DE2718360C2

DE2718360C2 - Verfahren zum Stranggießen einer Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2718360C2
Application number: DE2718360A
Authority: DE
Inventors: Kenneth E. Chadwick; E. Henry Chia; Frank M. Carrollton Ga. Powers
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-25
Publication date: 1985-07-04
Also published as: ATA298677A; SU708990A3; SE441279B; FR2349660A2; JPS52151612A; NO144708C; NO771483L; BR7702770A; SE7705014L; FR2349660B2; AT351697B; GB1575555A; NO144708B; JPS6345353A; DE2718360A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen einer Aluminiumlegierung, die ungefähr 0,5 bis 0,9 Gewichtsprozent Siiäziun. un^ ungefähr 0,6 bis 0,9 Gewichtsprozent Magnesium enthält, mit einem Gießrad, wobei der aus der Gießnut desselben ausgehobene Strang in ein Walzwerk geführt, in diesem warmgeformt und danach in der Weise abgeschreckt wird, daß das Kühlen innerhalb eines so kurzen Zeitraums durchgeführt wird, daß keine wesentliche Ausscheidung der Legierungsmetalle stattfindet.

Ein Verfahren dieser Art zum Stranggießen von Abminiumlegierungen des angegebenen Typs, beispielsweise von 6201-Aluminiumlegierungen, ist bereits aus der DE-OS 20 21 664 bekannt. Dieses bekannte kontinuierliche Stranggießverfahren stellt zwar einen Fortschritt gegenüber älteren, diskontinuierlich durchzuführenden Verfahren dar. Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 20 21 664 treten jedoch Probleme auf, die bei den diskontinuierlichen Verfahren nicht aufgetaucht waren. Dabei handelt es sich beispielsweise um das Problem, daß der erzeugte Strang ausgeschiedene Legierungsbestandteile in Form sehr großer Präzipitate enthält, deren Größe im Bereich von 20 000 Angström liegt. Darüber hinaus ergeben sich wegen der verhältnismäßig hohen erforderlichen Gießgeschwindigkeiten Erscheinungen, die als »Erstarrungsschwund« bezeich net werden können und die zur Folge haben, daß der erzeugte Strang brüchig wird, wodurch die Ziehfähigkeit des Strands wesentlich herabgesetzt und die Dehnung des Strangs wesentlich beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art zu schaffen, das die Herstellung von Strängen mit demgegenüber verbesserten Eigenschaften ermöglicht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wie sich gezeigt hat, treten die vorstehend erwähnten Probleme hinsichtlich des nicht befriedigenden Gefüges und der als sogenannter »Erstarrungsschwund« bezeichneten Erscheinungen nicht auf, wenn im Gegensatz zu dem erwähnten bekannten Verfahren, bei dem der Strang mit einer Temperatur im Bereich von 504,5 bis 515,6° C aus der Gießnut des Gießrades ausgehoben wird, der Gießvorgang so durchgeführt wird, daß der Strang mit einer demgegenüber niedrigeren Temperatur im Bereich zwischen 427° C und 5G4°C aus der Gießnut ausgehoben wird.

ίο Ein besonders gutes Gefüge erzielt man bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, bei dem gemäß Patentanspruch 2 vorgesehen ist daß die Temperatur des das Walzwerk verlassenden Stranges im Durchlauf durch einen Ofen vor dem Vorgang des Abschreckens auf eine Temperatur im Bereich von 371°C bis 566°C erhöht wird. Ausgefallene Legierungselemente werden dadurch vor dem Abschrecken wieder sicher in Lösung gebracht. Nach dem Abschrecken befindet sich im fertigen Strang dementsprechend eine erhöhte Menge an MGiSi in fester Lösung, d. h, man erhält einen Strang mit sehr guten Gefügeeigenschaften.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisiert gezeichnete Seitenansicht einer Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens und F i g. 2 eine Diagrammdarstelluiig einiger Parameter bei der Wärmebehandlung der 6201-Aluminiumlegierung.

F i g. 1 zeigt eine Gießmaschine 10, einen Ofen 11, ein Walzwerk 12, eine Abschreckeinrichtung 13 sowie eine Aufwickler-Rohrführung 14. Bei dem vorliegenden Verfahren wird geschmolzenes Metall aus einem nicht dargestellten Schmelzofen in ein Gießrad 10a der Gießmaschme 10 eingegossen. Das geschmolzene Metall wird gekühlt, so daß es im Gießrad 10a erstarrt, und wird als verfestigter Strang 15 aus dein Gießrad ausgehoben. Der Strang 15 wird sodann kontiü s: irlich zum Wal/ werk 12 und durch dieses hindurchgeführt, in dem der Strang gelängt und die Querschnittsfläche desselben verringert wird, so daß er aus dem Walzwerk 12 als gekneteter Strang 17 mit einer Temperatur von ungefähr 37TC austritt. Der Strang 17 wird nun kontinuierlich durch den Ofen 11 geführt, in dem die Temperatur des Strangs 17 auf etwa 566⁰C angehoben wird. Nach Verlassen des Ofens 11 läuft der Strang 17 in die Abschreckeinrichtung 13 ein. in der die Temperatur des Strangs schnell auf einen Wert von weniger als 204⁰C abgesenkt wird, im allgemeine auf etwa 66° C. Anschließend läuft der Strang 17 in die Rohrführung 14 ein, u.η mittels eines nicht dargstellten, kontinuierlich arbeitenden Aufwicklers aufgespult zu werden.

Bei dem vorliegenden Produkt handelt es sich um die wärmebehandelbare 6201-Aluminiumlegierung. Die metallurgische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung 6201 wird allgemein folgendermaßen angegeben: Silizium und Magnesium sind ir. Konzentrationen von 0.5 bis 0.9 Gewichtsprozent bzw. von etwa 0.6 bis 0.9 Gewichtsprozent vorhanden. Der Mengenbereich des Siliziums und Magnesiums, das in Legierungen vorhanden ist, die nach dem vorliegenden Verfahren bearbeitet werden, kann über die Bereichsgrenzen, die für die Konzentration bei der 6201 Aluminiumlegierung angegeben sind, hinausgehen und von etwa 0,2 bis 1,3 Gewichtsprozent bzw. von etwa 0,3 bis 1,4 Gewichtsprozent betragen, falls es gewünscht wird.

Das Metall wird im geschmolzenen Zustand durch ein Fiberglas-Sieb in einen Tiegel gegossen, der auf einer

Temperatur von mehr als 649° C, gewohnlich auf etwa 688° C gehalten wird. Vom Tiegel wird das Metall in das Gießrad IUa der Gießmaschine 10 gegossen, wo es auf eine Temperatur von etwa 427° C bis 504° C gekühlt wird und zum gegossenen S^frang 15 mit solcher Geschwindigkeit erstarrt, daß kein Erstarrungsschwund auftritt Der Strang v/ird aus dem Gießrad 10a mit einer Temperatur ve", etwa 427°C bis 504°C ausgehoben und zum Walzwerk 12 geführt, wo der Strang warmverformt und mit einem löslichen Ölüberzug versehen wird, wobei die Ölkonzentration etwa 40% und die Temperatur des Öls weniger als 93° C betragen, gewöhnlich etwa 71°C Das Walzwerk 12 weist eine Mehrzahl von Walzgerüsten auf, die den Strang 15 abwechselnd von oben nach unten und von den Seiten her zusammenpressen, wodurch der Strang gelängt und seine Querschnittsfläche verringert wird, so daß der Strang 17 fortschreitend geformt wird. Das Volumen der ÖUösung wird im Walzwerk 12 auf einem Pegelwert gehalten, der etwa Vi des

men für Stränge aus Elektrolytkupfer beträgt. .Die Temperatur und das Volumen des den Strang in dem Walzwerk 12 zugeführten Kühlmittels sind so, daß die Temperatur des Strangs innerhalb des Warmformbereichs für 6201-Aluminiumlegierung liegt, gewöhnlich oberhalb von 343° C, so daß die Legierungsmetalle aus dem Aluminium nicht ausfallen. Im aligemeinen beträgt die Temperatur des das Walzwerk verlassenden St-angs etwa 371⁰C. Das geringe Volumen an Kühlmittel, das dem Strang in dem Walzv/erk zugeführt wird, macht eine höhere Konzentration an Schmierstoff in der Kühlmittel-Lösung erforderlich, und zwar etwa 40% an gelöstem Schmierstoff, verglichen mit etwa 10% bei Systemen für Stränge aus Elektrolytkupfer. Der Durchfluß wird so eingestellt, daß ein etwa gleichmäßiger DurchsaU! an Kühlmittel-Lösung bei jedem Walzgerüst vorhanden ist.

F' i g. 2 zeigt einen graphischen Vergleich der Unterschiede zwischen den bei einem Strang aus 6201-Aluminiumlegierung durchgeführten Lösungs· Wärmebehandlungen nach dem vorliegenden Verfahren und nach bekannten Verfahren. Auf der Abszissenachse in F i g. 2 ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Eine Linie 20a stellt die Temperatur in Celsiusgraden, eine Linie 206 die Leitfähigkeit in Prozent des internationalen Glüh-Kupferstandards (IACS) und eine Linie 20c den Prozentsatz von in Lösung befindlichem Mg?Si dar. Eine Kurve 23 stell! die Lösungs-Wärmebehandlung eines gekneteten Strangs aus bI01 Aluminiumlegierung nach bekannten Verfahren dar, und Kurven 21, 21a und 21 b stellen die Lösungs-Wärmebehandlung eines gekneteten Strangs der 6201-Aluminiumlegierung beim vorliegenden Verfahren dar.

F i g. 2 ist am leichtesten verständlich, wenn man die folgenden Beispiele betrachtet, welche aus Fig. 2 entnehmbare Werte repräsentieren, welche im Vergleich mit bekannten Verfahren zur Lösungs-Wärmebehandlung von Strängen aus gekneteter 6201-Aluminiumlegierung besondere Vorteile des vorliegenden Verfahrens aufzeigen.

Beispiel I

Ein gekneteter Sirang aus 6201-Aluminiumlegierung wird dem hier aufgezeigten Verfahren der Lösungs-Wärmebehandlung unterzogen, beginnend beim Zeitpunkt Null, wobei die Temperatur etwa 371°C (Linie ^, die elektrische Leitfähigkeit etwa 58,1% IACS und der Prozentsatz von in der Legierung bereits in fester Lösung enthaltenem Mg₃Si etwa 20% (Linie 20c; betragen. Ein gekneteter Strang aus 6201-Aluminiumlegierung, der nach bekannten Verfahren hergestellt wird. müßte etwa 5 see lang einer Induktionserwärmung unterzogen werden, um ähnliche Eigenschaften zu bekommten (Kurve 23).

Beispiel II

Um bei einem gekneteten Strang aus 6201-Aluminiumlegierung 60% Mg2Si in fester Lösung zu bekommen, eine elektrische Leitfähigkeit von 50% IACS sowie eine Lösungstemperatur von 482° C ist eine Induktionserwärmung des Strangs von etwa 1 see bis 2,75 see erforderlich, wobei die durchschnittliche Erwärmungszeit, die erforderlich ist, um diese Eigenschaften zu bekommen, etwa 1,75 See beträgt Um einen Strang mit gleichen Eigenschaften unter Anwendur·/ bekannter Verfahren zu erhalten, wäre eine Erwärmungszeit vor ungefähr 11,66 see erforderlich (Kurve 23).

Aus dem Vergleich der Beispiele I und II und aus einer Vielzahl anderer Beispiele, die man anhand von F i g. 2 aufzeigen kann, ist daher zu erkennen, daß das vorliegende Verfahren den bekannten Verfahren in bezug auf Behandlungszeiträume weit überlegen ist. Vorteile ergeben sich jedoch nicht nur hinsichtlich der wirtschaftlichen Produktion, sondern auch hinsichtlich der Eigenschaften des gekneteten Strangs aus ö201-Aluminiumlegierung im Vergleich zu Strängen entsprechender Legierung, die nach bekannten Verfahren hergestellt sind.

Beispielhaft für die überlegenen Eigenschaften der aus 6201-Aluminiumlegierungen nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Stränge sind folgende:

A) Der Strang kann bei niedrigerer Temperatur aus dem Gießrad ausgehoben werden, so daß dementsprechend Hochtemperatur-Rißbildungen. Lunkerbildungen und zentrale Mikrorißbildungen bei dem gegossenen Strang wesentlich seltener sind, so daß der geknetete Strang eine höhere Güte bat.

B) Der nach dem aufgezeigten Verfahren erzeugte Strang ist in einem hochgeglühten Zustand und kann dementsprechend leichter zu einem Draht gezogen werden.

C) Während der künstlichen Alterung des aus dem Strang gezogenen Drahts findet ein Ausfallen von Mg₂Si statt, wodurch bewirkt wird, daß das Präzipiso tat feiner ist und in gleichmäßigerer Verteilung auftritt.

Dl N'.ch den bekannten Verfahren erzeugte Stränge werden, wenn sie nicht innerhalb von sechs Tagen nach dem Gieren und Walzen gezogen weroen, brüchig. Nach dem vorliegenden Verfahren erzeugte Stränge können jedoch sieben bis acht Wochen vor dem Ziehen gelagert werden, ohne brüchig zu werder..

Unter »wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen« sind im vorliegenden Rahmen solche Aluminiumlegierungen zu verstehen, die Legierungsbestandteile enthalten, die eine hohe Löslichkeit in festem Zustand in Aluminium bei hohen Temperaturen und eine geringe Löslichkeit in festem Zustand in Aluminium bei Abkühlung auf Raumtemperatur zeigen. Diese Legierungen härten durch Ausfallen einer zweiten Phase während der Wärmebehandlung, und die Legierungsbestandteile

werden dadurch in Lösung gehalten, daß ein schnelles Abschrecken aus hoher Temperatur durchgeführt wird. Unter »gekneteten Aluminiumlegierungen« sollen hier solche Aluminiumlegierungen verstanden werden, die Legierungsbestandteile enthalten, die eine geringe Löslichkeit in festem Zustand in Aluminium sowohl bei hohen Temperaturen als auch bei niedrigen Temperaturen besitzen. Diese Legierungen härten normalerweise durch eine Härtungs-Bearbeitung, wobei es sich um einen Härtungsmechanismus handelt, der bei der Kaltverformung der Legierung abläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen einer Aluminiumlegierung, die ungefähr 0,5 bis 0,9 Gewichtsprozent Silizium und ungefähr 0,6 bis G$ Gewichtsprozent Magnesium enthält, mit einem Gießrad, wobei der aus der Gießnut desselben ausgehobene Strang in ein Walzwerk geführt, in diesem warmgeformt und danach in der Weise abgeschreckt wird, daß das Kühlen innerhalb eines so kurzen Zeitraums durchgeführt wird, daß keine wesentliche Ausscheidung der Legierungsmetalle stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang vor dem Ausheben aus der Gießnut in dieser auf eine Temperatur im Bereich zwischen 427" C und 504⁰C abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ei JJ die Temperatur des das Walzwerk verlassenden stranges im Durchlauf durch einen Ofen vor dem Vorgang des Abschreckens auf eine Temperatur im Bereich von 371⁰C bis 566°C erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang, während er gewalzt wird, mit einem löslichen öl beschichtet wird, welches eine Temperatur von weniger als 93° C besitzt