DE2134393C2

DE2134393C2 - Verwendung einer Aluminiumlegierung für die Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen

Info

Publication number: DE2134393C2
Application number: DE2134393A
Authority: DE
Inventors: Enrique Calixo Carrollton Ga. Chia; Roger John Schoerner
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1970-07-13
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1983-05-11
Also published as: NL7109663A; JPS50110918A; IL37282A; JPS5554542A; CH584761A5; LU63524A1; CY957A; DK144739C; IE36732L; BE769779A; CA967405A; SE378429B; JPS5235112A; NO137408B; EG10355A; NO137408C; FR2098364B1; JPS5284110A; DK144739B; NL175931B

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Aluminiumlegierung für die Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen.

In der US-PS 19 32 838 sind Metallegierungen

beschrieben, die 0,2 bis 3,5Gew,-% Kobalt, 1,0 bis 15Gew.-% Magnesium und Aluminium als Rest enthalten. Ferner können diese Legierungen zusätzlich 0,05 bis 0,4Gew.-% Antimon und/oder Wismut enthalten. Das eingesetzte Aluminium kann von höchster Reinheit sein oder übliche Verunreinigungen enthalten. Im zuletzt genannten Fall ist es handelsübliches Aluminium. Die Anwesenheit von Eisen bis zu 2Gew.-% beeinträchtigt die Hochtemperatureigenschaften der bekannten Legierungen nicht

Im »Aluminium-Taschenbuch«, 12. Auflage, 1963, Seiten 25,79,143 und 144 ist insbesondere auf Seite 79 beschrieben, daß beispielsweise bei Reinaluminium »Al 98« die von Herstellungsverfahren eingeschleppten zulässigen Beimengungen 1% Eisen, 0,8% Silizium, 0,1% Kupfer, 0,1% Zink und 0,05% Titan betragen dürfen.

Elektrisch leitende Gegenstände, für deren Herstellung die Verwendung der Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben wird, sind insbesondere Leichtmetallprodukte mit hoher Festigkeit Ais solche können z.B. elektrische Leiter, wie Drähte, Stäbe bzw. Stangen und dergleichen, genannt werden.

Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Verwendung der Aluminiumlegierung ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Drähten, Stäben bzw. Stangen, Kabeln, Stromzuführungsschienen, Rohrverbindungen, Endverschlüssen, Aufnahmestöpseln oder elektrischen Kontakteinrichtungen.

Aluminiumlegierungen finden aufgrund ihres geringen Gewichtes und ihrer Billigkeit eine immer breitere Aufnahme auf dem Markt Ein Gebiet, auf dem Aluminiumlegierungen eine gesteigerte Anwendung erfahren haben, ist der Ersatz des Kupfers bei der Herstellung von elektrischen Leitungsdrähten. Die herkömmlichen elektrisch leitenden Aluminiumdrahtlegierungen (als EC bezeichnet) enthalten eine erhebliche Menge von reinem Aluminium und spurenweise Mengen von Verunreinigungen, wie Silizium, Vanadium, Eisen, Kupfer, Magnesium, Mangan, Zink, Bor und Titan.

Obgleich Aluminiumlegierungen im Hinblick auf ihr Gewicht und die Kosten als sehr günstig anzusehen sind, haben sie für die Herstellung von elektrischen Leitungskörpern und dergleichen noch keine vollständige Aufnahme gefunden. Einer der Hauptgründe für das Fehlen einer vollständigen Aufnahme ist der Bereich der physikalischen Eigenschaften, die mit den herkömmlichen Aluminiumlegierungen EC erhalten werden können. Wenn die physikalischen Eigenschaften, wie die thermische Stabilität, die Zugfestigkeit, die Dehnung, die Duktilität und die Streckgrenze signifikant verbessert werden könnten, ohne daß die elektrische Leitfähigkeit des fertigen Produktes erheblich verringert würde, würde dies eine beträchtliche Verbesserung darstellen. Die Zugabe von Legierungselementen, wie sie für andere Aluminiumlegierungen verwendet werden, vermindert jedoch die elektrische Leitfähigkeit, obwohl die physikalischen Eigenschaften hierdurch verbessert werden. Somit ergeben nur solche Elemente ein annehmbares und geeignetes Produkt, die die physikalischen Eigenschaften ohne eine erhebliche Verringerung der Leitfähigkeit verbessern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Verwendung zur Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen Aluminiumlegierungen anzugeben, die im Vergleich zu den herkömmlichen Legierungen verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der

Streckgrenze, Bruchfestigkeit, elektrischen Leitfähigkeit, Bruchdehnung, Duktilität, Ermüdungsbeständigkeit und Kriechbeständigkeit besitzen. Die physikalischen Eigenschaften solcher leitender Gegenstände sollen bei annehmbarer elektrischer Leitfähigkeit verbessert sein,

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1,2 und 4 angegebenen Verwendungen gelöst

Eine bevorzugte Ausführung der Verwendung für den Zweck nach Anspruch 2 ist im Anspruch 3 angegeben, während bevorzugte Verwendungen für den Zweck nach Anspruch 4 in den Ansprüchen 5, 6 und 7 angegeben sind.

Die angegebenen Werte verstehen sich in Gewichtsprozenten.

Der Aluminiumgehalt der Legierungen kann von

etwa 93,50 bis etwa 99,65% variieren, wobei bessere Ergebnisse erhajten werden, wenn der Aluminiumgehalt zwischen 96,25 und 99,45% variiert. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn der Aluminiumgehalt zwischen 97,00 und 99,40% variiert Wenn bei der Herstellung der Legierungen für die Verwendung gemäß der Erfindung technisches Aluminium verwendet wird, dann wird es bevorzugt, daß das verwendete Aluminium insgesamt weniger als 0,10% spurenweise Verunreinigungen bzw. erschmelzungsbedingte /erunreinigungen enthält

Es wurde gefunden, daß die Eigenschaften eines vollständig weichgeglühten Drahtes für die beanspruchte Verwendung (Legierung Nr. 10, American wire gauge) zwischen den nachstehenden Werten variiert:

Leitfähigkeit % IACS*)

Zugfestigkeit N/mm²

% Dehnung

Streckgrenze N/nun²

50!%-63% 82,7-165,7 12-30

*) IACS = International Annealed Copper Standard.

54,9-124,5

AIuminium-Kobalt-Legierungen mit einem oder mehreren der fakultativen Elemente für die Verwendung zur Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen ergeben eine verbesserte Mindestleitfähigkeit von 57% IACS, wenn die Kobaltmengen 0,55 bis 035% betragen. Bessere Ergebnisse werden erzielt wenn Kobalt in Mengen von 0,60 bis 030% vorhanden ist und zu besonders guten <isid bevorzugten Ergebnissen kommt man, wenn der Kobaltgehalt 0,65 bis 0,85% beträgt

Für eine Mindestleitfähigkeit von 57% IACS kann der Aluminiumgehalt zwischen 97,<-5 und 99,45% variieren. Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn der Aluminiumgehalt zwischen etwa 97,9 und 99,40% variiert Die besten und bevorzugten Ergebnisse werden erhalten, wenn der Aluminiumgehalt 98,15 bis etwa 9935% beträgt. Da die angegebenen Prozentwerte für den maximalen und den minimalen Aluminiumgehalt den gesamten maximalen und minimalen Anteilen für die anderen Elemente nicht entsprechen, wird ersichtlich, daß geeignete Ergebnisse nicht erhalten werden, wenn die maximalen Prozentwerte für alle Legierungselemente eingesetzt werden. Wenn deshalb bei der Verwendung der Legierungen für die Herstellung der elektrisch leitenden Gegenstände technisches bzw. handelsübliches Aluminium verwendet wird, so ist es bevorzugt, wenn das Aluminium, bevor es der Schmelze in dem Ofen zugesetzt wird, weniger als insgesamt 0,10% an spurenweise bzw. erschmelzungsbedingten Verunreinigungen enthält.

Eine eine Mindestleitfähigkeit von 57% IACS ergebende Legierung kann gegebenenfalls ein weiteres Legierungseletnent oder eine Gruppe von Legierungselementen enthalten. Die Gesamtkonzentration der fakultativen Legierungselemente kann für die einzelnen Legierungen die in den Patentansprüchen 1, 3 und 6 angegebenen Werte annehmen. Vorzugsweise werden für die Gesamtkonzentration Bereiche von 0,10 bis 1,50% verwendet Die besten und bevorzugten Ergebnisse werden erhalten, wenn insgesamt 0,10 bis 1,00% weitere Legierungselemente vorhanden sind.

Wenn Magnesium als weiteres Legierungselement umgesetzt ist so werden geeignete Ergebnisse erzielt, yenn die Anteile an Magnesium von 0,001 bis 1,00% !eichen. Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn man 0,025 bis 0,50% Magnesium einsetzt Zu den besten und bevorzugten Ergebnissen kommt man, wenn man das Magnesium in Mengen von 0,03 bis 0,25% einsetzt

Bei der Verwencktog einer Legierung gemäß Anspruch 4 enthält die Legierung neben Aluminium und

Kobalt noch Eisen und Nickel, wobei Eisen und Nickel

in ihren Anteilen zueinander in umgekehrtem Verhältnis stehen, wie es in den Patentansprüchen 4, 5 und 6 angegeben ist

Dabei können ein oder mehrere weitere Legierungs-

elemente eingesetzt werden und zusammen mit Aluminium und Kobalt in einem Ofen zur Erschmelzung einer Schmelze mit einer entsprechenden Zusammensetzung vermischt werden. Es wurde gefunden, daß geeignete Ergebnisse erhalten werden, wenn das Kobalt ir Mengen von 0,20 bis 1,60% vorhanden ist Bessere Ergebnisse werden erzielt wenn das Kobalt in Mengen von 0,50 bis 1,00% vorhanden ist. Zu den besten und bevorzugten Ergebnissen kommt man, wenn das Kobalt in Mengen von 0,60 bis 0,80% vorhanden ist.

Geeignete Ergebnisse werden mit Eisen oder Nickel in Mengen von 030 bis 130% erhalten. Bessere Ergebnisse werden erzielt wenn das Etsen oder das Nickel in Mengen von 0,40 bis 0,80% vorhanden ist Zu besonders guten unö bevorzugten Ergebnissen kommt man, wenn das Eisen oder das Nickel in Mengen von 0,45 bis 0,65% vorhanden ist

Der Aluminiumgehalt der Legierung kann in diesem Fall zwischen etwa 97,00 bis etwa 9930% variieren, wobei bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn der Aluminiumgehalt zwischen etwa 97,80 und 99,20% variiert.

Auch für diese Verwendung der Aluminiumlegierung gilt, daß das Aluminium, bevor es der Schmelze in dem Ofen zugesetzt wird, weniger als insgesamt 0,10% an spurenweise bzw. erschmelzungsbedingten Verunreinigungen enthält

Die Gesamtkonzentration r'.er fakultativen Legierungselemente kann bis zu 2,00% betragen. Bevorzugt werden Mengen von 0,10 bis 13%, und besonders gute und bevorzugte Ergebnisse werden erhalten, wenn man insgesamt 0,10 bis 1,00% weitere Legierungselemente einsetzt.

Wenn Eisen ai* eines der notwendigen Elemente der Legierung gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 eingesetzt wird, dann wird Nickel als eines der weiteren und der bevorzugten Legierungselemente verwendet und umgekehrt .

Besonders gute und besonders bevorzugte Ergebnisse werden bei Verwendung von Nickel, Eisen oder Magnesium als weiteres Legierungselement erhalten. Geeignete Ergebnisse werden mit Magnesium, Nickel oder Eiser Jn Mengen von 0,001 bis 1,00% erhalten, wobei bessere Ergebnisse bei Anteilen von 0,025 bis 0,50% erzielt werden. Zu besonders guten und bevorzugten Ergebnissen kommt man, wenn man etwa 0,03 bis etwa 0,10% Magnesium, Nickel oder Eisen verwendet

Bei der Verwendung einer Aluminiumlegierung gemäß der Erfindung für die Herstellung eines stab- bzw. stangenartigen oder eines drahtartigen Produktes wird die Aluminiumlegierung, die entweder gemäß Anspruch 1 Kobalt mit weiteren Legierungselementen enthält oder gemäß den Ansprüchen 2 und 3 Kobalt und Eisen mit weiteren Legierungselementen enthält oder gemäß den Ansprüchen 4, 5 und 6 KoMt Eisen und Nickel gegebenenfalls mit weiteren Legierungselementen enthält oder die gemäß Anspruch 7 Kobalt Eisen und/oder Nickel und Magnesium enthält vorzugsweise in einer kontinuierlichen Gießvorrichtung zu einem kontinuierlichen Barren gegossen und praktisch gleich daran anschließend in einem Walzwerk zu einer kontinuierlichen Stange aus der Legierung verformt.

Andere geeignete Methoden sind z. B. das herkömmliche Strangpressen und das hydrostatische Strangpressen zur direkten Herstellung einer Stange oder eines Drahtes, das Sintern der pulverförmigen Legierung zu einer Stange oder zu einem Draht das Gießen der Stange oder des Drahtes direkt aus der geschmolzenen Aluminiumlegierung und das herkömmliche Gießen von Barren und dergleichen, die hierauf zu Stangen bzw. Stäben heiß verformt werden und die mit einer Zwischenglühung zu Drähten gezogen werden. Guß- und V.alzbetrieb zur Herstellung der elektrisch leitenden Gegenstände ist ebenfalls möglich.

Einsetzbare kontinuierlich arbeitende Gießmaschinen und Walzwerke sind solche vom herkömmlichen Typ, beispielsweise vom Gießradtyp. «

Aus Stäben und Stangen können für elektrische LeituKgszwecke diese Körper als solche eingesetzt werden oder sie können zu Drähten mit geringerem Querschnitt gezogen werden.

Zur Herstellung von Drähten mit verschiedenem so Durchmesser werüjn die durch Gießen und Walzen erhaltenen kontinuierlichen Stäbe bzw. Stangen gezogen. Die nichtvergüteten Stäbe werden durch eine Reihe von fortlaufend verengten Düsen kalt verstreckt ohne daß zwischendurch Vergütungen oder Glühungen vorgenommen werden. Auf diese Weise werden kontinuierliche Drähte mit einem gewünschten Durchmesser erhalten. Es hat sich gezeigt, daß die Ausschaltung von Zwischenglühungen oder Zwischenvergütungen bei der Verarbeitung der Stangen vorzuziehen ist und zu verbesserten physikalischen Eigenschaften der Drähte führt.

Dennoch ist eine Verarbeitung mit Zwischenglühung tragbar, wenn die Vorschriften für die physikalischen Eigenschaften der Drähte verminderte Werte zulassen.

Die Leitfähigkeit der hariverstreckten Drähte beträgt mindestens 58% IACS. Wenn eine größere Leitfähigkeit oder eine gesteigerte Dehnung angestrebt werden, dann können die Drahte geglüht oder teilweise geglüht werden, nachdem die gewünschte Drahtgröße erhalten worden ist worauf sie abgekühlt werden. Vollkommen geglühte bzw, vergütete Drähte besitzen eine Leitfähigkeit von mindestens 59% IACS, Im Endergebnis wurde bezüglich der Verstreckungsoperationen und der fakultativen Vergütungsoperationen gefunden, daß die Drähte gemäß der Verwendung der Erfindung aus den angegebenen Legierungen verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Zugfestigkeit der Streckgrenze, der thermischen Stabilität der Bruchdehnung, der Duktüität und der Ermüdungsbeständigkeit besitzen. Die Vergütung bzw. Glühung kann kontinuierlich beispielsweise durch eine Widerstandsvergütung, Induktionsvergütung, Konvektionsvergütung in kontinuierlichen öfen oder durch Strahlungsvergütung in kontinuierlichen öfen erfolgen. Bevorzugt ist eine absatzweise Vergütung in absatzweise angeordneten öfen. Bei der kontinuierlichen Vergütung können Temperaturen von etwa 232° C bis etwa 649° C über Zeiträume von etwa fünf Minuten bis etwa ¹A₀ 000 einer Minute Anwendung finden. Im allgemeinen können >ioch die kontinuierlichen Vergütungstemperaturen und --eiten so eingestellt werden, daß den Erfordernissen eines besonderen Gesamtprozesses Genüge getan wird, solange die gewünschten physikalischen Eigenschaften erhalten werden. Bei einer absatzweise geführten Vergütungsoperation werden Temperaturen von etwa 204 bis etv/a 399°C angewendet wobei die Verweilzeiten etwa 30 Minuten bis etwa 24 Stunden betragen. Auch hier können die Vergütungszeiten und -temperaturen wie oben zur Anpassung an den Gesamtprozeß variiert werden, solange die gewünschten physikalischen Eigenschaften erhalten werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele erläutert

Beispiel 1

Es wurden verschiedene Schmelzen hergestellt indem die erforderlichen Mengen der Le^ierungselemente zu 1816 g geschmolzenem Aluminium gegeben wurden, das weniger als 0,10% Verunreinigungen in Form von Spurenelementen enthielt. Die prozentuale Zusammensetzung ist in der Tabelle angegeben. Der Rest besteht aus Aluminium. Es wurden Graphittiegel verwendet mit Ausnahme von solchen Fällen, wo die Legierungselemente Carbidbildner waren. In diesen Fällen wurden Aluminiumoxidtiegel benutzt. Die Schmelzen wurden genügend lang auf genügend hohe Temperaturen erhitzt, daß eine vollständige Lösung der Legierungselemente mit dem Basis-Aluminium erhalten wurde. Über der Schmelze wurde zur Verhinderung der Oxydation eine Argon-Atmosphäre geschaffen. Die einzelnen Schmelzin wurden in einer kontinuierlichen J'ießmaschine kontinuierlich gegossen und unmittelbar darauf in einem Walzwerk zu einem kontinuierlichen Stab bzw. einer Stange mit 9,5 mm hei 8 verwalzt. Aus den Stäben wurden sowohl nach dem Walzen (Hartstäbe) als auch nach dem fünfstündigen Vergüten bei 343°C (Weichstäbe) Drähte gezogen. Der Enddürchmesser der Drähte betrug etwa 0,25 cm. Es handelte sich um das Maß Nr. 10 AWG= Drähte von allen Stangentypen wurden sowohl im gezogenen Zustand (Hartdrähte) als auch nach fünfstündigem Glühen bei 343°C (Weichdrähte) untersucht.

Nachstehend sind die verwendeten Legienjngstypen und die Ergebnisse der durchgeführten Versuche zusammengestellt:

	7	Tabelle 1	HS = Hartstab.	WS	21 34 393	Weichstab.	gemäß	Λ/	einem	HD-WS	WD-HS	WD-WS	60	Eine	weitere	8	138,18 N/mm²	Rpicniol "3	030% 0,40%
	Co Fe Mg Ni HS	WS = Weichstab.	25,5		WD-HS = Weichdraht, gezogen aus Hartstab.	Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt:	0,60^0 030%	physikalischen	2,5	17,8	24,5	Beispiel			18,50%	D C 1 3	0,20% )
	0,80 0,80 0,08 2,1	HD-HS = Hartdraht, gezogen aus	133,76		WD-WS = Weichdraht, gezogen aus Weichstab.		0,15% Rest	Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:	234,67	136,41	130,82			Eigenschaften	59,05% IACS \		0,20% ;
	216,82	HD-WS = Hartdraht, gezogen aus	59,63	HD-HS	Dehnung, % = prozentuale Bruchdehnung.	Kobalt Eisen	Die Schmelze wurde von einem Hartstab zu		58,79	59,76	59,98		Dehnung %	Legierungsschmelze wurde gemäß	Rest j
	58,38		27,5	2,0	% IACS = Leitfähigkeit in % IACS.	Magnesium Aluminium	Weichdraht Nr. 10 verarbeitet Die		1,7		25,1	Bruchfestigkeit N/mm²	1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt: I
	0,80 0,08 0,80 2,1		109,64	262,23				239,18		109,44	IACS %	Kobalt 65 Eisen
	202,70		60,06	58,03		59,56		60,47		Niob
	62,62	33,2		Die Weichdrähte und die Weichstäbe waren die	2,0	29,2	31,5		Tantal
	0,60 3,9	91,99		vollkommen vergüteten Formen der Produkte.	194,96	102,48	89,63		Aluminium
	160,34	62,43		Beispiel 2	62,20	62,83	62,38
	62,19	25,0	1,7		2,4	30,1	31,8
	0,80 4,7	105,32	215,45	Es wurde eine veitere Legierungsschmelze	2 !0,74	11.VIn	104.05
	173,87	60,66	61,70		61,45	62,00	61,53
	60,92	22,0	2,5		3,0	21,0	22,0
	0,80 0,80 4,3	126,41	219,86	189,27	121,31	108,56
	191,62	61,42	60,96	59,88	60,48	60,63
	59,01	20,1	3,0	2,3	25,0	27,7
	1,0 0,80 3,3	123,27	218,59	183,97	118,56	112,19
	194,07	59,90	58,37	59,29	59,86	60,06
	58,58	14,5	4,2	2,0	20,5	24,5
	0,80 0,80 0,10 1,1	135,43	221,53	253,01	139,84	132,68
	237,12	59,38	58,37	58,07	59,02	59,33
	57,56	20,0	3,4	2,5	22,9	24,5
	0,40 0,8ύ 0,10 0,40 2,8	117,97	278,21	224,08	126,50	118,86
	209,18	60,65	56,80	59,66	60,65	60,72
	59,19	21,0	2,0	2,3	22,7	23,0
	0,30 0,10 0,90 1,2	110,62	261,54	229,57	120,33	115,13
	202,70	59,75	58,64	58,81	59,95	60,01
	59,34	19,4	2,2	2,0	21,5	26,1
	0,80 0,10 3,2	115,23	279,39	238,40	125,82	112,97
	197,51	60,32	58,14	59,93	60,99	60,80
	59,89		2,0
φ		284,00
	Hartstab	59,32





			55 Bruchfestigkeit
			Bruchdehnung
			Leitfähigkeit

Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

Bruchfestigkeit Bruchdehnung Leitfähigkeit

123,37 N/mm² 20% 59,05% IACS

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung Leitfähigkeit

133,57 N/mm² 19,5% 59,1% IACS

Beispiel 8 Beispiel 4

Eine weitere Legierungsschmelze wurde gemäß Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Eine weitere Legierungsschmelze wurde gemäß to Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Kobalt

Eisen

Kupfer

Silizium

Aluminium

0,80% 0,35% 0,40% 0,30% Rest Kobalt Kupfer Silizium Aluminium

0,60% 0,15% 0,20% Rest

15 Die Schmelze wurde aus einem Hartslab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet. Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet. Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie foigi:

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung
Leitfähigkeit

Il 5,13 N/mm² 19,5% 59,8% IACS

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung
Leitfähigkeit

117,19 N/mm² 19,5% 59,7% IACS

Beispiel 9

Eine weitere Legierungsschmelze wurde gemäß Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Beispiel 5

25

Kobalt

Zirkonium

Aluminium

0,80% 0,60% Rest

Kobalt
Eisen
Zirkonium
Aluminium

0,80% 0,45% 030% Rest Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet. Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet. Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung
Leitfähigkeit

128,27 N/mm² 18,5% 59,3% IACS

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung
Leitfähigkeit

134,94 N/mm^J 18,5% 59,3% IACS

Beispiel 10

Eine weitere Legierungsschmelze wurde gemäß eispiel 1 mit folgende'· Zusammensetzung hergestellt:

Knhalt 0.60%

Beispiel Beispiel 6

Kobalt
Nickel
Magnesium
Aluminium

0,60% 0,60% 0,07% Rest

Kobalt

Magnesium

Aluminium

0,60% 0,15% Rest Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet. Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet. Die physikalischen so Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung
Leitfähigkeit

129,64 N/mm² 21% 59,05% IACS

Bruchfestigkeit
Bruchdehnung Leitfähigkeit

11336 N/mm² 21% 60,1% IACS Beispiel 11

Beispiel 7

Eine weitere Legierungsschmelze wurde gemäß Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt: eo Kobalt

Nickel

Niob

Tantal

Aluminium

0,80% 0,40% 0,20% 0,20% Rest

Kobalt Niob Tantal Aluminium

0,60% 030% 0,18% Rest Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem Weichdraht Nr. 10 verarbeitet Die physikalischen Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:

65 Bruchfestigkeit Bruchdehnung Leitfähigkeit

133,57 N/mm^J 19,5% 59,1% IACS

I	11	21 34	Kobalt	0,60% ⁵ 0,35% 0,20% 0,18%	verarbeitet. Die	physikalischen	Bruchfestigkeit	Beispiel 13	17,19 N/mm²	0,8	Fe	Mg	0,1	0,05	393	12	0,80% 0,45%	128,27 N/mm	Weitere Beispiele	Dehnung	rtartstäben gezogen
I	Beispiel 12		iNicKei Kupfer Silizium	Rest 10	i: Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:	Bruchdehnung Leitfähigkeit	1Ϊ Eine weitere Legierungsschmeize	19,5% 59,7% IACS	0,8			-	0,2			0,30%	184%	Weitere Legierunger hergestellt. Nachstehend	V.
I	ti Eine weitere Legierungsschmelze		Aluminium	1 Die Schmelze wurde aus einem Hartstab zu einem	■; \			0,8	_	0,1	-	0,05	Kobalt Nickel		Rest	59.3% IACS	1 wurden gemäß Beispiel 1 sind die Zusammensetzungen	27,3
	wurde gemäß		™ Weichdraht Nr. 10	f}			0,8	-	0,15	0,051	0,1	Zirkonium		Hartstab zu einem		und die physikalischen Eigenschaften von Weichdrähter.	24,7
	H Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt:		\\		wurde gemäß 20	0,6	0,5	-	Graphit 0,1 0,075	0,15	Aluminium	aus einem	Die physikalischen	Nr. 10 zusammengestellt, die aus 1	24,7	Leitfähigkeit
	1		Si		Φ Beispiel 1 mit folgender Zusammensetzung hergestellt:	0,6	0,5	0,1	04	Die Schmelze wurde	Weichdraht Nr. 10 verarbeitet.	Eigenschaften des Drahtes waren wie folgt:	wurden:	24,8	% IACS
			I Tabelle 2	0,7	-	0,19	0,5			Bruchfestigkeit		25,8	60,71
1	te te Beispiel Nr. Co	0,8	-	0,24	-		Bruchdehnung		26,8	60,68
E	i	0,8	-	0,21	-	Leitfähigkeit	Bruchfestigkeit	25,7	60,68
I ^ll74	0,6	0,3	-	-		N/mm²	26,6	60,43
I 1175	0,8	0,5	-		121,41	28,0	60,60
I 1176	0,4	0,9	-		120,52	23,7	60,32
t 1177	0,6	0,9	-		120,13	26,5	60,27
I 1180	0,2	1,1	-		120,03	19,8	61,65
1 ^mi	0,4	1,1	-	116,60	17,5	61,54
	0,4	1,1	-	122,98	20,5	60.76
i 1183	0,6	0,9	-	123,07	22,4	59,97
1 ^u84	0,2	1,1	-	122,58	21,5	60,19
1 ^u8s	0,6	0,9	-	121,99	20,3	59,87
I 1186	0,8	0,7	0,1	127,39	22,8	60,41
I 1187	0,8	0,9	0,1	123,56	20,7	60,40
§ 1188	0,8	-	0,05	133,47	294	60,02
I 1196	0,8		Graphit 0,01 0,05	140,63	27,3	60,99
1197	0,8	-	127,68	25,0	60,83
1198	0,8	043	120,62	29,2	59,15
1199	0,8	0,4	128,86	29,0	61,61
1200	0,8	0,5	130,82	26,4	61,84
1201	0,8	122,58	224	60,90
1215	0,8	144,06	17,1	61,62
1216	0,8	117,29	27,2	61,31
1218	0,8	*11,60**	23,3	61,28
1219		125,92	25,3	61,35
1220	118,46	25,7	60,72
1221	12042	6046
1224	130,72	61,45
1227	, 122^9	60,96
1228	12945	60.49
1231	118,17
1233	117,86
1235	1214Ο
	127,00

	Co	13	Fe	21 34	393	Bruchfestigkeit	14	Leitfähigkeit
						N/mm²		% IACS
Fonsetzung	0,7		0,5			117,39	Dehnung	61,49
Beispiel Nr.	0.8		0,7	Mg	119,25	%	60,96
	0,6		0,5		123,96	24,5	61,29
1237	0,8		0,3	-	121,50	26,4	61,25
1238	0,77		-	-	129,55	22,7	59,87
1239	0,89		-	0,05	130,43	23,3	60,07
1240	1,40		0,49	0,05	118,07	23,5	59,52
1271	0,20		1,10	0,19	119,94	18,5	60,01
1265	0,22		0,96	0,13	120,13	24,5	59,92
1293	0,23		1,20	-	126,31	24,2	59,47
1313	0,43		0,70	0,12	118,56	22,0	61,12
1316	0,40		1,05	0,15	122,88	23,7	60,12
1317	0,40		0,68	0,14	122,68	26,5	60,44
1321	0,42		0,84	0,054	125,82	22,ö	60,22
1322	0,38		1,10	0,05	131,02	25,5	59,52
1325	0,42		0,35	0,10	117,19	23,7	60,88
1326	0,41		0,50	0,98	117,19	25,2	60,47
1327	0,44		0,70	0,11	124,74	24,0	59,80
1328	0,42		0,91	0,15	128,86	24,0	60,51
1329	0,33		0,95	0,16	143,96	25,0	49,90
1330	0,62		1,10	0,16	144,75	22,0	58,05
1331			0,16		16,4
1343		Ni 0,54	12,5
1355		0,15

Durch Untersuchung und Analyse einer Legierung, die 0,80% Kobalt enthielt und zum Rest aus Aluminium bestand, wurde gefunden, daß die Aluminium-Legierungen nach der Kaltverformung Ausfällungen aus intermetallischen Verbindungen einschließen. Eine solche Verbindung wurde als Kobaltaluminat (Co₂AU) identifiziert Diese intermetallische Kobaltverbindung ist selbst bei hohen Temperaturen sehr stabil. Die Kobaltverbindung neigt weiterhin etwas dazu, während des Vergütens bzw. Glühens der aus der Legierung gebildeten Produkte zusammenzuwachsen und die Verbindung ist im allgemeinen mit der Aluminium-Matrix inkoherent. Der Mechanismus der Verfestigung dieser Legierung ist zum Teil auf die Dispergierung der intermetallischen Kobaltverbindung als Niederschlag durch die Aluminium-Matrix hindurch zurückzuführen. Dieser Niederschlag neigt dazu, die Versetzungsstellen zu befestigen, die während des Kaltverformens des Drahtes gebildet werden. Die Untersuchung des Niederschlags aus der intermetallischen Kobaltverbindung in einem kaltgezogenen Draht zeigt, daß die Niederschläge in der Zugrichtung orientiert sind Darüber hinaus wurde gefunden, daß die Niederschläge eine stabförmige oder plattenartige Konfiguration besitzen und daß ein Großteil davon weniger als 2 μ lang und weniger als '/2 μ breit ist.

Wenn die obige Legierung 0,30% Eisen enthält, dann zeigt sich, daß die Legierung nach dem Kaltverformen auch ein Eisenaluminat (FeAh) als intermetallische Verbindung enthält Diese intermetallische Verbindung trägt gleichfalls zum Befestigen der Versetzungsstellen während des Kaltverformens des Drahtes bei. Die Betrachtung des Niederschlags aus der intermetallischen Eisenverbindung in einem kaltgezogenen Draht ergibt, daß die Niederschläge durch die Legierung hindurch im wesentlichen gleichförmig verteilt sind und daß sie eine Teilchengröße von weniger als 1 μ besitzen. Wenn der Draht ohne Zwischenverglübungen bzw. -Vergütungen gezogen wird, dann beträgt die Teilchengröße der intermetallischen Eisenverbindungen weniger als 2000 Ä.

Weitere intermetallische Verbindungen können sich je nach den Bestandteilen der Schmelze und der relativen Konzentrationen der Legierungselemente ebenfalls in dem kaltverformten Legier» ngsprodukt bilden. Solche intermetallischen Verbindungen sind z.B.: NiAi₃, Ni₂AI₃, MgCoAI, FeAl₃, Fe₂Al₅, Co₄Al₁₃, CeAU, CeAl₂, VAl₁₁, VAl₇, VAI₆, VAI₃, WAl₁₂, Zr₃Al, Zr₂Al, LaAl₄, LaAI₂.

Ein charakteristisches Merkmal der Drähte aus den hochleitenden Aluminium-Legierungen, das aus den Versuchen bezüglich der Zugfestigkeit, der Dehnung und der elektrischen Leitfähigkeit nicht hervorgeht, ist die mögliche Veränderung der Eigenschaften als Ergebnis einer Zunahme, Abnahme oder Schwankung der Temperatur der Stränge. Es wird ersichtlich, daß die maximale Betriebstemperatur der Stränge durch diese Temperaturcharakteristik beeinflußt wird. Diese Charakteristik ist auch seitens der Herstellung ziemlich signifikant, da viele Isolierungsprozesse Hochtemperatur-Aushärtungen erfordern.

Es wurde gefunden, daß die Drähte aus der erfindungemäß zu verwendenden Aluminium-Legierung das Charakteristikum einer thermischen Stabilität haben, welche über die thermische Stabilität anderer Drähte aus Aluminium-Legierungen hinausgeht Zur Veranschaulichung dieser Tatsachen wurde eine Gruppe von Drähten hergestellt, um nach der Alterung und

Aussetzung auf erhöhte Temperaturen die Abnahme der Zugfestigkeit und der Bruchfestigkeit zu untersuchen.

Tabelle 3

Die entsprechenden Werte sind in der nachstehenden Tabelle zusammengesetzt

Probe Nr. Co

Fe

Si

Al

Verarbeitung

0,60 0,05 Rest

0,47 0,045 Rest

0,60 0,045 Rest

4 0,80 0,60 - Rest

(erfindungsgemäß zur Verwendung vorgeschlagene Legierung)

Kontinuierliches Gießen und zwischenzeitliches Heißverwalzen, Ausziehen zu flachen Magnetdrähten ohne zwischenzeitliche Vergütungen und hierauf teilweises Vergüten

Gießen von Barren, Homogenisieren und Walzen, Ausziehen mit zwischenzeitlichen Vergütungen zu flachen Magnetdrähten und hierauf teilweises Vergüten

Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt: Tabelle 4

Probe	16O⁰C	Alte rungs temperatur	Abnahme	190-20O⁰C Alterungstemperatur	Abnahme der	Abnahme
	Zeit	Abnahme der	der Bruch	Zeit	Streckgrenze	der Bruch
		Streckgrenze	festigkeit			festigkeit
			N/mm²		N/mm²	N/mm²
		N/mm²	0		412	8,24
1	100 h	0	0	100 h	28,93	8,24
	500 h	12,45	0	670 h	18,63	15,87
2	100 h	0	0	100 h	64,14	34,52
	500 h	12,45	0	55Oh
3	100 h	9,61	0	kein Versuch
	480 h	19,32	0
4	100 h	0	0		0	0
	500 h	0	55Oh

Diese Versuche zeigen, daß bei den Aluminium-Legierungen 1 bis 3 die thermische Stabilität fehlt. Die Drähte der Nummern 2 und 3 zeigen eine signifikante Abnahme der Streckgrenze und der Zugfestigkeit Die Legierung Nr. 2 ist nach einem 550stündigem fmprägnierzeitraum bei 190 bis 200°C vollkommen erweicht. Auf der anderen Seite zeigen die aus der Legierung 4 hergestellten Drähte einen hohen Grad thermischer Beständigkeit, wobei die Drähte keine Abnahme der Streckgrenze und der Zugfestigkeit aufweisen.

Hierin wurden folgende Begriffe verwendet:

Stab bzw. Stange aus einer Aluminium-Legierung: Ein längliches Produkt mit normalerweise einem Querschnitt von etwa 0,95 cm bis 7,62 cm.

Draht aus der Aluminiumlegierung: Ein längliches Produkt, welches quadratisch oder rechteckig mit scharfen oder abgerundeten Ecken oder Kanten oder rund ist. Es kann auch ein reguläres Sechseck oder reguläres Achteck darstellen. Der Durchmesser oder der größte senkrechte Abstand zwischen parallelen Flächen beträgt etwa 0,078 cm bis 035 cm.

306 119/21

Claims

Patentansprüche;

1. Verwendung einer Aluminiumlegierung aus 0,55 bis 0,95% Kobalt allein oder zusätzlich 0,01 bis 1,0% Magnesium, 0,05 bis 1,0% Kupfer, 0,05 bis 1,0% Silizium, 0,01 bis 1,0% Zirkonium, 0,01 bis 2,0% Niob, 0,01 bis 2,0% Tantal einzeln oder, bei mehreren Zusatzmetallen, diese insgesamt in Mengen von 0,01 bis 2,0% und als Rest Aluminium mit insgesamt weniger als 0,10% weiterer zuiässiger Beimengun-10 gen, die eine Mindestleitfähigkeit von 57% IACS, eine Zugfestigkeit von wenigstens 82J% N/mm² und eine Streckgrenze von wenigstens 543 N/mm² aufweist, für die Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen. is

2. Verwendung einer Aluminiumlegierung aus 0,35 bis 4,0% Kobalt, 0,1 bis 2£% Eisen und als Rest Aluminium mit insgesamt weniger als 0,10% weiterer zulässiger Beimengungen, die eine Mindestleitfähigkeit von 57% IACS, eine Zugfestigkeit von wenigstens 82,7 N/mm² und eine Streckgrenze von wenigstens 543 N/mm² aufweist, für die Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen.

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 2, die zusätzlich 0,01 bis 1% Magnesium, 0,05 bis 2£% 2s Kupfer, 0,05 bis 1% Silizium, 0,01 bis 1,0% Zirkonium, 0,01 bis 2,0% Niob und 0,01 bis 2% Tantal einzeln oder gemeinsam mit einem Gesamtgehalt von 0,01 bis 240% enthält, für den Zweck nach Anspruch 2.

4. Verwendung einer Aluminiumlegierung aus (a) 0,20 bis 1,60% Kobalt und (b) 030 bis U0% Nickel und/oder Eisen und als Rest Aluminium mit insgesamt weniger als 0,1% weiterer zulässiger Beimengungen, die eine Mindestleitfähigkeit von 57% IACS, eine Zugfestigkeit von wenigstens 82,7 N/mm² und eine Streckgrenze von wenigstens 543 N/mm² aufweist, für die Herstellung von elektrisch leitenden Gegenständen.

5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 4 aus (a) 0,60 bis 030% Kobalt, (b) 0,45 bis 0,65% Nickel und/oder Eisen, wovon 0,03 bis 0,10% Eisen, wenn (b) Nickel ist, oder 0,03 bis 0,10% Nickel, wenn (b) Eisen ist, und Aluminium als Rest, für den Zweck nach Anspruch 4.

6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 4, die zusätzlich 0,001 bis 1,0% Magnesium, 0,00t bis 1,0% Eisen, wenn (b) Nickel ist oder 0,001 bis 1,0% Nickel, wenn (b) Eisen ist, sowie 0,05 bis 1,0% Kupfer, 0,05 bis 1,0% Silizium, 0,01 bis 1,0% Zirkonium, 0,01 bis 2,0% Niob und 0,01 bis 2,0% Tantal einzeln oder gemeinsam enthält, wobei der Gesamtgehalt der zusätzlichen Legierungsbestandteile 0,01 bis 2,0% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 4.

7. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 4 aus 0,60 bis 0,80% Kobalt, 0,45 bis 0,65% Nickel und/oder Eisen, zusätzlich 0,03 bis 0,10% Magnesium und Aluminium als Rest, für den Zweck nach Anspruch 4.