DE2163308A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von VerbundblechenInfo
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Description
t>I"V . - · : nan,
ti.·. · I jr.
M ü η ch ο η L2, Ll-J^^aülr. W 2163308
503-18.O3OP 20. 12. I97I
Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen einer Dicke unter 0,5 mm mit
einem Überzug aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf einer wenigstens im Kontaktbereich mit dem Überzug aus
Eisen oder einem weichen Stahl bestehenden Unterlage durch Kaltzusammenwalzen des Überzuges und der Unterlage mit einem
Kaltverformungsgrad von über 9-0 $ und Anlassen bei einer Temperatur von wenigstens 480 C.
Das Plattieren von Aluminiumblechen auf Stahlblechen durch Zusammenwalzen wird normalerweise durch ein Schlußanlassen
zwischen 480 und 550 C zum Weichmachen der Einheit
vervollständigt, um die späteren Formgebungen zu ermöglichen.
503-(B 1535)-Tp-r (7)
209828/0692
Wenn man dieses Anlassen von Verbundblechen mit einem Verformungsgrad (Dickenverminderung/Anfangsdicke) über einer
Grenze vornimmt, die in der Größenordnung von 90 $ liegt, bemerkt man längs der Grenzfläche und im Aluminiumteil
die Bildung von intermetallischen Verbindungen des Typs AIoFe. Die Anwesenheit dieser Verbindungen hat ungünstige
Folgens
- sie macht den Verbund brüchig und erschwert die weitere Fo rmge bung;
- Wenn die intermetallischen Verbindungen bis an die
Oberfläche reichen, was vorkommt, wenn der Aluminiumüberzug dünn ist, erscheinen schwärzliche Spuren oder Flecken
und unzulässige Porositäten»
Verschiedene Verfahren sind vorgeschlagen worden, um zu versuchen, diese Erscheinung zu unterdrücken oder zu
begrenzen, insbesondere die folgendens
- Vornahme eines Anlassens bei der möglichst niedrigen Temperatur und während möglichst kurzer Zeiten. Man hat so
niedrige Temperaturen wie 204 C und andererseits so geringe Zeiten wie 2 Minuten vorgeschlagen,, Man gelangt so
zur Begrenzung oder völligen Unterdrückung des Auftretens von intermetallischen Verbindungen, doch führt ein so vorgenommenes
Anlassen nicht zu einer ausreichenden Erweichung, und die Möglichkeiten der späteren Formgebung sind
daher begrenzt«
209828/0602
- Zusatz einer gewissen Menge Silizium oder Beryllium
zum Aluminium. Dieses Verfahren verringert die Bildung der intermetallischen Verbindungen, unterdrückt sie jedoch
nicht und stellt daher nur eine Teillösung des Problems dar„ Außerdem begrenzt es die Wahl der Aluminiumlegierung,
die man aufzuplattieren wünscht.
- Verwendung von Stählen, deren Gehalt an Kohlenstoff und Desoxydationsmitteln möglichst niedrig liegt, so daß
das Anlassen unter 525 °C durchführbar ist- Diese Lösung
ist aber unzureichend, wenn die Verformungsgrade sehr hoch
liegen (GB-PS 702 817)„
- Zwischenlage einer Schicht eines anderen Metalls wie Kupfer oder Silber^ Dies sind ohne Zweifel wirksame,
jedoch teure und komplizierte Lösungen:,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Auftreten von intermetallischen Verbindungen möglichst weitgehend
unterdrückt wird, ohne daß die genannten kostspieligen und komplizierten Verfahren angewendet werden müssen=
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
man das Verbundblech vor dem Anlassen einer aus einem Halten von wenigstens 1 Stunde in einem Temperaturbereich von
275 - ^6O C bestehenden Vorbehandlung unterwirft.
Überraschenderweise führt dieses Halten des Verbundbleches in einer, "kritischen Zone" von Temperaturen zwischen
275 und k6O 0C während einer geeigneten Zeit über
209828/0692
1 Stunde zu einer definitiven Verbesserung, wie auch die späteren Anlaßbehandlungen sein mögen, indem das Auftreten
intermetallischer Verbindungen völlig unterdrückt oder stark reduziert wird, sofern man selbstverständlich keinen
neuen Walzvorgang anschließt.
Es wurde gefunden, daß die mit dem kaltverformten Blech vor und nach seinem Durchgang durch die kritische
Temperaturzone vorgenommenen Wärmebehandlungsschritte von
einem vernachlässigbaren Einfluß auf das Erscheinen der intermetallischen Verbindungen sind. Es gibt nun bekanntlich
zwei praktische industrielle Verfahren, um das Produkt in der kritischen Zone gemäß der Erfindung verweilen
zu lassen: Man kann das Produkt während einer ausreichenden Zeit in einem auf einer geeignet gewählten, konstanten
Temperatur gehaltenen Ofen anordnen, wobei das Produkt anschließend aus dem Ofen entnommen wird, um nach
einer mehr oder weniger langen Zeit in den Anlaßofen eingeführt zu werden, oder man kann das Produkt auch direkt
in den Anlaßofen einführen, wenn dieser kalt ist oder sich auf einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperaturzone
befindet, und die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit so einrichten, daß das Produkt während einer ausreichenden
Zeit in der "kritischen Zone" gehalten wird. Bei gleicher Verweilzeit in der kritischen Zone ergeben beide Verfahren
entsprechende Ergebnisse, was die intermetallischen Verbindungen betrifft.
Die Bedingungen der Behandlung in der kritischen Zone hängen vom Verformungsgrad des Verbundblechs ab.
209828/0692
Für Verformungsgrade zwischen 90 und 93 $ sind alle
Temperaturen der kritischen Zone zwischen 275'und 46o C
praktisch gleichwertig, und ein Aufenthalt von 1 Stunde bei einer beliebigen Temperatur dieser Zone führt zum völligen
Verschwinden der intermetallischen Verbindungen nach dem Anlassen. Für Verformungsgrade über 93 $ ermöglichen,
nur die Aufenthalte bei Temperaturen zwischen 375 und 425 C das Verschwinden der intermetallischen Verbindungen.
Das Halten bei anderen Temperaturen der kritischen Zone führt dagegen in diesem Fall nur zu einer gewissen
Verringerung des Anteils der intermetallischen Verbindungen.
Aufgrund einer nicht einschränkenden Hypothese nimmt man an, daß sich in der kritischen Temperaturzone an der
Grenzfläche zwischen dem Eisen und dem Aluminium Mischoxydverbindungen von Eisen und Aluminium bilden. Diese Verbindungen,
deren Bildung um so schwieriger ist, je größer der Verformungsgrad des Verbunds ist, verhindern nach dieser
Hypothese die spätere Diffusion des Eisens in das Aluminium und infolgedessen die Bildung der unerwünschten intermetallischen
Verbindungen zwischen diesen Elementen.
Beispielsweise hat man, um die Erfindung näher zu erläutern, verschiedene Verbundbleche genommen, die aus
einem weichen Stahlblech (Kohlenstoff weniger als 0,08 $,
Hangan zwischen 0,25 und 0-, k0 #) durch beidseitige Plattierung
mit Aluminiumblech mit 1,2 $ Silizium durch Kaltzusammenwalzen ohne Anlassen erhalten wurden. Die Dicke
der Aluminiumschichten auf den Endprodukten war 10 - 15 Mikron, die des weichen Stahlblechs variabel. Die Dicken
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und die Verformungsgrade sind in der folgenden Tabelle angegeben s
Produkt | Dicke (Mikron) | Verformungsgrad |
des Verbundblechs | ||
A | 500 | 86,1 # |
B | 250 | 92,9 # |
C | 180 | 94,3 # |
D | 120 | 95,4 $ |
Nach einem Anlassen von 2 Stunden bei 500 C durch Einführen dieser Bleche ohne besondere Vorsicht in einen
auf konstanter Temperatur gehaltenen Ofen zeigte sich folgendes Ergebnis %
Produkt | Auftreten intermetallischer Verbindungen |
A | kein |
B | mittleres |
C | sehr starkes |
D | sehr starkes |
Unter dem Wort "sehr starkes" in der Spalte "Auftreten
intermetallischer Verbindungen" versteht man. daß diese
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Verbindungen im weiten Umfang das Niveau der Oberfläche des Verbunds erreichen, -da sie die Aluminiumschicht durchsetzt
haben.
Unter dem Wort "mittleren" in der genannten Spalte versteht man, daß diese Verbindungen an einigen Punkten'
bis zur Oberfläche reichen. Unter dem Wort "kein" versteht man, daß diese Verbindungen weder hinsichtlich des Erreichens
des Niveaus noch im Mikroskop auf einer polierten Material Schnittfläche sichtbar sind.
Man stellt fest, daß für das Blech A jede Vorbehandlung überflüssig isto
Man unterwarf die anderen Bleche verschiedenen Vorbehandlungen gemäß der Erfindung bzw. außerhalb des Bereichs
der Erfindung, die aus folgenden Maßnahmen bestehen:
Entweder wandte man isotherme Haltezeiten unter verschiedenen Temperatur- und Zeitdauerbedingungen an, wobei
die Bleche anschließend in einen anderen Ofen gebracht wurden, wo man sie einer Behandlung von 2 Stunden bei 500 C
entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren unterwarf;
oder man behandelte die Bleche bei progressivem Temperaturanstieg bis zur Anlaßtemperatur bei verschiedenen
Erwärmungsgeschwindigkeiten,worauf ohne Zwischenabkühlung
ein Halten von 2 h bei 500 0C folgte. Nach dem Anlassen
von 2 Stunden bei 500 C untersuchte man, ob es ein Auftreten intermetallischer Verbindungen gab.
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Die Ergebnisse hiervon sind in den folgenden Tabellen wiedergegeben?
Produkt B - Versuche mit isothermen Haltezeiten
Halte zeit Stunden |
Auftreten intermetallischer Verbindungen | 250 °C | 300 °C | 350 °c | 400 °C | 450 °c |
1 2 4 8 16 32 |
200 °C | mittleres | geringes kein kein kein kein kein |
geringes kein kein kein kein kein |
kein kein kein kein kein kein |
geringes kein kein kein kein kein |
mittleres |
Haltezeiten bei 200 - 250 C = mittlere Diffusion
Produkt B - Versuche mit konstanter Temperaturanstiegsgeschwindigkeit
Erwärmungs- | Verweilzeit zwischen | Auftreten inter- |
geschwindig keit |
275 und 460 0C | metall. Verbindungen |
1000°/h | 0, 18 h | mittleres |
300°/h | 0,62 h | geringes |
100°/h | 1,85 h | kein |
50°/h | 3,7 h | η |
25°/h | 7,4 h | η |
10°/h | 18,5 h | η |
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Unter dem Wort "geringes" in der Spalte "Auftreten
intermetallischer Verbindungen" versteht man, daß diese Verbindungen in der Oberfläch©-des Verbunds nicht in Erscheinung
treten, jedoch bei mikroskopischer Untersuchung in Form von Flecken gewisser Reichweite sichtbar sind.
Produkt C - Versuche mit isothermen Haltezeiten
Halte zeit |
Auftreten | 250 °C | intermetallischer | 350 0C | Verbindungen | Il | 450 0C |
jCj ü J_ I/ S tunden |
200 °C | 300 0C | starkes | 400 °C | ge | ||
1 | starkes | geringes | Il | ringes | |||
mitt | w | ||||||
2 | mitt | leres | kein | ||||
(D | leres | H | Ii | n | |||
4 | to | Φ | It | ||||
φ | t | ge | It | It | |||
8 | U | «J | W | ringes | |||
βί | (0 | ||||||
V) | η | mitt | |||||
16 | H | leres | |||||
kein | η | ||||||
32 | Π |
Produkt C - Versuche mit konstanter Temperaturanstiegsgeschwindigkeit
Erwärmungs-
geschwindig keit |
Verweilzeit zwischen 275 u. 460 0C |
Verweilzeit zwischen 375 u. 425 °C |
Auftreten in
termetallischer Verbindungen |
25°A 10°/h |
7,4 h 18,5 h |
2 h 5 h |
sehr geringes
kein |
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Produkt D - Versuche rait konstanter Temperaturanstiegsgeschwindigkeit
Erwärmungs- ge s chwindi g- keit |
Verweilzeit zwischen 275 u. 460 0C |
Verweilzeit zwischen 375 u. 425 °C |
Auftreten inter metallischer Ver bindungen |
25°/h 100A 5°A |
7,4 h 18,5 h 37 h |
2 h 5 h 10 h |
mittleres geringes sehr geringes |
Die Auswertung dieser Tabellen zeigt sehr wohl, daß bei einer gleichen Verweilzeit in der Zone 275 - 460 0C oder in
der Zone 375 - 425 °C die Behandlungen durch isotherme Haltezeiten oder mit konstanter Erwärmungsgeschwindigkeit äquivalente
Ergebnisse liefern, was das Auftreten intermetallischer Verbindungen nach dem Anlassen betrifft.
Wenn das Kaltverformen ergibt, daß es nötig ist, eine
Vorbehandlung großer Dauer vorzunehmen, ist es vorzuziehen, mit isothermen Haltezeiten zu arbeiten, indem man einen Ofen
mit zwei Abteilen oder zwei verschiedenen Öfen verwendet.
Wenn im Gegenteil die Vorbehandlung verhältnismäßig kurz sein kann, dürfte es vorteilhafter sein, mit einer
passend ausgewählten Erwärmungsgeschwindigkeit zu arbeiten, wobei man dann einen einzigen Ofen für die Vorbehandlung
und das Anlassen verwendet.
Andererseits sieht man, wenn man das Ergebnis der Tabelle bezüglich der Versuche betrachtet, wo die Vorbehand-
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lung durch Einflußnahme auf die Erwärmungsgeschwindigkeit vor dem Anlassen vorgenommen wird, daß die Maximalgeschwindigkeit
zum Erhalten eines Produkts ohne intermetallische Verbindungen um so geringer ist, je mehr kaltverformt das
Produkt isto Diese Maximalgeschwindigkeit V kann, insbesondere
für den Temperaturbereich von 375 - ^25 °C, durch
die Formel ausgedrückt werden?
log V = 58 - 0,6 e,
worin e den Verformungsgrad in Prozent bedeutete
worin e den Verformungsgrad in Prozent bedeutete
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Claims (1)
- Patentansprüche1 Λ Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen einer Dicke unter 0,5 mm mit einem Überzug aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf einer wenigstens im Kontaktbereich mit dem Überzug aus Eisen oder einem welchen Stahl bestellenden Unterlage durch Kaltzusammenwalzen des Überzuges und der Unterlage mit einem Kaitverformungsgrad von über 90 $ und Anlassen bei einer Temperatur von wenigstens 480 C9 dadurch gekennzei chne t , daß man das Verbundblech vor dem Anlassen einer aus einem Halten von wenigstens 1 Stunde in einem Temperaturbereich von 275 bis 4oü C bestehenden Vorbehandlung unterwirfto2, Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere für den Fall eines Verformungsgrades über 93 $s dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung aus dem Halten von wenigstens 1 Stunde im Temperaturbereich von 375 bis 425 °C besteht .3= Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorbehandlung durch Einhalten einer Durchschnittserwärmungsgeschwindigkeit unter 100 /h im Temperaturbereich von 275 bis 460 C während der dem Anlassen vorausgehenden Erhitzung vornimmt.4, Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich von 375 bis 425 C mit einer Durchschnittserwärmungsgeschwindigkeit V unter derjenigen209828/0692nach der Formel log V = 58 - 0,6 e durchschritten wird, wobei e der Kaitverformungsgrad in Prozent ist»5i Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung eine isotherme Behandlung209828/0692
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EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |