DE3210824A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines langen duennen aluminiumprodukts - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines langen duennen aluminiumproduktsInfo
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Description
3210324
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines langen dünnen Aluminiumprodukts. Das Verfahren umfaßt
das kontinuierliche Gießen einer Aluminiumlegierung zu einer Stange mit nachfolgendem kontinuierlichem Walzen
der Stange. Unter einem langen dünnen Produkt sei jedes Produkt, etwa ein Draht, ein Band oder ein Profilstab aus
Aluminium verstanden, dessen Längsabmessung viel größer
ist als die beiden dazu senkrechten Maße, ungeachtet der geometrischen Querschnittsform senkrecht zur Längsrichtung,
die quadratisch, rechteckig, rund, trapezförmig oder sonst wie sein kann. Diese Produkte werden oft als "unendlich
lange" Produkte bezeichnet.
Das kontinuierliche Gießverfahren ist jedoch mit einem Mangel
behaftet, der besonders während des nachfolgenden Walzvorgangs bedeutsam ist. Bekanntlich erzeugt das kontinuierliehe
Gießen Lunker, die von der ungleichmäßigen Kühlung der Wände des Kanals herrühren, indem das Aluminium zu der
Gußstange erstarrt. Man hat versucht, diese Porosität durch einen Walzprozeß mit höherem Reduktionsgrad zu beseitigen,
um so eine ausreichende Kompression zum Schließen der Lunker zu erzeugen; aber eine derartige Kompression
ruft so große innere Spannungen hervor, daß die Gefahr der Bildung von Rissen besteht, insbesondere dort,
wo sich die spröden eutektischen Ablagerungen konzentrieren. Aus diesem Grund hat man versucht, eine Lösung dieses
Problems zu finden, indem man für eine gleichmäßigere Kühlung auf dem Umfang der Kanalwände sorgt. Aber die praktischen
Lösungen in dieser Richtung ergeben bedeutende Anhäufungen der eutektischen Phase an der Oberfläche, wodurch
sich während des nachfolgenden Walzens Risse bilden.
Umgekehrt zeigen die möglichen Lösungen, um solche Konzen-
3210324
trationen der eutektischen Phasen während der Verfestigung
zu vermeiden, sich von solcher Art, daß die Lunker im Metall während der Erstarrung nicht beseitigt werden können.
In dieser Hinsicht bleibt also das Problem, das durch Walzen einer Gußstange erzeugte Produkt qualitativ zu verbessern,
ungelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Gußstange zwischen dem kontinuierlichen Gießvorgang und dem Walzen einer kontinuierlichen Extrusion unterzogen
wird.
Eine Extrusion, wie sie derzeit zum Formen langer dünner Produkte mit einem gewünschten Querschnittsprofil, ausgehend
von gegossenen Blöcken, bekannt ist, erfordert, die Blöcke zu homogenisieren und die eutektischen Anhäufungen
an der Oberfläche der Blöcke mit mechanischen Mitteln zu beseitigen, damit man am Ausgang der Extrusionspresse
eine ausreichend rationelle Geschwindigkeit erhält. Eine Stange, die mit üblichen kontinuierlichen
Gießverfahren gewonnen wird, z. B. mit Hilfe eines Gießrades , zeigt eine viel geringere Heterogenität als ein
gegossener Block, und es stellt sich nun heraus, daß eine solche Stange ohne die üblichen Vorbehandlungen direkt extrudiert
werden kann und dies mit ausreichend hoher Geschwindigkeit, so daß man die Stange nach dem Verlassen
des Gießrads mit ihrer normalen Betriebsgeschwindigkeit zuführen kann. Folglich ist eine kontinuierliche Extrusion
am Ausgang der kontinuierlichen Gießmaschine mit den normalen praktischen Geschwindigkeiten möglich. Und gerade
bei diesem Extrusionsvorgang wird das Metall durch die Wechselwirkung von Geschwindigkeit und Druck sehr weit in
den Bereich der plastischen Deformation gebracht, so daß die heterogene dendritenartige poröse Struktur mit ihren
Anhäufungen von Eutektikum zerstört wird, und die erzielte
Struktur ist einer durch Homogenisieren nach dem Heißwalzen erreichten ähnlich.
Eine Anlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt also in Flußrichtung der Reihe nach eine kontinuierlich arbeitende Gießmaschine zur Herstellung einer
Gußstange, eine kontinuierliche Extrusionspresse und ein kontinuierliches Walzwerk. Die kontinuierliche Gießmaschine
ist vorzugsweise ein kontinuierliches Gießrad.
Das Verfahren ist zudem sehr rationell, weil es ein kontinuierlicher
Prozeß ist, ausgehend von der Metallschmelze, die nach der notwendigen Abkühlung nicht neu erhitzt
werden muß, was sonst für die Zwischenbehandlung des gegossenen Produkts vor der Extrusion erforderlich ist. Für
die Extrusion wird die im verfestigten Metall noch vorhandene Xtfärme ausgenützt ohne eine wesentliche Erhitzung.
Doch kann eine Zwischenerhitzung zwischen dem Auslaß der kontinuierlichen Gießmaschine und dem Eintritt in das Extrusionswerkzeug
vorgenommen werden, um eine ideale Eingangstemperatur zu erreichen, je nach der Zusammensetzung
der Legierung, den verwendeten Abmessungen und den anderen Parametern des Extrusionssystems.
Ein sehr wesentlicher Vorzug der Erfindung liegt in der Tatsache, daß das Profil des extrudierten Produkts frei
gewählt werden kann; das bedeutet, daß die Eingangsform
für den nachfolgenden Walzvorgang wählbar ist. Demzufolge kann das Verfahren weitgehend ohne Rücksicht auf die
geometrische Gestalt des Endprodukts angewandt werden und kann speziell zur Herstellung flacher Bänder benützt werden,
das sind Endprodukte mit einem Querschnitt, der doppelt so lang wie breit ist. Das Produkt kann nach dem WaI-zen
auch die Form von Walzdraht mit runden Querschnitt ha-
3 2 1 GΓ12 4
ben mit einem Durchmesser von allgemein zwischen 5 und 22
mm, in den meisten Fällen zwischen 7 und 12 mm.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand
der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 die Extrusionspresse, die vorzugsweise zur Ausübung
der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 2 ein Gießrad, wie es für die Erfindung verwendbar ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie A-A der Fig. 2, die die Felge des Gießrads veranschaulicht.
Die kontinuierliche Extrusion wird beispielsweise mit dem Verfahren durchgeführt, das unter dem Namen "Conforme Extrusion"
bekannt ist und das in den üS-PSen 3 765 216 und 4 1o1 253 im Detail beschrieben ist. Die Vorrichtung hierfür
ist u.a. von der Babcock Wire Equipment Ltd., Großbritannien erhältlich. Das Verfahren ist in Fig. 1 skizziert.
Die für das Verfahren verwendete Vorrichtung umfaßt ein Friktionsrad 1 mit einem Durchmesser von 45o mm, das sich
mit etwa 55 U/min dreht. Der Umfang dieses Rades hat eine Rille 2, die auf einem Winkel cc (im allgemeinen etwa 1oo°)
des Umfangs mit einer Abdeckung zugedeckt ist, so daß ein Kanal 4 gebildet ist, der in eine Extrusionsdüse 5 mündet.
Die Gußstange 6 wird tangential auf das Rad und in Richtung des Pfeils 7 zum Eingang des Extrusionskanals geleitet.
Die Reibung des Rades mit der Gußstange erzeugt Wärme und läßt in dem Kanal einen Druck entstehen, so daß
das Aluminium durch die Düse 5 in Richtung des Pfeils 8 in Form eines langen, dünnen Produkts herausgepreßt wird,
dessen Querschnitt der Form der Düse 5 entspricht. Dieses
Verfahren wird nachstehend als "Extrusion durch Reibung" bezeichnet.
Es ist z. B. möglich, die Gußstange 6 aus Al-Mg-Si-Legierung
mit Hilfe eines bekannten Gießrads zu formen, das
2 eine Stange mit einem Querschnitt von 21oo mm herstellt,
die das Rad mit einer Geschwindigkeit von 12 m/min und mit einer Temperatur von 5oo°C verläßt. Diese Stange wird
unmittelbar zum Einlaufende des Friktionsrads 1 geleitet,
2 in dem sie zu einer Querschnittsfläche von 1ooo mm extrudiert
wird. Danach wird das Metall mit einer Reduktion von 2o % pro Stich auf einen Durchmesser von 9,5 mm gewalzt.
T5 Vorzugsweise wird die Stange mit einer möglichst geringen
Heterogenität und Porosität gegossen. Ein Weg, dieses Ziel zu erreichen, kann die Verwendung eines kontinuierlichen
Gießrads 11 (Fig. 2 und 3) sein, das an seiner Felge
auf dem ganzen Umfang eine Rille 12 hat, die auf ihrem
größten Teil mit einem metallischen endlosen Band 13 überdeckt ist, so daß ein Kanal 14 für die Verfestigung gebildet
ist. Das Band läuft geführt von Rollen 15, 16, 17 und 18 mit der gleichen linearen Geschwindigkeit (in Richtung
des Pfeils 19) wie die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrads.
Das flüssige Metall wird in einen Trichter 2o gegossen und die erstarrte Stange 21 verläßt das Rad in Pfeilrichtung 22,
Die Innenfläche und die Seitenflächen der Felge werden
durch Spritzwasser gekühlt, das aus einigen Düsen kommt, die auf einem Kreisbogen 23 an der Innenseite des Gießrads
angeordnet sind, wie im einzelnen in Fig. 2 und 3 gezeigt. Die mit dem Band 13 abgedeckte Außenseite wird ebenfalls
mit Spritzwasserstrahlen gekühlt, die auf Kreisbögen 24 und 25 angebracht sind, wie dies in der Technik des kontinuierlichen
Gießens bekannt ist. Bei gleicher Kühlung auf der Seite der Felge und auf der Seite des Bandes kühlt sich
L \ U
die letztgenannte Seite rascher ab, weil das Band, das
flexibel sein muß, viel dünner ist. Unter diesen Verhältnissen bilden sich Lunker als Folge einer ungleichmäßigen Abkühlung. Dies ist der Grund, warum der Kühlumfangsbogen 24-25 auf der Bandseite um einen Winkel ß gegen den Kühlbogen 23 auf der Felgenseite versetzt ist, damit man eine gleichmäßigere Abkühlung erhält. Dieser Versetzwinkel
kann durch Verschieben des Halbbogens 24 zum Halbbogen 25 in Richtung der Pfeile 26 eingestellt werden und er kann
flexibel sein muß, viel dünner ist. Unter diesen Verhältnissen bilden sich Lunker als Folge einer ungleichmäßigen Abkühlung. Dies ist der Grund, warum der Kühlumfangsbogen 24-25 auf der Bandseite um einen Winkel ß gegen den Kühlbogen 23 auf der Felgenseite versetzt ist, damit man eine gleichmäßigere Abkühlung erhält. Dieser Versetzwinkel
kann durch Verschieben des Halbbogens 24 zum Halbbogen 25 in Richtung der Pfeile 26 eingestellt werden und er kann
To für jeden speziellen Fall in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
und dem Querschnitt der Stange, der Zusammensetzung der Legierung, der Temperatur usw. justiert werden.
Es ist jedoch notwendig, daß sich unmittelbar und ganz am Eingang zum Gießkanal und auf der Bandseite ein genügend
Es ist jedoch notwendig, daß sich unmittelbar und ganz am Eingang zum Gießkanal und auf der Bandseite ein genügend
dicker Aluminiumfilm bildet, damit während der Erstarrung
nicht die eutektischen Verbindungen durch diesen Film zur Oberfläche geschoben werden können. Dieses Schieben durch
den anfänglichen Film hindurch ist nämlich für die hohe
Konzentration eutektischer Verbindungen auf der Bandseite der Oberfläche verantwortlich. Um gleich zu Beginn diesen ausreichend dicken Film zu formen, ist das Kühlsystem an
der Bandseite noch mit einer Düse 27 ausgestattet, die
gleich am Beginn des Kanals zur Verfestigung liegt, und
der aus dieser Düse austretende Wasserstrahl ist so ein-
Konzentration eutektischer Verbindungen auf der Bandseite der Oberfläche verantwortlich. Um gleich zu Beginn diesen ausreichend dicken Film zu formen, ist das Kühlsystem an
der Bandseite noch mit einer Düse 27 ausgestattet, die
gleich am Beginn des Kanals zur Verfestigung liegt, und
der aus dieser Düse austretende Wasserstrahl ist so ein-
gestellt, daß man einen genügend dicken Film erhält, ohne jedoch die Abkühlung auf der Bandseite mit derjenigen auf
der anderen Seite aus dem Gleichgewicht zu bringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem
Prozeß zur Herstellung von Walzdraht aus einer Al-Mg-Si-Legierurig für elektrischen Leitungsdraht, d. i. einer Legierung
mit o,3 bis o,9 % Magnesium, o,25 bis ο,75 % Silicium,
ο bis ο,6 % Eisen und dem Rest Aluminium und Verunreinigungen,
angewandt. Bei einer solchen Legierung geht die kontinuierliche Extrusion einer Abschreckung auf eine
- 1ο -
Temperatur unter 26o°C voraus und während dieser Abschrekkung wird das Aluminium zu dem Walzdraht ausgewalzt. Die
kontinuierliche Extrusion kann auch vor einem nur thermischen Abschreckschritt durchgeführt werden, d. i. einer
Abschreckung auf eine Temperatur unter 26o°C ohne irgendeine mechanische Bearbeitung, worauf ein zweiter thermomechanischer
Schritt folgt, bei dem das Aluminium bei einer Temperatur im Bereich von 13o bis 26o°C bearbeitet und
anschließend vor einer etwaigen späteren Bearbeitung einer Alterung unterzogen wird. Der zweite Schritt folgt vorzugsweise
unmittelbar auf den ersten in dem gleichen kontinuierlichen Ablauf. In vorausgegangenen Patentanmeldungen
des gleichen Erfinders (LU 80.656 und LU 83.249) ist dargelegt
worden, daß eine solche Behandlung, bei der der Abschreckung eine Heißbearbeitung unter einer möglichst
hohen Temperatur, vorzugsweise über 47o C, und mit einer möglichst geringen Abkühlung vorgeschaltet ist, um ein Maximum
an Legierungsbestandteilen vor dem Abschrecken in Lösung zu halten, eine sehr vorteilhafte metallographische
Struktur ergibt. Ein solcher Heißbearbeitungsschritt kann in der Form der im erfindungsgemäßen Verfahren enthaltenen
Extrusion durchgeführt werden. Dies ist sehr günstig, weil dies ein Bearbeitungsschritt ist, bei dem das Metall nicht
abkühlt, sondern im Gegenteil erwärmt wird. Und dabei werden auch noch die Vorteile der vorliegenden Erfindung ausgenützt.
Es sei bemerkt, daß der Hauptzweck des ExtrusionsVorgangs
darin liegt, die metallographische Struktur des Aluminiums zu verbessern, und nicht unbedingt darin, den Querschnitt
der Gußs'tange, die in die kontinuierliche Extrusionspresse einläuft, zu reduzieren. Nach Wunsch kann der Querschnitt
der Extrusionsdüse größer gemacht werden als der Querschnitt der Gußstange. Dieses Querschnittsverhältnis kann
mit der günstigsten Auslauf- und Einlaufgeschwindigkeit
ο 9 ι η
und dem Querschnitt des Metalls am Ende des Gießrads bzw. }
am Eingang des Walzwerks abgestimmt werden. J
Das für die vorliegende Erfindung verwendete Metall kann reines Aluminium oder auch eine Aluminiumlegierung sein,
d.i. eine Legierung, in der Aluminium der überwiegende Bestandteil ist. Solche Metalle sind hier unter der allgemeinen
Bezeichnung "Aluminium" zusammengefaßt.
Im Rahmen der Erfindung können andere Varianten und Äquivalente aus der Beschreibung abgeleitet werden.
Claims (10)
1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines
langen, dünnen Aluminiumprodukts, das ein kontinuierliches Gießen zu einer Stange und danach ein kontinuierliches
Walzen der Gußstange umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem kontinuierlichen
Gießen und dem Walzen die Gußstange einer kontinuierlichen Extrusion unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß die kontinuierliche Extrusion als eine Extrusion durch Reibung vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
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ο
gekennzeichnet , daß die Extrusionsdüse die Form eines flachen Rechtecks hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Extrusionsdüse größer ist als der Querschnitt der Gußstange.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das konti-
nuierliehe Gießen in einem Gießrad vorgenommen wird, dessen
Felge eine Rille aufweist, die mit einem flexiblen Band abgedeckt ist, um so einen Kanal für die Verfestigung
zu bilden, intern die Kühlung auf der Bandseite gegenüber
derjenigen auf der Felgenseite verzögert wird, ausgenommen einen Viasserstrahl, der am Eingang zu dem Verfestigungskanal
auf das Band gerichtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Alumi-
nium eine Al-Mg-Si-Legierung für elektrischen Leitungsdraht ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet
, daß die kontinuierliche Extrusion einer Abschreckung auf eine Temperatur unter 26o C
vorausgeht, während welcher das Aluminium zu Walzdraht gewalzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß die kontinuierliche Extrusion
einem rein thermischen Abschreckschritt auf eine Temperatur unter 26o°C vorausgeht, auf welchen ein thermomechanischer
Schritt folgt, indem das Aluminium bei einer Temperatur im Bereich von 13o°C bis 26o°C bearbeitet
wird und danach vor einer etwaigen späteren Bearbeitung
32 1 Γ :24
_ ο
einer Alterung unterzogen wird.
9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 8, die in Laufrichtung der Reihe nach
eine kontinuierliche Gießmaschine zur Erzeugung einer Gußstange und ein kontinuierliches Walzwerk aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
kontinuierlichen Gießmaschine und dem Walzwerk eine kontinuierliche Extrusionspresse zwischengeschaltet ist.
1o
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet
, daß die kontinuierliche Extrusionspresse ein Rad für eine Extrusion durch Reibung ist.
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