DE2156932C3 - Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von Leitaluminiumlegierungen - Google Patents

Description

8(% Cu + % Fe) + 20(% Si) + 90(% Ti + % V + % Cr + % Mn) + 2(% Ga + % Zn) + 25(% Mg)

bestimmt sind, wobei y entweder 64,9 oder 65,2 und χ die vorgegebene elektrische Leitfähigkeit zwischen 61,9 und 62,5 ist, wenny=643 ist, oder eine zwischen = y -x

(7257,5990 - T)
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61,0 und 61,89 liegende Ziffer ist, wenn y=652 ist, und wobei Γ die vorgegebene Zugfestigkeit von 840 bis 1900 kp/cm² darstellt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gut elektrisch leitfähigen Aluminiumknetlegierungen aus Anteilen von Schrottaluminium.

Es wird oftmals in der Industrie gefordert, daß ein Aluminiumdraht oder irgend ein anderes Kneterzeugnis eine Leitfähigkeit habe, die Ober 61% des International Annealed Copper Standard (IACS) beträgt Dies wird dadurch erzielt, daß man Reinaluminium eines Reinheitsgrades von mindestens Al 99,5% verwendet Wie zu erwarten ist, ist Reinaluminium teurer als Schrottaluminium mit üblichen Verunreinigungen. Wenn man eine Schrottaluminiumlegierung zu Leitaluminium verarbeiten könnte, würden große Kosten- und andere Vorteile erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, um Schrottaluminium zu einer Legieruugsschmelze zu verarbeiten, deren Endprodukt die erwünschte Leitfähigkeit aufweist

Erfindungsgemäß hat man herausgefunden, daß es möglich ist, Legierungsschrott für die Herstellung von Leitaluminium durch geeignete Verhältnisse zwischen den Zusatzelementen in der Legierungsschmelze zu verwenden. Bisher war es üblich, eine Aluminiumlegierung für Leiterzwecke mit möglichst geringfügigen Zusätzen herzustellen, damit die elektrische Leitfähigkeit der Knetpunkte so groß wie möglich wurde. Oftmals ist es aber nicht nötig, höchste Leitfähigkeit optimal zu erreichen, da eine geringere Leitfähigkeit die Erfordernisse praktisch erfüllt Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine vorgeschriebene elektrische Leitfähigkeit innerhalb angemessener Grenzen durch die Verwendung von Legierungsschrott zu erhalten.

Durch die genaue Regelung der Legierungszusätze ist es auch möglich, neben der Leitfähigkeit die Gießbarkeit, die Bruchfestigkeit, die Verformbarkeit und andere Eigenschaften zu verbessern.

Die erfindungsgemäß hergestellte Aluminiumlegierung enthält neben Aluminium veränderliche Anteile von Eisen, Kupfer, Silicium, Titan, Bor, Vanadium, Chrom, Mangan, Gallium, Zink und/oder Magnesium.

Diese Elemente sind üblicherweise im Aluminium und in Aluminiumlegierungen mit unterschiedlicher Konzentration und unterschiedlichem Verhältnis zueinander enthalten.
Die meisten Schrottaluminium-Legierungen enthalten eine bedeutende Anzahl und Menge der obenerwähnten Elemente, während Hüttenaluminium meist nur geringfügige Mengen einiger Elemente enthält

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur 'schmelzmetallurgischen Herstellung von Aluminium* knetlegierungen bestimmter elektrischer Leitfähigkeit und bestimmter Zugfestigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Schmelzen von Reinaluminium und einer Schrottaluminium-Legierung, die eines oder mehrere der Elemente Kupfer, Eisen, Silicium, Titan, Bor, Vanadium, Chrom, Mangan, Gallium, Zink und Magnesium neben Aluminium als Rest enthalten, in einem Ofen derart vermengt werden, daß die Schmelzenmischung folgende Legierungsbestandteile außer Aluminium aufweist, die durch die Formel:

8(% Cu + % Fe) + 20(% Si) + 90(% Ti + % V + % Cr + % Mn) + 2(% Ga + % Zn) + 25(% Mg)

(7257,5990 - T)

= y- χ

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bestimmt sind, wobei /entweder 64,9 oder 65,2 und χ die vorgegebene elektrische Leitfähigkeit zwischen 61,9 und 62,5 ist, wenn y=64,9 ist, oder eine zwischen 61,0 und 61,89 liegende Ziffer ist, wenn y=65,2 ist, und wobei T die vorgegebene Zugfestigkeit von 840 bis 1900 kD/cm² darstellt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine erste Schrottaluminium enthaltende Schmelze in einem b5 ersten Ofen hergestellt. In einem zweiten Ofen wird eine Schmelze aus Reinaluminium hergestellt. Eine dritte Schmelze in einem dritten Ofen wird dann dadurch erhalten, daß man den dritten Ofen aus dem ersten und

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zweiten Ofen derart beschickt, daß die Gewichtspro- Formel für die Legierungszusätze in der Schmelzenmizentsätze der Legierungszusätze in der dritten Schmel- schung eine der folgenden, je nachdem, welche ze unter die obengenannte Formel fallen. Daher ist die Leitfähigkeit für das Knetprodukt erwünscht wird:

(1) 8(% Cu + % Fe) + 20(% Si) + 90(% Ti + % V + % Cr + % Mn) + 2(% Ga + Zn) + 25(% Mg)

(7257,5990 - T)

= 64,9 — (eine zwischen 61,9 und 62,5 liegende gewählte Ziffer) +

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(2) 8(% Cu + % Fe) + 20(% Si) + 90(% Ti + % V + % Cr + % Mn) + 2(% Ga + % Zn) + 25(% Mg)

= 65,2 -(eine zwischen 61,0 ynd 61,89 liegende erwählte Ziffer) + f⁷²⁵⁷»⁵⁹⁹⁰ ~ ^T)

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Man kann aber auch direkt mit entsprechenden Mengen an Schrott- und Reinaluminium einen Ofen beschicken und, wenn nötig, nachchargieren, um die in den obigen Formeln angegebenen Verhältnisse aufrechtzuerhalten.

Bei der Auswahl einer erwünschten Leitfähigkeit zwischen 61,0 und 62J5 innerhalb der zweckmäßigen Grenzen für Aluminium und Aluminiumlegierungen und einer erwünschten Zugfestigkeit für das Endprodukt erhält man eine einzige Ziffer für die rechte Seite der Gleichung. Die Konzentration der verschiedenen Elemente läßt sich nun innerhalb der Formel variieren, um eine Ziffer für die linke Seite der Gleichung zu erhalten, die der vorher festgesetzten Ziffer für die rechte Seite der Gleichung gleich oder wesentlich gleich ist Nach einer kurzen Durchsicht der ganzen Formel soll es ersichtlich werden, daß die Konzentrationen der verschiedenen Elemente und die Verhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in vielen verschiedenen Verhältnissen variiert werden können.

Man hat herausgefunden, daß der Aluminiumgehalt in der Schmelzenmischung wenigstens 99,45% betragen soll. Natürlich ist der Aluminiumgehalt sehr oft viel höher, wodurch der Legierungszusatz kleiner wird. Auch bei diesen sehr kleinen Legierungszusätzen werden die physikalischen Eigenschaften eines Knetproduktes, das aus der Schmelze verfertigt wird, stark beeinträchtigt, wenn kein angemessenes Verhältnis zwischen allen Legierungszusätzen aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1

Knetprodukte aus einer Aluminiumlegierung sollen eine Leitfähigkeit von 62^% IACS bei einer Zugfestigkeit von 1120 kg/cm² aufweisen. Eine erste Schmelze wird in einem ersten Ofen und eine zweite Schmelze wird in einem zweiten Ofen hergestellt 1360 kg der ersten Schmelze und 7260 kg der zweiten Schmelze werden einem dritten Ofen zugegeben, um eine dritte Schmelze von 8620 kg zu erzeugen. Die Bestandteile der Schmelzen sind folgende:

Element	1. Schmelze	-	0,0408	-	0,0272	2. Schmelze	3. Schmelze	3. Schmelze
		'-	0,1088	1 360.7997			Gew.-% der
		-			Elemente
	(kg)	(kg)	(kg)
Al	1 357,8606	7 240,3925	8 598,2532	99,76654
B	0,2041	0,7037	0,9078	0,01053
Cu	0,0680	0,6805	0,7486	0,00869
Fe	1,7690	9,3955	11,1646	0,12954
Si	0,7212	4,3535	5,0747	0,05888
Ti	0,0180	0,0180	0,00021
V	0,0180	0,0180	0,00021
Cr	0,0725	0,0725	0,00084
Mn	0,0830	0,1238	0,00144
Ga	0,5470	0,6559	0,00761
Zn	1,2623	1,2623	0,01465
Mg	0,0725	0,0997	0,00116
	7 257.5990	8 618.3991	100.00000

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Das Verhältnis zwischen den Elementen in der dritten Schmelze ist durch Forme' (1) definiert, was durch Einfügung der Prozentsätze Ln die Formel, wenn χ = 62,3, y = 64,9 und T=. I 120 ist, bewiesen wird. Dann lautet die Gleichung:

8(0,00869+0,12954)+20(0,0588S)+90(0,00021 +0,00021 +0,00084+0,00144)+ 2(0,00761 +0,01465)+ 25(0,00116)

- 64,9 - 62,3 + (7257,5990^1120,000) .

8(0,01382-3) + 20(0,05888) + 90(0,00270) + 2(0,02226) + 25(0,00116) = 2,6 + 0;

1,10584 + 1,17760 + 0,24300 + 0,04452 + 0,02900 = 2,6;
2,59996 = 2,6.

Die Ziffer 2,59996 kommt der Ziffer 2,6 so nahe, daß man die beiden als gleich betrachten kann.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine andere Aluminiumlegierung zur Herstellung der zweiten Schmelze verwendet wird.

Element	1. Schmelze	—	0,0408	-	0,0272	2. Schmelze	3. Schmelze	3. Schmelze
		-	0,1088			Gew.-% der
	(kg)	-	(Ke)	(kg)	Elemente
Al	1 357,8606	7 240,3761	8 598,2367	99,76603
B	0,2041	0,7790	0,9831	0,01141
Cu	0,0680	0,8788	0,9468	0,01099
Fe	1,7690	9,6360	11,4051	0,13233
Si	0,7212	3,6653	4,3865	0,05090
Ti	0,0344	0,0344	0,00040
V	0,0344	0,0344	0,00040
Cr	0,0725	0,0725	0,00084
Mn	0,1024	0,1432	0,00166
Ga	0,6203	0,7292	0,00846
Zn	1,0975	1,0975	0,01273
Mg	0,3026	0,3299	0,00383

1360,7997 7 257,5993 8 618,3993 100,00000

Durch Einfügung der obigen Ziffern in die Formel, wobei χ = 62,3, y = 64,9 und T= 1120 ist, erhält man folgende Gleichung:

8(0,01099 + 0,13233) + 20(0,05090) + 90(0,00040 + 0,00040 + 0,00084 + 0,00166) + 2(0,00846 + 0,01273) + 25(0,00383)

(7257,5990 - 1120,000)

= 64,9 - 62,3 +

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8(0,14332) + 20(0.05090) + 90(0.00330) 4 2(0.02119) + 25(0,00383) = 2.6 + 0:

1,14646 + 1.01800 + 0,29700 -t 0.04625 + 0.09575 = 2.6;
2,60356 = 2.6.

Oil· Ziffer 2.60356 kommt di:r Ziffer 2.6 so nalie. daß mim die beiden ;ils uleich betrachten kann.

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Beispiel 3

Knetprodukte sollen eine Leitfähigkeit von 61,3% IACS bei einer Zugfestigkeit von 1120 kg/cm² aufweisen. 1360 kg der ersten Schmelze und 7260 kg des zweiten Schmelze werden einem dritten Ofen zugegeben, um eine dritte Schmelze von 8620 kg zu erzeugen.

Element	1. Schmelze	-	0,0408	-	0,0272	2. Schmelze	3. Schmelze	3. Schmelze
		—	0,1088			Gew.-% der
	(kg)	-	(kg)	(kg)	Elemente
Al	1 357,8606	7 229,0798	8 586,9390	99,63496
B	0,2041	0,6561	0,9026	0,01000
Cu	0,0680	2,0387	2,1067	0,02445
Fe	1,7690	19,3909	21,1599	0,24552
Si	0,7212	4,4498	5,1710	0,06000
Ti	0,0724	0,0724	0,00084
V	0,0724	0,0724	0,00084
Cr	0,0724	0,0724	0,00084
Mn	0,1877	0,2285	0,00265
Ga	0,7518	0,8607	0,00999
Zn	0,7249	0,7249	0,00841
Mg	0,1021	0,1294	0,00150

1360,7997 7 257,5990 8 618,4399 100,00000

Durch Einfügung der obigen Ziffern in die Formel, wobei χ = 61,3, y = 65,2 und T = 1120 ist, erhält man folgende Gleichung:

8(0,02445 + 0,24552) + 20(0,06000) + 90(0,00084 + 0,00084 + 0,00084 + 0,00265) + 2(0,00999 + 0,00841) + 25(0,00150)

„, ,. , , (7257,5990-1120,000)
= ⁶⁵'² - ⁶¹>³ + 4536^ :

8(0,26997) + 20(0,06000) + 90(0,00517) + 2(0,01840) + 25(0,00150) = 3,9 + 0;
2,15976 + 1,20000 + 0,46530 + 0,03680 + 0,03750 = 3,9;
3,89936 = 3.9.

Beispiel 4

Beispiel 3 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine andere Aluminiumlegierung bei der Herstellung der zweiten Schmelze verwendet wird.

Element 1. Schmelze 2. Schmelze 3. Schmelze 3. Schmelze

Gew.-% der

„ > „ ·. „ » Elemente

(kg) (kg) (kg)

Al	1357,8606	—	0,0408	—	0,0272	7 229,2121	8587,0727	99,63652	809646/114
B	0,2041	—	0,1088	1360,7997	0,6577	0,8618	0,01000
Cu	0,0680	—		2,0490	2,1171	, 0,02457
Fe	1,7690	19,1524	20,9214	03275
Si	0,7212	4,4497	5,1709	0,06000
Ti	0,0724	0,0724	0,00084
V	0,0724	0,0724	0,00084
Cr	0,0724	0,0724	0,00084
Mn	0,1730	0,2138	0,00248
Ga	0,7377	0,8465	0,00982
Zn	0,7195	0,7195	0,00835
Mg	0,2307	0,2580	0,00299
	7257,5990	86183989	100,00000

ίο

Durch Einfügung der obigen Ziffern in die Formel, wobei χ = 61,3, y = 65,2 und T = 1120 ist, erhält man folgende Gleichung:

8(0,02457 + 0,24275) + 20(0,06000) + 90(0,00084 + 0,00084 + 0,00084 + 0,00248) + 2(0,00982 + 0,00835) + 25(0,00299)

(7257,599 - 1120,000)

= 65,2 - 61,3 +

8(0,26732) + 20(0,06000) + 90(0,00500) + 2(0,01917) + 25(0,00299) = 3,9 + 0; 2,13856 + 1,20000 + 0,45000 + 0,03634 + 0,07475 = 3,9; 3,89965 = 3,9.

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Die verhältnismäßig große Streubreite der durch das erfindungsgemäße Verfahren möglichen Auswahl der Schmelzen ermöglicht die Verwendung von relativ billigem Schrott und die Schaffung von Legierungen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften.

Im einzelnen werden weniger als 0,05% Kupfer der Schmelzenmischung in jedem der vier Beispiele zugegeben. Daher weisen alle vier Legierungen gute Gießbarkeit und Verarbeitbarkeit auf. Man hat auch festgestellt, daß bei der Herstellung einer Aluminiumlegierungs-Schmelze, wie sie hier beschrieben wird, das Gewichtsverhältnis von Fe: Si von 2:1 bis 6:1 variieren kann. Es ist daraus ersichtlich, daß dadurch eine wirksame Steuerung der Gießbarkeit und der Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung erfolgt.

Der Bor-Gehalt darf 0,003% überschreiten, wodurch die Gießbarkeit unabhängig vom Fe : Si-Verhältnis gewährleistet ist

Zur Erläuterung soll hinzugefügt werden, daß Reinaluminium normalerweise die folgenden maximalen Konzentrationen an Verunreinigungen aufweist:

Mg

Si

Ga Cu

Fe

Ni

Cr

Mn

0,003 0,003 0,003 0,05 0,02 0,015 0,01 0,10 0,003

Die Zugfestigkeit für Leitaluminium beträgt normalerweise 840 bis 1 900 kg/cm².

0,003 0,003

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von Aluminiumknetlegierungen bestimmter elektrischer Leitfähigkeit und bestimmter Zügfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß Chargen von Reinaluminium und einer Schrottaluminium-Legierung, die eines oder mehrere der Elemente Kupfer, Eisen, Silicium, Titan, Bor, Vanadium, Chrom, Mangan, Gallium, Zink und Magnesium neben Aluminium als Rest enthalten, in einem Ofen derart vermengt werden, daß die Schmelzenmischung folgende Legierungsbestandteile außer Aluminium aufweist, die durch die Formel: