DE2623465C2 - Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiter aus Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiter aus AluminiumlegierungenInfo
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Description
100
von zumindest 350% gezogen und anschließend bei 130 bis 240" C ausgelagert wird, wobei S der Anfangsquerschnitt und s der Endquerschnitt des Drahtes ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Chargen weise bei 130 bis 170° C in 30 M muten
bis 12 Stunden ausgelagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich bei 180 bis 240 C in 1 bis
30 Sekunden ausgelagert wird.
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Leitern, insbesondere für Freileitungen aus Aluminiumlegierungen,
bestehend aus 0,15 bis 035% Eisen. 030 bis 0,70% Silicium, 030 bis 030% Magnesium und bis zu 0,40,
vorzugsweise weniger als 0,20% Kupfer und Aluminium, mit den bei Leitaluminium üblichen Begleitelementen
als Rest mit einer Zugfestigkeit von zumindest 370 N/mm2, einer Bruchdehnung von zumindest 4%, einer
Kriechdehnung bei 600C nach 1000 Stunden von weniger als 4 - 10~2% - gemessen an einem Drahc von 2,2 mm
Durchmesser unter einer Spannung von 71 N/mm2 - und einem elektrischen Widerstand von maximal
3,28 μΩ · on ausgehend von einem Walzdraht, der lösungsgeglüht und abgeschreckt worden ist und einer
Ablagerung bei mäßiger Temperatur unterworfen wird.
Derartige Legierungen und daraus hergestellte Leiter eignen sich insbesondere für Freileitungen zum Ener-
gietransport auf große Distanzen. Al/Mg/Si-Legierungen mit bis zu 2% Magnesium und etwa 1% Silicium
wurden seit etwa einem halben Jahrhundert als elektrische Leiter angewandt, insbesondere fur Freileitungen
zum Transport von elektrischer Energie über große Distanzen. Derartige Legierungen sind unter der Bezeichnung
Al MELEC oder AGS/L(entsprechend der französischen Norm A 02 001) im Handel und müssen nach den
französischen Normen AFNOR NF-C-34 125 folgende Mittelwerte für Drahtstärke
<3,6 mm besitzen:
Bruchfestigkeit: 330 N/mm2, im Mittel über das Kabel 345 N/mm2
Bruchdehnung 4%
Widerstand bei 200C max. 3,28 μΩ · cm
mittlerer Widerstand über das Kabel max. 3,25 μΩ · cm
Die chemische Zusammensetzung entspricht in etwa 0,6% Mg, 0,6% Si und ί 035% Fe.
Eine wesentliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, ohne daß dies auf Kosten der elektrischen
Leitfähigkeit geht, ist von hohem Interesse, sei es zur Erhöhung des übertragenen Stroms ohne Änderung der
Höhe der Masten, sei es bei gleicher Leistung für eine Verbesserung der Sicherheitsanforderungen gegen
mechanische Beschädigungen. Man kann keine wesentliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften für
gegebene elektrische Widerstandswerte erwarten durch Erhöhung der Anteile an Legierungselementen (insbesondere
Mg und Si), weil sich dies in einer Verschlechterung der Ziehbarkeit zeigt.
B-sher wurde das Ziehen von Drähten aus derartigen Legierungen in der Kälte oder bei §aumtemPer^ur
(CH-PS I 10 227 und FR-PS 20 53 838) bzw. bei einer Temperatur zwischen 90 und 110 C (FR-PS 14 99 2bb)
vorgenommen. Bei letzerem Verfahren erreicht man nur Zugfestigkeiten von 330 bis 360 N/mm2.
Ausgehend von obigen Legierungen und unter Verwendung eines lösungsgeglühten und abgeschreckten
Walzdrahtes betrifft nun die Erfindung die Herstellung elektrischer Leiter aus Aluminiumlegierungen, die
dadurch gekennzeichnet ist. daß der Walzdraht bei einer Temperatur zwischen 110 und 1800C, vorzugsweise
zwischen 130 und 1600C. mit einem Zichverhältnis
JLlL- 100
von zumindest 350% gezogen und anschließend bei 130 bis 240°C ausgelagert wird, wobei 5 der Anfangsquerschniti
und s der l-ndqucrschnitl des Drahtes bedeutet. Das Auslagern kann chargenwcise oder kontinuierlich
erfolgen und zwar bei 130 bis 170"C in 30 Minuten bis 12 Stunden bzw. bei 180 bis 24(>"C in 1 bis 30 Sekunden.
Die Herstellung der Drähte aus den Miiminiumlegierungen kann aiii verschiedene Weise erfolgen, und zwar
beispielsweise nach folgenden 3 Verfahrensvarianten:
1. Walzen eines viereckigen Barrens öder Strangpressen von Preßbarren, Schweißen der Ringe von Walzdraht, Ziehen auf etwa dreifache Endstärke, Lösungsglühen, Abschrecken und schließlich Ziehen auf Endstärke und Auslagern.
2. Halbkontinuierliches Strangpressen von Preßbarren mit Abschrecken beim Austritt aus der Strangpresse,
Ziehen auf Endstärke und Auslagern.
3. Kontinuierliches Gießen und Wälzen auf z. B. einer Properzi-Maschine, Lösungsglühen von Walzdraht-Ringen von etwa 11 in einem Ofen, Abschrecken, Trocknen und dann Ziehen auf Endstärke und schließlich
Auslagern.
Letzteres Verfahren wird in den letzten 20 Jahren am häufigsten angewandt, da es die beste Produktivität bei
der Herstellung des Walzdrahtes und dessen Umformung ergibt. Dies ist auch die Verfahrenvariante, die sich
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren am besten abwandeln läßt.
Es ist bekannt daß die mechanischen Eigenschaften von Leitern aus Al/Mg/Si-Legierungen nach dem Lösungsglühen, Abschrecken, Ziehen und Auslagern durch Kupfer merklich verbessert werden können. Hingegen
steigt der elektrische Widerstand merklich, und die Strangpreßbarkeit ist schlechter, so daß man obige zweite
Verfahrensvariante bei kupferhaltigen Legierungen wohl picht anwenden wird. Darüber hinaus begrenzt auch
der Kupfergehalt die Korrosionsbeständigkeit
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man Leiter verbesserter Eigenschaften, und zwar der elektrischen Eigenschaften und der mechanischen Eigenschaften einschließlich der thermischen Stabilität und des
Kriechverhaltens im Vergleich zu den nach den bekannten Verfahren erhaltenen Leitern, während die Ermüdungsfestigkeltden auf bekannte Weise erhaltenen Produkten zumindest gleichwertig ist
Bei dem etfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also das Ziehen bei mäßiger Wärme, a!so in einem Temperaturbereich, wo die Ausscheidung von Mg2Si sehr fein ist und mit geringer Geschwindigkeit stattfindet Während
des Ziehens bei mäßiger Wärme sind die GUINIER-PRESTON-Zonen, die sich durch Auslagern nach dem
Abschrecken bilden und stark den elektrischen Widerstand beeinflussen, jedoch nur wenig zur Härtung beitragen, vermieden.
Durch die Kombination des Kupfergehaltes von maximal 0,4% und vorzugsweise maximal 0,2% und des
Ziehens bei mäßiger Wärme werden die besonderen mechanischen und elektrischen Eigenschaften in dem
Endprodukt erreicht ohne daß dazu übermäßige Kupferanteile erforderlich wären, die sich nachteilig auf die
Ziehbarkeit unter normalen Bedingungen und auf das Korrosionsverhalten auswirken könnten. Das Ziehen bei
mäßiger Wärme führt zu Ausscheidungen, die ein kontinuierliches Warmauslagern der Drähte ermöglichen. Es
kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, z. B. tritt der Draht von einem kalten Drahtring in das
Ziehwerk ein, oder bevorzugt wird er bis auf Ziehtemperatur vorgewärmt, oder der Drahtring ist auf einer
Temperatur unter der Ziehtem^ratur jedoch nicht über I4O°C vorgewärmt Bei dieser Temperatur wird das
Härten schon merklich unci k?,nn die Ziehbarkeit verschlechtern.
■~. Das Ziehen bei mäßiger Tem^iratur geschieht z.B. auf einer Mehrfachmaschine, in der der Draht über
Seilwinden geführt und dabei in ein Schmiermittclbad der entsprechenden Ziehtemperatur getaucht wird. Das
Ziehwerkzeug wird auch mit dem auf entsprechende Temperatur gehaltenen Schmiermittel bespritzt. Die
Ziehtemperatur und damit die Temperatur des Schmiermittels wird in obigem Bereich gehalten und ist abhängig
von den Ziehbedingungen (Ziehverhältnis und Ziehgeschwindigkeit).
Nach dem Ziehen wird der Draht vorzugsweise chargenweise 30 Minuten bis 12 Stunden bei 130 bis 170"C
oder vorzugsweise kontinuierlich in 1 bis 30 Sekunden bei 180 bis 240° C ausgelagert, indem der Draht beispielsweise ein mit einem Thermostat auf konstanter Temperatur gehaltenes Ölbad durchläuft wodurch man einen
einwandfrei geschmierten Draht erhält, was für ein eventuelles Verseilen sehr zweckmäßig ist
Dieses abschließende Warmauslagcrn führt zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und zu einer
Wiedererlangung der Verformbarkeit (Bruchdehnung und Biegbarkeit), während die Zugfestigkeit unverändert
hoch bleibt
Legierungszusammensetzung:
030% Fe, 0,60% Si, 0,64% Mg, 0,015% Cu
030% Fe, 0,60% Si, 0,64% Mg, 0,015% Cu
Verfahrensstufen:
a) kontinuierlich Gießen und Walzen auf einer Properzi-Anlage zu einem Walzdraht — 9,5 mm Durchmesser
—;
b) Lösungsglühen des Walzdrahtes 3 h bei 54O0C;
c) Abschrecken mit kaltem Wasser;
d) Auslagern 4 Tage bei Raumtemperatur; bo
e) Ziehen bei einmaligem Durchzug auf 2,2 mm bei etwa 20°C, 110.140 bzw. 160°C. Für das Ziehen bei 110,140
und 160eC wurde der Draht bei jedem Durchzug durch ein Ölbad der entsprechenden Temperatur geführt
Das Ziehwerkzeug wurde auf der gleichen Temperatur gehalten;
f) Langsames Auslagern chargenweise bei 165° C während 1,3,5 bzw. 7 Stunden.
Ziehtemperatur 0C
N/mm2
μΩ ■ cm
20 | 350 | 3,25 |
110 | 377 | 3,25 |
140 | 398 | 3,25 |
160 | 389 | 3,25 |
Der nach Beispiel 1 bei einer Ziehtemperatur von 1400C erhaltene Draht — 2,2 mm Durchmesser — wurde
zum Warmauslagern durch ein ölbad einer Temperatur von 180, 200 bzw. 2200C gezogen. Die Durchzugsgeschwindigkeit
war so eingestellt, daß die jeweilige Temperatur bei der Auslagerung 15 Sekunden eingehalten
war. Unmittelbar nach dem Ziehen und nach dem Auslagern bei den verschiedenen Temperaturen ergaben sich
folgende Eigenschaften:
a
N/mm2
N/mm2
O200 %
μΩ · cm
Nach dem Ziehen | 399 | 22 | 330 |
Ausgelagert 1800C | 391 | 4,5 | 3,255 |
Ausgelagert 200° C | 385 | 43 | 3,243 |
Ausgelagert 22O°C | 374 | 43 | 3,228 |
Beispiel 3
Es wurden 3 Proben des Walzdrahtes — 93 mm 0 — aus Legierungen A, B und C bei 140° C gezogen.
Es wurden 3 Proben des Walzdrahtes — 93 mm 0 — aus Legierungen A, B und C bei 140° C gezogen.
Fe | Si | Cu | Mg | OH | D200 | P | |
% | % | % | % | N/cm | % | μΩ · cm | |
A | 0,18 | 0,55 | < 0,008 | 0.66 | 400 | 5 | 3,25 |
B | 0,18 | 0,57 | 0,05 | 0,70 | 405 | 5 | 3,25 |
C | 0,18 | 058 | OJO | 0,69 | 420 | 5 | 3,25 |
Beispiel 4
Es wurde nach den Angaben des Beispiels 3 gearbeitet, jedoch auf einen Durchmesser 3,45 mm heruntergezo
Es wurde nach den Angaben des Beispiels 3 gearbeitet, jedoch auf einen Durchmesser 3,45 mm heruntergezo
gen.
Legierung
"H
N/mm1
I'
μΩ · cm
A B C
383
391
3.25 3,25 3,25
Drähte aus den Legierungen A und C des Beispiels 3 wurden bei 1400C gezogen und in unterschiedlicher
Weise ausgelagert, um den Einfluß des Warmauslagerns auf die mechanischen Eigenschaften in der Wärme und
das Kriechverhalten zu zeigen. Die mechanischen Eigenschaften wurden jeweils bei 2O0C bestimmt.
Warmauslagern | Legierung A | Dm | Legierung C | °/o |
I'll | % | OB | 4,0 | |
N/mm2 | 4,8 | N/mm2 | 4,0 | |
keines | 395 | 5,7 | 408 | 3,7 |
1h175°C | 371 | 4,8 | 402 | 4.5 |
1h200'C | 316 | 4,5 | 361 | 4,0 |
lh 250° C | 217 | 5,4 | 257 | gezogen ui |
10 000 h 125"C | 364 | Beispiels 1 | 398 | |
Zum Vergleich wurden Drähte | — 2.2 mm — des | wie bisher bei 20" C | ||
ausgelagert. | ||||
26 23 465 | lh,», % |
|
Auslagern | "Il N/mm' |
5,5 4.5 4,0 6,2 6,3 |
keines 1 hl75°C I h200°C 1 h250°C 100hl25°C |
350 328 285 187 336 |
|
Zusammensetzung: | Fc % |
Si % |
Cc.
% |
Mg % |
Τι % |
0.28 0,28 |
0,57 0,54 |
0,020 0.10 |
0,57 0.56 |
0.01 0,01 |
|
Legierung D Legierung E |
|||||
Weitere Drähte aus den Legierungen A und C — nicht ausgelagert — wurden auf ihr Kriechverhalten
untersucht und dazu 1000 h bei 600C und bei einer Last von 71 N/mm-'gehalten.
A: 4,55 · 10-2mmauf 125mm,d. h.3.64 · 10--% 15
C: 3,65 · 10-2mmauM25mm,d.h.2,92 ■ IO-2U/o
Drähte aus Legierung A, in üblicher Weise gezogen, ergaben unter den gleichen Versuchsbedingungen des
Kriech-Tests im allgemeinen 4 · IO~2%
Beispiel 6
Ein Walzdraht — 9,5 mm 0 — erhalten durch Gießen und Walzen auf einer Properzi-Anlage, hatte folgende
Ein Walzdraht — 9,5 mm 0 — erhalten durch Gießen und Walzen auf einer Properzi-Anlage, hatte folgende
Bunde oder Ringe mit einem Gewicht von etwa 1 t wurden 10 h bei 5400C lösungsgeglüht, mit kaltem Wasser 35
abgeschreckt, 6 h bei 100°C getrocknet und dann bei 160°C in 4 Durchzügen mit einer Austrittsgeschwindigkeit
von 100 m/min gezogen. Der Draht trat kalt in das Ziehwerk ein und wurde auf Ziehtemperatur durch Eintauchen
in ein auf entsprechender Temperatur gehaltenes Schmierölbad gebracht. Das Ziehwerkzeug und der
Konus wurden auch mit dem Schmieröl versehen.
Durch zweimaliges Ziehen unter obigen Bedingungen erhielt man einen Draht mit einem Durchmesser von 40
3,45 mm, der nun chargenweise oder kontinuierlich in einem Ölbad ausgelagert wurde. Die mechanischen
Eigenschaften und der elektrische Widerstand nach dem Ziehen und nach dem Auslagern während 12 h bei
150°C sind im folgenden zusammengestellt:
N/rnm- | D21,, % |
/' μίΐ ■ cm |
|
Legierung D gezogen ausgelagert |
374 380 |
5,7 8,7 |
3,447 3.240 |
Legierung E gezogen ausgelagert |
356 390 |
5,3 8.5 |
3,480 3.240 |
Beispiel 7 $
Drähte — 3,45 mm — nach dem Ziehen gemäß Beispiel 6 wurden nun ein drittes Mal unter gleichen Bedingun- f;>
gen auf 2,25 mi.i heruntergezogen und wie oben ausgelagert, d. h. chargenweise 12 h bei 145° C bzw. 15 s bei fj»
5 230° C im Ölbad. [J
N/mm2 | D200 | P | |
% | μΩ · cm | ||
Legierung D | |||
gezogen | 371 | 5,1 | 3,414 |
ausgelagert (chargenweisc) | 400 | 7,8 | 3,240 |
ausgelagert (im ölbad) | 370 | 5,0 | 3.265 |
Legierung E | |||
gezogen | 384 | 5,0 | 3.450 |
ausgelagert (chargenweise) | 410 | 8,0 | 3.240 |
ausgeiageri (im ölbad) | 375 | 5.0 | 3.270 |
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leitern, insbesondere Freileitungen, aus Aluminiumlegierungen
bestehend aus 0,15 bis 035% Eisen, 030 bis 0,70% Silicium, 030 bis 0,80% Magnesium, bis 0,40%,
vorzugsweise weniger als 0,20% Kupfer und Aluminium mit den bei Leitaluminium üblichen Begleitelementen
als Rest mit einer Zugfestigkeit von zumindest 370 N/mm2, einer Bruchdehnung von zumindest 4%, einer
Kriechdehnung bei 6U°C nach 1000 Stunden von weniger als 4 · 10~2% — gemessen an einem Draht von
22 mm Durchmesser unter einer Spannung von 71 N/mm2 — und einem elektrischen Widerstand von
maximal 3,28 μΩ - cm ausgehend von einem Walzdraht, der lösungsgeglüht und abgeschreckt worden jst,
dadurch gekennzeichnet, daß der Walzdraht bei einer Temperatur zwischen 110 und 180°C
vorzugsweise zwischen 130 und 1600C, mit einem Ziehverhältnis
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