	3
271	3
249	3

Tabelle I

Zugfestigkeit
(kp/mm^:)

8,4- 9.8

9,8-10.5

10,5-12.0

12.0-15,5

Während des kontinuierlichen Vergießens der geschmolzenen Aluminiumlegierung fällt ein erheblicher Teil des darin enthaltenen Eisens als intermetallische

ι <; Eisenaluminatverbindung (FeAb) aus der festen Lösung aus. Daher enthält das Band nach dem Vergießen eine Dispersion von FeAb in einer übersättigten festen Lösung. Die übersättigte Matrix kann bis zu 0,17% Eisen enthalten. Wird das Band unmittelbar nach dem Vergießen heiß gewalzt, dann werden die FeAl₃-TeU-chen aufgebrochen und verteilen sich innerhalb der Matrix, so daß die Bildung großer Zellen verhindert wird. Wenn nun das Band anschließend ohne zwischenzeitliches Glühen auf die Enddicke gezogen wird und das Fertigprodukt anschließend einer Heterogenisierungsglühung unterzogen wird, dann werden dadurch die Zugfestigkeit, die Dehnung und die Biegsamkeit als Folge der geringen Zellengröße sowie als Folge der Nadelwirkung durch die Verschiebungen des ausgefäll-

}o ten FeAI₃ verbessert. Deshalb müssen bei der angelegten Spannung beim Ziehen neue Dislokationsquellen aktiviert werden, wodurch sowohl die Festigkeit als auch die Dehnung weiter verbessert werden.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter typischer Aluminiumlegierungsdraht hat eine Zugfestigkeit von ll,20kp/mm^?, eine Dehnung von 20%, eine elektrische Leitfähigkeit von 61% IACS und eine Biegefähigkeit von 20 Biegungen bis zum Bruch. Die Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Aluminiumlegierungsdrähte liegen im allgemeinen innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche: Zugfestigkeit 8,40 bis 15,50 kp/mm². Dehnung 40 bis 5%, elektrische Leitfähigkeit 61 bis 63% IACS und 45 bis 10 Biegungen bis zum Bruch.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aluminiumlegierungsdraht kann einen Durchmesser zwischen 0,078 und 11,7 mm haben. Bei seiner Verwendung als elektrischer Leiter, beispielsweise für Telefonkabel, Magnetdrähte, Litzendrähte und aus Litzendrähten verseilte Kabel, wird er abschließend in üblicher Weise mit einem Isoliermantel umgeben. Der überzogene elektrische Leiter wird anschließend an der Luft oder in einem Kühlbad abgekühlt. Die Dicke des Isoliermantels kann zwischen 0,4 und 1,2 mm schwanken. Ein bevorzugt verwendetes thermoplastisches Isoliermaterial ist Polyvinylchlorid, es können aber auch andere Kunststoffe, wie z. B. Neopren, Polypropylen und Polyäthylen, verwendet werden.

Ein typischer, auf die vorstehend beschriebene Weise isolierter elektrischer Draht hat beispielsweise die folgenden physikalischen Eigenschaften: eine Zugfestigkeit von 11,20 kp/mm², eine Dehnung von 20%, eine elektrische Leitfähigkeit von 61% IACS und eine Biegefähigkeit von 30 Biegungen bis zum Bruch.

Die unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Drahtes erhaltenen Kabel und Litzen haben eine bessere Biegefähigkeit als die unter Verwendung bekannter Drähte hergestellten Kabel und Litzen.

Die F.rfindung wird durch das folgende Beispiel naher erläutert.

Beispiel

Es wurden zwei verschiedene Aluminiumlegierungsdrähte hergestellt, nämlich ein bekannter Aluminiumlegierungsdraht mit einem Gehalt von 99,73% Aluminium. 0,18% Eisen, 0,059% Silicium und Spuren an Verunreinigungen, sowie ein Aluminiumlegierungsdrahi mit 99,52% Aluminium, 0,385% Eisen, 0,063% Silicium und üblichen Verunreinigungen als Rest nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die beiden Drähte wurden einer Widerstandsglühung unter« crfen. Nach dem Glühen wurde jeder der Drähte auf seine elektrische Leitfähigkeit, seine Zugfestigkeit, seine Dehnung und die durchschnittliche Anzahl der Biegungen bii zum Bruch nach Standard-Testverfahren hin untersucht, wobei die in der folgenden Tabelle angegebenen Ergebnisse erhalten wurden.

Zur Bestimmung der Anzahl der Biegungen bis zum Bruch wurde die folgende Methode angewendet:

Proben jedes der beiden Drähte wurden :;; einer Biegetestvorrichtung geprüft. Dabei wurde bt-siimmt, wie oft jede Probe an einem bestimmen Punkte gebogen werden konnte, bevor ein Bruch auftrat. Bei den Biegungen wurde ein Winkel von 135 durchlaufen. Jeder Draht wurde um ein Paar sich einander gegenüberstehender Dorne gebogen, die einen Durchmesser hatten, der demjenigen des Drahtes entsprach. Die Dorne waren in einem Abstand voneinander angeordnet, der etwa dem !'^fachen des Drahtdurchmessers entsprach. Die Biegegeschwindigkeit, die angewendete Kraft und die auftretende Spannung waren bei allen getesteten Proben gleich.

Tabelle II	Elektrische Leitfähigkeit (% /ACS)	Zugfestigkeit (kp/mm-J	Dehnung (%)	Durchschnittliche Anzahl d. Biegungen bis zum Bruch
Getesteter Draht	62,8 61,5	10,6 10.6	8.1 37,5	15Vi 28
Bekannter Draht Erfindungsgemäß hergestellter Draht

Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, daß der erfindungsgemäß hergestellte Draht dem bekannten Draht bei vergleichbarer elektrischer Leitfähigkeit und gleicher Zugfestigkeit in bezug auf die Dehnung und in bezug auf die durchschnittliche Anzahl der Biegungen bis zum Bruch weit überlegen war.

Aus dem erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumlegierungsdraht können die verschiedensten elektrischen Leiter und Kabel, die gegebenenfalls mit Isolierüberzügen versehen sein können, hergestellt werden. Sie können einen beliebigen Querschnitt haben, d. h. sie können quadratisch oder rechteckig, scharfkantig oder abgerundet sein, ihre Querschnittsfläche kann die Form eines regelmäßigen Sechseckes oder eines regelmäßigen Achteckes haben und der Durchmesser liegt im allgemeinen innerhalb des Bereiches von 0,078 bis 1,5 mm.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines Aluminiurnlegierungsdrahtes mit einer elektrischen Leitfähigkeit > von wenigstens 61% IACS mit im wesentlichen gleichmäßig darin verteilten Eisenaluminateinschlüssen einer Teilchengröße von weniger als 2000 Ä durch Bandgießen und Warmwalzen sowie Drahtziehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumlegierung aus 0,385% Eisen, 0,063% Silicium, 99,52% Aluminium und üblichen Verunreinigungen als Rest ohne Zwischenglühung vom bandgegossenen Zustand zu Draht umgeformt und abschließend einer Heterogenisierungsglühung unterzogen wird.