DE2435456B2

DE2435456B2 - Leiter aus einer aluminiumlegierung

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Publication number: DE2435456B2
Application number: DE19742435456
Authority: DE
Inventors: Roger John; Chia Enrique Calixto; Carrollton Ga. Schoerner (V.St.A.)
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1973-07-23
Filing date: 1974-07-23
Publication date: 1978-02-23
Also published as: GB1475587A; DE2435456A1; JPS5070895A; CA1037742A; FR2238998A1; IT1016955B

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiter aus einer Aluminiumlegierung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 57%, bestimmt nach dem »International Annealed Copper Standard«, im folgenden kurz als IACS-Standard bezeichnet, mit gegenüber bekannten Leitern aus Aluminiumlegierungen verbesserten Eigenschaften, insbesondere verbesserter Dehnung, verbesserter Biegefestigkeit und verbesserter Zugfestigkeit.

Es ist bekannt, die verschiedensten Aluminiumlegierungen in Form von Stäben, Drähten, Blättern, Folien, Platten, Röhren und anderen Formelementen als elektrische Leiter zu verwenden. Derartige Legierungen haben in charakteristischer Weise Leitfähigkeiten von mindestens 57%, bestimmt nach dem IACS-Standard. Sie bestehen zu einem wesentlichen Teil aus reinem Aluminium und vergleichsweise kleinen Mengen üblicher Verunreinigungen, z. B. Vanadium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Bor, Gallium, Nickel, Zirkonium, Chrom, Beryllium und Titan.

Aus den US-PS 35 12 221 und 36 70 401 beispielsweise sind aus Aluminiumlegierungen bestehende elektrische Leiter bekannt, die eine elektrische Leitfähigkeit, bestimmt nach dem IACS-Standard von mindestens 61% und vergleichsweise gute Festigkeits- und Ermüdungseigenschaften aufweisen. Die bekannten Legierungen enthalten nicht mehr als 0,30 Gew.-% Eisen und nicht mehr als 0,15 Gew.-% Silizium.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die physikalischen Eigenschaften der bekannten Leiter aus Aluminiumlegierungen in vieler Hinsicht noch zu wünschen übrig lassen, So hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Legierungen konstant hohe Dehnungen nur unter Verminderung der Zugfestigkeit erreicht werden können und daß andererseits wünschenswerte Zugfestigkeiten nur auf Kosten einer verminderten prozentualen Dehnung erreichbar sind. Im übrigen sind die Biegefestigkeit und der Ermüdungswiderstand von bekannten Leitern aus Aluminiumlegierungen so gering daß derartige Leiter für die verschiedensten Anwendungsgebiete nicht geeignet sind.

Aufgabe der Erfindung war es, einen elektrischen Leiter aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserten

physikalischen Eigenschaften, und zwar insbesondere mit einer hohen Dehnung, die auch dann beibehalten wird, wenn die Legierung über längere Zeitspannen hinweg der Einwirkung höherer Temperaturen ausgesetzt wird, ohne daß die Zugfestigkeit, die Widerstands- -> fähigkeit gegenüber Biegebeanspruchungen un und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdungserscheinungen während der Verwendung des Leiters nachteilig beeinflußt werden, anzugeben.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß man m zu Leitern der aufgeführten Eigenschaften dann gelangi, wenn sie aus einer Aluminiumlegierung bestehen, die durch einen Gehalt von weniger als etwa 98,83 Gew.-% Aluminium, einen Gehalt von mehr als etwa 0,99 Gew.-% Eisen und einen Gehalt von mehr als etwa 0,18 r, Gew.-^u/o Silicium gekennzeichnet ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Leiter aus einer Aluminiumlegierung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 57%, bestimmt nach dem I ACS-Standard, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Legierung besteht

zu etwa 96,20 bis 98,83 Gew.-% aus Aluminium,
zu etwa 0,99 bis etwa 2,50 Gew.-% aus Eisen,
zu etwa 0,18 bis etwa 0,40 Gew.-% aus Silicium und
zu 0,005 bis etwa 0,40 Gew.-% aus einem oder mehreren 2 > der Spurenelemente Vanadin, Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Bor, Gallium, Nickel, Zirkonium, Chrom, Beryllium und Titan.

Der Aluminiumgehalt der erfindungsgemäßen Legierung liegt somit bei etwa 96,20 bis etwa 98,83 Gcw.-%. m Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden dann erhallen, wenn der Aluminiumgehalt bei etwa 97,20 bis etwa 98,70 Gew.-%, insbesondere bei etwa 97,80 bis etwa 98,70 Gew.-% liegt.

Der Eisengehalt der Legierung liegt in vorteilhafter r, Weise bei etwa 2,50 Gew.-% bis etwa 0,99 Gew.-%, wobei besonders vorteilhafte Ergebnisse dann erhalten werden, wenn der Eisengehalt bei etwa 1,10 bis etwa 2,00Gew.-% liegt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich des weiteren erwiesen, wenn der Siliciumgehalt der Legierung bei etwa 0,20 bis etwa 0,30 Gew.-% liegt.

Das Verhältnis von Gew.-% Eisen zu Gew.-% Silicium soll bei 2 : 1 oder darüber liegen. In besonders vorteilhafter Weise liegt das Gewichtsverhältnis von Eisen zu Silicium bei 8 :1 oder darüber.

Wenn somit die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung einen Eisengehalt im unteren Bereich des angegebenen Gewichtsbereiches aufweist, so ist eher die Gewichtsmenge an Aluminium zu erhöhen als die ^r,o Gewichtsmenge an Silicium.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein in geeigneter Weise hergestellter oder bearbeiteter Leiter aus einer Aluminiumlegierung der angegebenen Zusammensetzung durch eine annehmbare elektrische Leitfähigkeit gekennzeichnet ist und durch eine verbesserte Zugfestigkeit, eine verbesserte Dehnung und daß ein solcher Leiter des weiteren neue unerwartete Eigenschaften zeigt, und zwar eine in überraschender Weise erhöhte Biegefestigkeit, eine e>o weit verbesserte Ermüdungswiderstandsfähigkeit, eine hohe Dauerfestigkeit und eine ausgezeichnete thermische Stabilität.

Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung läßt sich herstellen durch Aufschmelzen und Legieren von bi Aluminium mit den notwendigen Mengen an Eisen und anderen Bestandteilen unter Erzeugung der Legierung für die Weiterverarbeitung. Der Gehalt an typischen Verunreinigungen oder Spurenelementen der Schmelze liegt dabei bei insgesamt 0,005 bis etwa 0,40 Gew.-%. In besonders vorteilhafter Weise liegen die Spurenelemente in einer Gesamtmenge von weniger als 0,20 Gew.-% vor. Als ganz besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die einzelnen Verunreinigungen oder Spurenelemente in Mengen von etwa 0,10 Gew.-% oder darunter vorliegen. Bei der Berechnung der Mengen an Spurenelementen muß die Leitfähigkeit der herzustellenden Legierung beachtet werden, da einige Spurenelemente die Leitfähigkeit der Legierung mehr als andere Spurenelemente zu beeinflussen vermögen. Die typischen Spurenelemente bestehen beispielsweise aus Vanadium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Bor, Gallium, Nickel, Zirkonium, Chrom, Beryllium und Titan.

Ist der Gehalt an Titan relativ hoch (jedoch im Vergleich zum Aluminium, Eisen und Silicium sehr niedrig) so können vergleichsweise kleine Mengen an Bor zugesetzt werden, um überschüssiges Titan zu binden und um zu vermeiden, daß es die Leitfähigkeit des Leiters vermindert.

Nach Herstellung der Schmelze wird die Aluminiumlegierung vergossen, vorzugsweise kontinuierlich, und zwar zu endlosen Stangen oder Stäben. Diese gegossenen Stangen oder Stäbe können dann heiß bearbeitet werden, in praktisch dem Zustand, in dem sie in der Gießmaschine oder Gießvorrichtung anfallen. Eine typische Heißbearbeitung besteht darin, die Stäbe oder Stangen unmittelbar nach ihrer Herstellung in einem Walzwerk zu walzen.

Selbstverständlich können auch andere Herstellungsmethoden angewandt werden, doch werden besonders vorteilhafte Ergebnisse bei einem kontinuierlichen Verarbeitungsprozeß erzielt. Andere Herstellungsmethoden bestehen beispielsweise aus üblichen Extrusions- und hydrostatischen Extrusionsverfahren unter direkter Erzeugung von Stäben oder Drähten, in Sinterverfahren, bei denen Aluminiumlegierungspulver unter Herstellung von Stäben, Barren, Tafeln, Stangen oder Drähten direkt gesintert werden oder in Verfahren, bei denen direkt aus der ausgeschmolzenen Aluminiumlegierung Stangen, Barren, Tafeln, Stäbe oder Drähte direkt gegossen werden und ferner üblichen Gießverfahren, bei denen aus der Schmelze Barren, Tafeln, Stäbe u. dgl. gegossen werden, welche anschließend heiß bearbeitet werden können unter Herstellung von Stäben und zu Drähten verzogen werden können.

Ein Beispiel eines kontinuierlichen Gieß- und Wabverfahrens, nach dem endlose Stäbe hergestellt werden können, arbeitet wie folgt:

Eine kontinuierliche arbeitende Gießvorrichtung dient zur Verfestigung des aufgeschmolzenen Aluminiumlegierungsmetalls unter Erzeugung eines Stabes, der in praktisch dem Zustand, in dem er in der kontinuierlich arbeitenden Gießvorrichtung zum Erstarren gebracht wurde, einem Walzwerk zugeführt wird, in welchem die Heißbearbeitung der gegossenen Stangen in einen Stab oder in ein anderes heißgeformtes Element oder Erzeugnis erfolgt, und zwar in einer Art und Weise, bei welcher eine Bewegung der gegossenen Stangen längs einer Vielzahl von winkelförmig angeordneten Achsen erfolgt.

Die kontinuierlich arbeitende Gießvorrichtung kann dabei vom Typ der üblichen Gießradvorrichtungen sein, mit einem Gießrad mit einer Gießrinne oder Gießnut, die teilweise eingeschlossen wird durch ein endloses Förderband, das gelagert ist auf dem Gießrad und einer

Spannwalze. Das Gießrad und das endlose Förderband stehen dabei miteinander im Eingriff unter Erzeugung einer Form, in dessen eines Ende die gegossene Stange ausgestoßen wird, in praktisch dem Zustand, in dem sie verfestigt wurde.

Das Walzwerk kann aus einem der üblichen Walzwerke bestehen mit einer Vielzahl von Walzen zum Heißverformen der gegossenen Stangen durch eine Reihe von Verformungen. Die kontinuierlich arbeitende Gießvorrichtung und das Walzwerk sind dabei zueinan- 1» der derart angeordnet, daß die gegossene Stange in das Walzwerk praktisch unmittelbar nach der Verfestigung der Stange eintritt und in praktisch dem Zustand, in dem die Verfestigung oder Erstarrung erfolgte. In diesem Zustand befindet sich die gegossene Stange auf einer ιί Heißbearbeitungstemperatur innerhalb des Temperaturbereiches für eine Heißverformung der gegossenen Stange zu Beginn der Heißverformung ohne Erhitzen zwischen der Gießvorrichtung und dem Walzwerk. In dem Falle, in dem es erwünscht ist, die Heißverformungstemperatur der gegossenen Stange innerhalb der üblichen Heißverformungstemperaturen zu überwachen, können Vorrichtungen zum Einstellen oder Anpassen der Temperatur der gegossenen Stange zwischen der kontinuierlich arbeitenden Gießvorrichtung und dem Walzwerk angeordnet werden.

Mit einer Vorrichtung des beschriebenen Typs können aus der Schmelze Stangen der verschiedensten Längen durch Vergießen der geschmolzenen Aluminiumlegierung und durch Heißverformen oder Walzen n. der gegossenen Aluminiumstangen hergestellt werden.

Die Stäbe, die nach dem Vergießen und Vcrwalzen anfallen, können dann in üblicher bekannter Weise weiter verarbeitet werden unter Verminderung der Dicke zu Drähten verschiedener Dicken. In vorteilhaf- r> ter Weise können die Stäbe um etwa 40 bis etwa 97% ihres Durchmessers vor der Dickenverminderung vermindert werden. Die nicht getemperten oder nicht angelassenen Stäbe werden kalt verzogen, und zwar durch eine Reihe von sich fortschreitend verengenden ^o Formen ohne zwischengeschaltete Temperstufen unter Erzeugung eines endlosen Drahtes eines gewünschten Durchmessers. Am Ende des Ziehens oder Verstreckens weist die Legierung eine hohe Zugfestigkeit und eine vergleichsweise geringe Enddehnung auf sowie eine Leitfähigkeit, die unter 55% gemäß IACS liegen kann. Die hergestellten Drähte können dann getempert oder angelassen oder teilweise getempert oder teilweise angelassen werden, um die erwünschten Eigenschaften zu erreichen, und abgekühlt werden. Nach dem Temperan oder Anlassen zeigen die getemperten oder angelassenen Legierungsdrähte eine unerwartet verbesserte prozentuale Enddehnung, eine verbesserte Endfestigkeit und eine hohe Dauerfestigkeit, eine hohe Leitfähigkeit, eine hohe thermische Stabilität, eine ausgezeichnete Biegefestigkeit und eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit. Das Tempern oder Anlassen kann dabei in üblicher bekannter Weise kontinuierlich durchgeführt werden, wie beispielsweise beim Widerstandstempern, beim Induktionstempern, beim Konvektionstempern mittels Kanalöfen oder durch Strahlungstempern mittels Kanalöfen oder vorzugsweise kann das Tempern auch in der Masse in einem Partienofen erfolgen.

Beim kontinuierlichen Tempern können in vorteilhaf- b5 ter Weise Temperaturen von etwa 232 bis 650⁰C angewandt werden, bei Temperzeiten von etwa 5 Minuten bis zu etwa einer Vioooo Minute. Ganz allgemein jedoch werden beim kontinuierlichen Tempern die Temperaturen und Temperzeilen so eingestellt, daß sie den Erfordernissen des speziellen Gesamtverfahrens genügen, so daß die gewünschten physikalischen und elektrischen Eigenschaften erreicht werden. Im Falle einer Massentcrnperung oder einer chargenweisen Temperung können in vorteilhafter Weise Temperaturen von etwa 154 bis etwa 427°C angewandt werden, bei Verweilzeiten von etwa 30 Minuten bis etwa 24 Stunden. Wie im Falle des kontinuierlichen Temperprozesses können auch beim Massentempern oder chargenweisen Tempern die Tempcrtcmperaturen und Temperdauer im Einzelfalle sehr verschieden sein, solange nur die gewünschten Eigenschaften erreicht werden.

Beispielsweise hat sich gezeigt, daß die in der folgenden Tabelle I angegebenen End-Zugfestigkeiten bei einem erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsdraht bei den im folgenden angegebenen Massen-Tempertemperaturen und Zeitspannen erreicht werden können:

Tabelle I

Zugfestigkeit
kg/cnV

Temper-Temperatur Zeil in °C Stunden

1055-1265	343	3
1265-1476	288	3
1476-1687	271	3
1687-1968	249	3

Beim Vergießen der Legierung fällt ein wesentlicher Anteil des in der Legierung vorhandenen Eisens aus der Lösung aus, und zwar in Form von Eisen- und Aluminium- und gegebenenfalls Siliciumverbindungen, beispielsweise in Form von FeAIj, FeAL «-Al-Fe-Si und /J-Al-Fe-Si. Ein großer Teil oder der Hauptleil der Partikeln weist dabei eine durchschnittliche Länge von etwa 0,30 Mikron bis etwa 1,70 Mikron und einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,05 Mikron bis etwa 0,40 Mikron auf. Infolgedessen ist der durch Gießen erzeugte Stab eine Dispersion von Partikeln in einer übersättigten, aus einer festen Lösung bestehenden Matrix. Wird nun der Stab im Rahmen eines Heißbearbeitungsverfahrens gewalzt, so werden die Partikeln aufgebrochen und innerhalb der Matrix dispergieri unter Hemmung der Bildung großer Zellen. Wird der erhaltene Stab nun durch Ziehen in seine Endform gebracht, ohne daß zwischendurch ein Tempern erfolgt, so werden die Bestandteile weiter dispergiert und in ihrer Größe vermindert. Nach dem Altern in einer abschließenden Temperoperation werden die Zugfestigkeit, die Dehnung, die Dauerfestigkeit, die thermische Stabilität, die Ermüdungswiderstandsfähigkeit, die Leitfähigkeit und Biegefestigkeit erhöht, und zwar aufgrund der geringen Zellengröße und durch ein zusätzliches Verstiften von Verwerfungen durch eine bevorzugte Ausfällung der Partikeln in diesen Stellen. Infolgedessen müssen neue Verschiebungsursachen oder Verschiebungsquellen unter der angewandten Spannung des Ziehprozesses aktiviert werden und dieses führt zu einer weiteren Verbesserung von sowohl der Festigkeit als auch der Dehnung.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungsleiter werden wesentlich beeinflußt von der Größe der teilchenförmigen Verbindungen in der Matrix. Grobe Niederschläge oder Ausfälliineen ver-

mindern die prozentuale Dehnung und die Biegefestigkeit der Leiter durch Erhöhung der Bildung von Kristallisationskerncn und infolgedessen der Bildung von großen Zellen, welche wiederum die Rekristallisationstcmperatur des Leiters vermindern. Feine Ausfüllungen oder Niederschläge verbessern die prozentuale Dehnung und Biegefestigkeit durch Verminderung der Bildung von Kristallisationskerncn und Erhöhung der Rekristallisationstempcratur. Grobe oder grobkörnige Niederschläge oder Ausfällungcn führen im allgemeinen dazu, daß der Leiter brüchig wird. Grobe Niederschläge oder Ausfällungen sind unter einem optischen Mikroskop klar sichtbar, d. h. oberhalb von etwa 5000 Ä. t\- und ^i-FeAlSi bilden grobe Niederschläge, und FeAh und FeAl_b weisen Partikclgrößcn von etwa 25 Ä bis etwa 5000 Ä auf.

Eine typische erfindungsgemäße Legierung (Legierung Nr. 12 AWG) weist beispielsweise die folgenden physikalischen Eigenschaften auf:
Eine Zugfestigkeit von mindestens 1125 kg/cm²,
eine Enddehnung von 20%,

eine Leitfähigkeit von mindestens 58% nach IACS und
eine Biegefestigkeit von etwa 15 Biegungen bis zum Bruch.

Ganz allgemein weisen Drähte vom Typ 12 AWG aus einer erfindungsgemäßen Legierung Zugfestigkeiten von etwa 984 bis 2320 kg/cm-, Enddehnungen von etwa 40 bis 5%, Leitfähigkeiten von etwa 58% bis etwa 62% und Bicgezahlcn bis zum Bruch von etwa 38 bis 2 auf.

Die erfindungsgemäßen, aus Aluminiumlegierungen bestehenden Leiter der Erfindung können, wie bereits dargelegt, in Form von Stäben, Drähten, Blättern, Folien. Röhren und dergl. vorliegen. Sie können als Bindeelemente oder Verbindungsteile in elektrischen Vorrichtungen verwendet werden. Sie können nach üblichen bekannten Methoden miteinander verbunden oder verknüpft werden, beispielsweise durch Umbiegen oder Krimpfen, durch Druckverbindung,durch Verlöten (mit oder ohne Zufuhr von Wärme und Flußmittel), durch Verschweißen (mit oder ohne Flußmittel), durch IJItrasehallverschwcißen, durch Ultraschallverlöten, durch Plasmacrhitzcn und andere übliche Methoden der Verbindung von elektrischen Leitern.

Der hier gebrauchte Ausdruck »Stab« oder »Stange« bezeichnet feste Produkte, die in bezug auf ihren Querschnitt lang sind. In typischer Weise können die Stäbe und Stangen beispielsweise einen Querschnitt von etwa 7,6 cm bis 9,525 mm aufweisen.

Unter »Drähten« sind hier feste Produkte zu verstehen, die lang bezüglich ihres Querschnittes sind, wobei der Querschnitt quadratisch oder rechteckig sein kann mit scharfen oder runden Kanten oder wobei der Querschnitt rund sein kann oder aus einem regulären Hexagon oder einem regulären Oktagon bestehen kann und wobei der Durchmesser oder die größte senkrechte Entfernung zwischen parallelen Flächen beispielsweise zwischen 0,078 und 9,52 mm liegen kann.

Unter »Folien« werden metallische Folien einer Schichlstärke von vorzugsweise weniger als 0,015 cm bezeichnet.

Der Ausdruck »Blätter« kennzeichnet flach ausgewalzte Metallproduktc mit einer maximalen Dicke und MinclcMbrcite je nach dem Typ der Legierung, wobei die Blätter dünner als Planen und dicker als Folien sind.

Unter »Platten« werden flach ausgewalzte Metallprodukte einer Mindestdicke und einer Mindestbreite je nach dem Typ der verwendeten Legierung und/oder ihres Vcrwendtingsgebietes verstanden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

--, Dieses Beispiel vergleicht die Eigenschaften eines Drahtes aus einer bekannten Aluminiumlegierung (EC aluminium alloy) mit einem Draht aus einer erfindungsgemäßen Legierung.
Zunächst wurde eine Aluminiumlegierung bekannter

ι» Zusammensetzung hergestellt, und zwar mit einem Aluminiumgehalt von 99,73 Gew.-%, einem Eisengehalt von 0,18 Gew.-%, einem Siliciumgehalt von 0,059 Gew.-% und Spurenmengen typischer Verunreinigungen.

r> Des weiteren wurde eine erfindungsgemäße Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 98,28 Gew.-%>, einem Eisengehalt von 1,40 Gew.-%, einem Siliciumgehalt von 0,25 Gew.-% und Spurenmengen typischer Verunreinigungen hergestellt.

2(i Beide Legierungen wurden kontinuierlich zu endlosen Stangen vergossen und zu endlosen Stäben heißverwalzt. Die Legierungsstäbe wurden dann kaltgezogen, und zwar durch sich succesive verengende Formen. Hergestellt wurden endlose Drähte vom Typ

2-, Nr. 12 AWG.

Abschnitte der Drähte wurden dann auf verschiedene Spulen aufgespult und in einem Massen- oder Chargenofen bei verschiedenen Temperaturen verschieden lange getempert, unter Erzeugung von Drahtabschnitten verschiedener Zugfestigkeiten.

Verschiedene Proben der Drähte wurden dann in einer Vorrichtung getestet, die bestimmt ist zum Messen der Anzahl von Biegungen, die erforderlich sind, um einen Prüfling an einer bestimmten Biegestellc zum

i^r) Bruch zu bringen. Durch Anwendung einer gleichförmigen Kraft und Spannung ermüdet die Vorrichtung jeden Prüfling durch Biegen um etwa 135°C. Die Drähte wurden dabei um ein Paar von im Abstand zueinander angeordneten Dornen mit einem Durchmesser von dem

4(i der Drähte gebogen. Die Dorne befanden sich in einer Entfernung voneinander von etwa l'/2mal des Durchmessers des zu testenden Drahtes. Eine Biegung galt als erfolgt, nachdem der Draht abgebogen war aus einer vertikalen Lage zu einem Extrem des Bogens und

v> zurückgekehrt war in seine ursprüngliche vertikale Stellung. Die Geschwindigkeit der Abbiegung, die Kraft und die Spannung waren im Falle aller Prüflinge gleich. Es wurden die in der folgenden Tabelle Il zusammengestellten Daten erhalten.

Tabelle II	Anzahl von Bie	Legierung	gemäß Erfindung
	gungen bis /um	Zugfestig	Anzahl von
Legierung gemäß Stand der Technik	Bruch	keit in	Biegungen bis
Zugfestig	431/2	kg/cm²	zum Bruch
keit in	24	1127	38
kg/cm²	211/2	1300	30
709	14	1568	22
wi 899	Πι/ι	1765	19
948	11	1947	17
996	9V4	2116	12
1069	8Vi	2334	9
1132	51/2	2461	3
hi 1204	4
1278
1622
2061

Wie sich aus den in der Tabelle Il zusammengestellten Daten ergibt, weist die erfindungsgemäße Legierung eine überraschend verbesserte Biegefestigkeit gegenüber der üblichen bekannten Legierung auf.

Mehrere Abschnitte der beiden Drähte wurden dann nach üblichen Testmethoden auf ihre Enddehnung untersucht. Vom Zeitpunkt des Bruches wurde die Längenzunahme der Drähte ermittelt. Die prozentuale Enddehnung wurde dann ermittelt durch Division der Anfangslänge des Drahtprüflings durch die Längcn/.unahme des Drahtprüflings. Die Zugfestigkeiten der Drahtprüflinge wurde ermittelt als kg/cm² des Querschnittdurchmessers, die erforderlich waren, um die Drähte während des Enddehnungstestes zu brechen. Die in Klammern gesetzten Werte der folgenden Tabellen beziehen sich auf pounds per square inch of cross-sectional diameter.

Tabelle Il-A

Legierung gemäß Stand
der Technik

Zugfestigkeit Dehnung

in kg/cm²

(psi) %

Legierung gemäß
Erfindung

Zugfestigkeit
in kg/cm²
(psi)

Dehnung

703 (10 000)

893 (12 700)

949 (13 500)

998 (14 200)

1055 (15 000)

1160 (16 500)

1286 (18 300)

30,5
21
14
11,5

3,5

1090 (15 500)
1136 (16 158)
1163 (16 550)
1209 (17 200)
1284 (18 270)
1336 (19 000)
1440 (21480)
1729 (24 600)
1968 (28 000)
2671 (38 000)

14

16

15

14

12

10

Beispiel Nr.

Al

Fe

Si

vergleichs-	99,73
beispiel
2	98,58
3	98,39
4	98,06
5	97,89
6	97,70
7	97,25

0,18

0,99
1,15
1,50
1,79
2,00
2,50

0,059

0,40
0,38
0.33
0,27
0,22
0,18

Die aus den Legierungen der Beispiele 2 bis 7 gezogenen Drähte wurden einer Widerstandstemperung unterworfen und hatten die Zugfestigkeiten, die in der folgenden Tabelle IV aufgeführt sind. Nach dem Tempern der Drähte wurden diese auf ihre prozentuale Leitfähigkeil, ihre Zugfestigkeit und ihre prozentuale Enddehnung nach üblichen Testmethoden untersucht, wobei zur Bestimmung der Anzahl von Biegungen bis zum Bruch die in Beispiel 1 angegebene Testmethode angewandt wurde. Die erhaltenen Daten sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV Beispiel Nr.

Wie sich aus Tabelle H-A ergibt, weist die erfindungsgemäße Legierung eine überraschend verbesserte Enddehnung im Vergleich zu der bekannten Legierung auf.

Beispiel 2 bis 7

Es wurden 6 Aluminiumlcgierungen verschiedener Zusammensetzung hergestellt. Die Zusammensetzung dieser Legierungen ergibt sich aus der folgenden Tabelle III.

Tabelle III

Die sechs Legierungen wurden zu sechs endlosen Stangen vergossen, welche zu sechs endlosen Stäben heißverwalzt wurden. Die Stäbe wurden dann kalt durch sich succesiv verengende !'orrnen unter Erzeugung von Drähten von Typ Nr. ^gezogen.

Leitfähigkeit
in % IACS

Zugfestigkeit
in kg/cm²
(psi)

Enddehnung

Vergleichsbeispiel
2
3
4
5

62,80

60,08
58,15
58,20
59,90
60,15
59,60

844 (12 000) 20

1054 (15 000)
1040 (14 800)
1047 (14 900)
1115 (15 800)
1052 (16 400)
1266 (18 000)

14
13
12
11
10
10

Zu beachten ist dabei, daß Beispiel 2 infolge der ίο Zusammensetzung der Legierung dieses Beispieles außerhalb des Erfindungsberciches liegt.

Beispiel 8

Zunächst wurde eine Aluminiumlegierung mit einem r> Aluminiumgehalt von 97,70 Gew.-%, einem Eisengehalt von 2,00 Gew.-%, einem Siliciumgehalt von 0,27 Gcw.-% und Spurenmengen typischer Verunreinigungen hergestellt.

Die Legierung wurde dann zu einer endlosen Stange ■ίο vergossen, welche zu einem endlosen Stab hcißgewalzt win de.

Der erhaltene Stab wurde dann kalt durch sich succesive verengende Formen unter Erzeugung eines Drahtes vom Typ 12 AWG gezogen. Der Draht wurde auf einer Trommel eines Durchmessers von 76.20 cm aufgespult, und zwar, bis das Drahtgewicht bei etwa 103,5 kg lag. Die Trommel wurde dann in einen kalten Ofen (General Electric Bell Furnace) gebracht, worauf die Temperatur im Ofen auf 249"C erhöht wurde. Die Temperatur im Ofen wurde 3 Stunden lang bei 249"C belassen, worauf die Stromzufuhr unterbrochen und der Off η auf 204⁰C abkühlen gelassen wurde. Daraufhin wurde der Ofen schnell abgekühlt, worauf die Trommel aus dem Ofen entnommen wurde.

Der Draht wurde nunmehr untersucht. Hr wies eine Leitfähigkeit von 58,8% IACS, eine Zugfestigkeit von 1180 kg/cm-, eine prozentuale Enddehnung von 11% und eine Anzahl von Biegungen bis zum Bruch von IH auf.

Beispiel 9

Das in Beispiel 8 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die Ofentemperalur auf 26()"C gebracht v/u nie und der Draht 3 Stunden lang bei dieser Temperatur belassen wurde, bevor abkühlen gelassen wurde.

Der getemperte Draht wies eine Leitfähigkeit von ^r)8,8% IACS, eine Zugfestigkeit von 1124 kg/cm-, eine

prozentuale Enddehnung von 12% und eine Anzahl Biegungen bis zum Bruch von 22 auf.

Beispiel 10

Das in Beispiel 8 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die Ofentemperatur auf 3I6"C erhöht wurde und daß der Draht 3 Stunden lang bei dieser Temperatur getempert wurde. Der getemperte Draht wies eine Leitfähigkeit von 59,2% IACS, eine Zugfestigkeit von 1131 kg/cm² und eine prozentuale Dehnung von 14% auf. Die Anzahl von Biegungen bis zum Bruch lag bei 26.

Beispiel 11

Das in Beispiel 8 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die Ofentemperatur auf 316°C erhöht wurde und der Draht 1'/2 Stunden lang bis zum Abkühlen auf diese Tenperatur erhitzt wurde. Der getemperte Draht wies eine Leitfähigkeit von 59,25% IACS, eine Zugfestigkeit von 1187 kg/cm² und eine prozentuale Dehnung von 16% auf. Die Anzahl von Biegungen bis zum Bruch lag bei 23.

Beispiel 12

Eine Legierung der in Beispiel 8 angegebenen Zusammensetzung wurde zu einer endlosen Stange vergossen, welche zu einem endlosen Temper-F-Stab eines Durchmessers von 9,52 cm heißverwalzt wurde. Der Stab wurde dann kalt durch sich succesiv verengende Formen gezogen, und zwar unter Erzeugung eines Drahtes vom Typ Nr. 14 AWG. Der Draht wurde dann auf einer Drahtziehmaschine weiter verstreckt, und zwar mittels einer Maschine vom Typ Synchro Model BG-16 mit einer Tempervorrichtung vom Typ Synchro Resistoneal continuous in line. Der Draht wurde zu einem Draht vom Typ Nr. 28 AWG bei einer Endgeschwindigkeit von ungefähr 1000 m pro Minute verstreckt, wobei die Tempervorrichtung bei 52 Volt mit einer Transformatoreinstellung Nr. 8 betrieben wurde.

Der getemperte Legierungsdrahi hatte eine Leitfähigkeit von 58,9% IACS, eine Zugfestigkeit von 1152 kg/cm² und eine prozentuale Enddehnung von 18%. Da die Drahtdicke sehr gering war, war die Anzahl von Biegungen bis zum Bruch extrem groß.

"' B e i s ρ i e I 13

Eine Legierung der in Beispiel 8 angegebenen Zusammensetzung wurde zu einer endlosen Stange vergossen, welche zu einem endlosen F-Temper-Stab

ίο eines Durchmessers von 9,525 cm heißverwal/t wurde. Der Stab wurde dann kalt gezogen, und zwar unter Verwendung einer Drahtziehmaschine vom Typ Synchro Style Nr. FX 13 mit einer kontinuierlichen Tempervorrichtung. Der Draht wurde zu einem Draht

r, vom Typ Nr. 12 AWG bei einer Endgeschwindigkeit von 610 m pro Minute gezogen. Die Temper-Vorrichtungsspannung lag beim Vorerhitzer Nr. 1 bei 35 Volt, beim Vorerhitzer Nr. 2 bei 35 Volt und in der Tempervorrichtung bei 22 Volt. Die drei Transformato-

i() reneinstellungen lagen bei Nr. 5.

Der getemperte Draht wies eine Leitfähigkeit von 59,0% IACS, eine Zugfestigkeit von 1180 kg/cm² und eine prozentuale Enddehnung von 17% auf.

-> Beispiel 14

Zu Vergleichszwecken wurde ein Leiter aus einer

Aluminium-Legierung gemäß US-PS 35 12 221 und 36 70 401 mit einem Eisengehalt von 0,65 Gew.-% und

jo einem Siliciumgehalt von unter 0,15 Gew.-%, im folgenden als Legierung A bezeichnet — mit einem Leiter aus einer Aluminium-Legierung nach der Erfindung mit einem Eisengehalt von 1.0 Gew.-% und einem Siliciumgehalt von 0,40 Gew.-% — im folgenden

r, als Legierung B bezeichnet — verglichen.

Die Leiter mit einem Durchmesser von 0,205 cm wurden verschieden lange bei Temperaturen von 260°C gealtert. Ermittelt wurden die Zugfestigkeit in kg/cm², die Streckgrenze in kg/cm-', die prozentuale Dehnung in und die elektrische Leitfähigkeit nach dem lACS-Standard

Es wurden die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Ergebnisse erhalten:

Legierung

Behandlungsdauer
bei 26O°C
in Stunden

Zugfestigkeit
in kg/cm²

Streckgrenze
in kg/cm²

Dehnung

Leitfähigkeit
in % IACS

A	I
B	1
A	2
B	2
A	3
B	3
A	4
B	4
A	5
B	5
A	6
B	6

1392 1328	1307 1026	4,0 22,5	61,93 60,45
1286 1314	1174 991	12,4 21,8	61,95 60,66
1209 1237	1057 808	15,2 26,4	62,18 60,72
1188 1202	1026 752	15,6 29,8	62,18 60,78
1167 1209	984 738	15,7 28,8	62,31 60,74
1160 1202	956 724	16,2 28,6	62,34 60,79

Aus den in der Tabelle aufgeführten Ergebnissen ergeben sich die beträchtlich verbesserten Dehnungseigenschaften des erfindungsgemäßen Leiters.

Claims

Patentansprüche:

1. Leiter aus einer Aluminiumlegierung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 57%, bestimmt nach dem lACS-Standard, dadurch > gekennzeichnet, daß die Legierung besteht

zu etwa 96,20 bis 98,83 Gew.-% aus Aluminium,

zu etwa 0,99 bis etwa 2,50 Gew.-% aus Eisen,

zu etwa 0,18 bis etwa 0,40 Gew.-% aus Silicium und

zu 0,005 bis etwa 0,40 Gew.-°/o aus einem oder in mehreren der Spurenelemente Vanadium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Bor, Gallium, Nickel, Zirkonium, Chrom, Beryllium und Titan.

2. Leiter aus einer Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er besteht π zu etwa 97,20 bis 98,70 Gew.-% aus Aluminium,

zu etwa 1,10 bis etwa 2,00 Gew.-%aus Eisen,
zu etwa 0,20 bis etwa 0,30 Gew.-°/o aus Silicium und
zu etwa 0,005 bis etwa 0,40 Gew.-% aus Spurenelementen. 21)

3. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an Spurenelementen weniger als 0,20 Gew.-°/o beträgt.

4. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach >~> einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung weniger als etwa 0,10 Gew.-% Magnesium, weniger als etwa 0,10 Gew.-°/o Mangan und weniger als 0,10 Gew.-% andere Spurenelemente enthalt. so

5. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung partikelförmige Bestandteile des Aluminiums, Eisens und Siliciums mit einer durchschnittlichen Länge von etwa 0,30 Mikron bis r> etwa 1,70 Mikron und einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,05 Mikron bis etwa 0,40 Mikron enthält.

6. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeich- -to net, daß der Leiter in Form eines Blattes, einer Folie oder einer Platte vorliegt.

7. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterin Form eines Drahtes vorliegt. -r>

8. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht durch Kaltziehen in seine Endform gebracht wird, ohne daß eine zwischenzeitliche oder vorgeschaltete Temperung erfolgt. ^r>o

9. Leiter aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form eines Stabes oder eines Rohres vorliegt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Leiters aus Vt einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Veriahrensstufen:

1) Herstellung einer Legierung aus etwa 96,20 bis weniger als 98,83 Gew.-% Aluminium, mehr als «> etwa 0,99 bis etwa 2,50 Gew.-% Eisen, mehr als etwa 0,18 bis etwa 0,40 Gew.-% Silicium und etwa 0,005 bis etwa 0,40 Gew.-% Spurenelementen, und zwar Vanadium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Bor, Gallium, Nickel, Zirkoni- t>^r> um, Chrom, Beryllium und Titan;

2) Vergießen der Legierung unter Erzeugung einer Siange oder eines Banens und

3) Heißverarbeiten der Siange oder des Barrens zu einem elektrischen Leiter der gewünschten Länge.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung kontinuierlich in eine sich bewegende Gießform gegossen wird, die gebildet wird zwischen einer Rinne oder einem Spalt in der Peripherie eines sich drehenden Gießrades und einem Metallförderband, das an einem Teil seiner Länge an der Rinne anliegt, unter Erzeugung einer endlosen Siange und daß man die kontinuierlich gegossene Stange unmittelbar nach dem Vergießen, zu einem Zeitpunkt also, zu dem sich die Stange in praktisch dem Zustand des Vergießens zu einer endlosen Stange befindet, heiß verwalzt.

12. Verfahren nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß man die endlose Stande oder den endlosen Stab ohne zwischengeschaltete oder vorangehende Temperungen durch drahtziehende Formen zieht und daß man den auf diese Weise erhaltenen endlosen elektrisch leitenden Draht tempert oder mindestens teilweise tempert.