DE3402029C2

DE3402029C2 - Use of an aluminum alloy for electrical conductors with increased tensile strength

Info

Publication number: DE3402029C2
Application number: DE19843402029
Authority: DE
Inventors: Gustav 5090 Leverkusen Brühn; Fritz Dipl.-Ing. 5202 Lohmar Dekowski
Original assignee: Felten & Guilleaume Energietechnik 5000 Koeln De GmbH; Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1984-01-21
Filing date: 1984-01-21
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3402029A1

Abstract

Um zur Herstellung von eindrähtigen Rund- und Sektorleitern aus Aluminium das Strangpreßverfahren beibehalten zu können, auch wenn die Leiter eine erhöhte Zugfestigkeit haben müssen, wird eine Legierung aus Reinaluminium mit - vorzugsweise 0,4 Gew.-% - Nickel verwendet.In order to be able to maintain the extrusion process for the production of single-wire round and sector conductors from aluminum, even if the conductors must have increased tensile strength, an alloy of pure aluminum with - preferably 0.4% by weight - nickel is used.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Aluminium-Legierung für stranggepreßte eindrähtige elektrische Leiter mit erhöhter Zugfestigkeit Sie eignet sich besonders für solche Leiter mit Querschnitten bis zu 70 mm².The invention relates to the use of an aluminum alloy for extruded single-wire electrical conductors with increased tensile strength. It is particularly suitable for conductors with cross-sections of up to 70 mm ² .

Als Liefervorschrift für eindrähtige Rund- und Sektorleiter aus Aluminium gelten die Vorschriften der DIN 57 295 (wie VDE 0295) bezüglich der Leiter für Kabel und isolierte Leitungen für Starkstromanlagen der Leiter für Kabel und isolierte Leitungen für Starkstromanlagen und der DIN 40 501, Blatt 4, bezüglich der Drähte aus Reinaluminium für die Elektrotechnik. Für die Herstellung dieser Leiter gibt es zwei Verfahren, zum einen das sogenannte Properziverfahren mit nachgeschalteten getrennten Glüh- und Ziehprozessen und zum anderen das Strangpressen.The delivery specifications for solid round and sector conductors made of aluminum are those of DIN 57 295 (like VDE 0295) with regard to conductors for cables and insulated lines for high-voltage systems the conductors for cables and insulated lines for power systems and DIN 40 501, sheet 4, with regard to Pure aluminum wires for electrical engineering. There are two methods of manufacturing these conductors, on the one hand, the so-called proper process with subsequent separate annealing and drawing processes and on the other hand extrusion.

Beim Properziverfahren wird das Produkt ausgewalzt und verläßt im Übermaß den letzten Walzstich, wonach es aufgetrommelt wird. Nach einer Entspannungsglühung im Glühofen wird es einem Kaltziehprozeß unterzogen, um das erforderliche Fertigmaß zu erreichen, wonach es wieder aufgetrommelt wird. Je nach der Einstellung des Übermaßes am letzten Warmwalzstich im Verhältnis zum vorgeschriebenen Fertigmaß beim Kaltziehprozeß ergibt sich ein bestimmter Kaltverformungsgrad, der die Zugfestigktii des Fertigprodukts bestimmt Somit ist es bei diesem Verfahren möglich, die Zugfestigkeit des Fertigprodukts durch den Kaltverformungsgrad beim Ziehen zu variieren.In the Properziverfahren the product is rolled out and leaves the last rolling pass in excess, after which it is drummed up. After stress relief annealing in the annealing furnace, it is subjected to a cold drawing process, to achieve the required finished size, after which it is reeled up. Depending on the setting the oversize on the last hot rolling pass in relation to the prescribed finished size in the cold drawing process there is a certain degree of cold deformation that increases the tensile strength of the finished product Thus, with this method it is possible to determine the tensile strength of the finished product through the degree of cold deformation to vary when pulling.

Beim Strangpressen von eindrähtigen Rund- oder Sektorleitern werden die Preßbolzen auf Preßtemperatur erhitzt, in den Rezipienten der Presse geladen und durch die eingebaute Matrize direkt auf Fertigmaß gepreßt. Nach dem Verlassen der Matrize durchlaufen die Leiter ein Wasserbad zur Abkühlung und werden dann kontinuierlich aufgetrommelt. Die Zugfestigkeit dieser Leiter ist weder durch das Pressen noch durch die Änderung der Kühlparameter zu beeinflussen.When extruding solid round or sector conductors, the pressing bolts are brought to the pressing temperature heated, loaded into the recipient of the press and pressed directly to the finished size by the built-in die. After exiting the die, the conductors go through a water bath to cool down and then become drummed up continuously. The tensile strength of these conductors is not due to either the pressing or the change to influence the cooling parameters.

Bis 1981 forderten die Vorschriften für die vorgenannten Leiter eine Zugfestigkeit von 60 bis 90 N/mm². Ab 1982 wurde diese Forderung geändert, und zwar wurde für Querschnitte von 25 bzw. 35 und 50 mm² eine Zugfestigkeit von 100 bis 130 bzw. 80 bis 110 N/mm² ynrffpcchrieben. Mit dem Proⁿerz!verfahr6n konnten die erhöhten Werte der Zugfestigkeit dadurch erreicht werden, daß der Kaltverformungsgrad entsprechend geändert wurde. Beim Strangpreßverfahren ergab sich aber, daß mit den üblichen Preßbolzen aus Aluminium der Qualität E-Al, nach DIN 1712, Teil 3, diese Zugfestigkeitswerte nicht erreicht werden konnten.Until 1981 the regulations required a tensile strength of 60 to 90 N / mm ² for the aforementioned conductors. From 1982 this requirement was changed, namely a tensile strength of 100 to 130 or 80 to 110 N / mm ^{2 was} specified for cross sections of 25 or 35 and 50 mm ^2. With the pro ⁿ ore method, the increased tensile strength values could be achieved by changing the degree of cold deformation accordingly. In the extrusion process, however, it was found that these tensile strength values could not be achieved with the usual compression bolts made of aluminum of the quality E-Al, according to DIN 1712, Part 3.

Nun ist bereits aus der US-PS 42 16 031 eine Aluminium-Legierung für elektrische Leiter bekannt, die im kontinuierlichen Verfahren nach Properzi mit anschließendem Warmwalzen hergestellt werden, und bei denen eine hohe Zugfestigkeit von mindestens 82,7 N/mm² erreicht werden solL Zur Herstellung der Legierung wird Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 993 Gew.-% oder höher verwendet, dem 0,55 bis 0,65 Gew.-% Nickel zulegiert werden. Da bei dem kontinuierlichen Verfahren Duktilitätsprobleme auftreten, ist es erforderlich, daß die Legierung nicht mehr als 0,15 Gew.-% Eisen, nicht mehr als 0,001 Gew.-% Magnesium und nicht mehr als 0,05 Gew.-% Kupfer enthält, damit bei den so hergestellten Aluminiumleitern eine möglichst hohe Duktilität erreicht wird.Now an aluminum alloy for electrical conductors is already known from US Pat. No. 4,216,031, which are produced in the continuous process according to Properzi with subsequent hot rolling, and in which a high tensile strength of at least 82.7 N / mm ^{2 is to be achieved} To produce the alloy, aluminum with a purity of 993% by weight or higher is used, to which 0.55 to 0.65% by weight of nickel is added. Since ductility problems arise in the continuous process, it is necessary that the alloy contain no more than 0.15% by weight iron, no more than 0.001% by weight magnesium and not more than 0.05% by weight copper, so that the highest possible ductility is achieved in the aluminum conductors produced in this way.

Einerseits kann man zwar die geforderte hohe Zugfestigkeit der Aluminiumleiter, wie oben dargelegt ist, beim kontinuierlichen Verfahren nach Properzi mit nachgeschalteten Walz- und Ziehprozessen, aber nicht beim Strangpressen, erreichen. Andererseits vermeidet man beim Strangpressen die beim kontinuierlichen Verfahren auftretenden Probleme der DuktilitätOn the one hand, the required high tensile strength of the aluminum conductor, as explained above, can be achieved. in the continuous process according to Properzi with downstream rolling and drawing processes, but not in extrusion. On the other hand, extrusion avoids the continuous process occurring problems of ductility

Weiter ist aus der US-PS 43 97 696 eine Aluminium-Legierung für elektrische Leiter bekannt, die nach dem Direkt-Gießen-Erkalten-Verfahren (direct chill casting process) hergestellt werden, und bei denen eine vergleichbar gute Kriechfestigkeit wie beim Properziverfahren erreicht werden soll. Dazu ist es erforderlich, daß der Eisengehalt der Legierung nicht mehr als 0,4 Gew.-% beträgt, und daß die Wärmebehandlung des Barrens oberhalb 400⁰C, das erste Warmwalzen unterhalb 35° C erfolgen. Ferner ist angegeben, daß die Legierung zwischen 0,02 und 0,4 Gew.-% Fe, Mg, Ni, Cu, Si oder Zr enthalten kann. Wenn mehrere dieser Elemente vorliegen, sollten sie zusammen nicht mehr als 0,9 Gew.-% ausmachen, die restlichen Zusätze nicht mehr als 0,1 Gew.-%.Furthermore, from US-PS 43 97 696 an aluminum alloy for electrical conductors is known, which are produced by the direct casting / cooling process (direct chill casting process), and in which a comparably good creep resistance can be achieved as in the Properziververfahren target. This requires that the iron content of the alloy is not more than 0.4 wt .-%, and that the heat treatment of the ingot above 400 ⁰ C, the first hot rolling below 35 ° C take place. It is also stated that the alloy can contain between 0.02 and 0.4% by weight of Fe, Mg, Ni, Cu, Si or Zr. If several of these elements are present, they should together make up no more than 0.9% by weight, the remaining additives not more than 0.1% by weight.

Zwar ist angegeben, daß man beim Einsatz einer solchen Legierung und bei sorgfältiger Führung des Verfahrens Aluminiumleiter mit guter Kriechfestigkeit und ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit erhält, aber es besteht keinerlei Zusammenhang mit dem ganz anders gearteten Strangpreßverfahren, und die Zugfestigkeit der Aluminiumleiter ist völlig außer acht gelassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine AIuminium-Legierung für elektrische Leiter anzugeben, mit der bei eindrähtigen elektrischen Leitern, die im Strangpreßverfahren hergestellt werden, eine erhöhte Zugfestigkeit erreicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer Aluminium-Legierung aus bis zu 0,4% Nickel und Reinaluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,5% oder höher oder E-Al (Aluminium für die Elektrotechnik) gemäß DIN 1712, Teil 3, als Rest für den sogenannten Zweck. Insbesondere empfiehlt sich, bei einer solchen Legierung Reinaluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,7% einzusetzen.While it is stated that if such an alloy is used and the process is followed carefully, aluminum conductors with good creep resistance and excellent electrical conductivity are obtained, there is no connection whatsoever with the very different extrusion process and the tensile strength of the aluminum conductors is completely disregarded.
The invention is based on the object of specifying an aluminum alloy for electrical conductors with which an increased tensile strength is achieved in single-wire electrical conductors which are produced by the extrusion process.
This task is achieved by using an aluminum alloy made of up to 0.4% nickel and pure aluminum with a degree of purity of 99.5% or higher or E-Al (aluminum for electrical engineering) according to DIN 1712, Part 3, as the rest for the so-called purpose. It is particularly advisable to use pure aluminum with a degree of purity of 99.7% for such an alloy.

Diese Legierungen erfüllen sowohl die Vorschriften bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit als auch die bezüglich der höheren Zugfestigkeit. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Strangpreßverfahren weiterhin Hafür <*inof»cf»t-7t u/prHpn Irann AinHpähtioris RunH. ——_o——.— .. —. _v— .-„ , „ . _n...._ov .._These alloys meet both the requirements relating to electrical conductivity and those relating to higher tensile strength. The advantage of the invention lies in the fact that the extrusion process continues to run. —— _o ——.— .. -. _v - .- ",". _n .... _ov .._

und Sektorleiter aus Aluminium — nunmehr mit erhöhter Zugfestigkeit — herzustellen.and sector ladder made of aluminum - now with increased tensile strength.

Claims

, Claims:

; 1. Use of an aluminum alloy of up to 0.4% nickel and pure aluminum with a Degree of purity of 99.5% or higher or E-Al according to DIN 1712, Part 3, the rest for extruded solid electrical conductors with increased tensile strength

2. Use of an aluminum alloy according to claim 1 with pure aluminum with a degree of purity of 99.7% as the remainder for the purpose after arrival

¹ claim 1.