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Verfahren zur Erzeugung feinkörniger Bekristallisationsstruktur bei
Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen Gegenstand der Erfindung ist
ein Verfahren zur Erzeugung feinkörniger Rekristallisationsstruktur bei Werkstücken
aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit über 8o °@" Aluminiumgehalt, die durch
Ziehen, Walzen o. dgl. bearbeitet sind.
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Das Verfahren besteht darin, daß das Aluminiumwerkstück nach der mechanischen
Bearbeitung für Bruchteile einer Minute Glühtemperaturen zwischen 5oo und 8oo° C
ausgesetzt wird. Die Einwirkungsdauer von einer Minute gilt für Bleche von etwa
r mm Stärke und wird, je nachdem die Stärke des Werkstückes größer oder kleiner
ist, entsprechend verändert. Bei dieser Behandlung wird das Metall nicht nur feinkörnig,
sondern erhält auch die Eigenschaften von weichgeglühtem Material.
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Gemäß weiterer Erfindung wird die Erhitzung auf die erforderliche
Glühtemperatur so vorgenommen, daß das Metall einzeln oder in nur geringer Stapelung
entsprechend schnell durch den auf die nötige Temperatur erhitzten Glühraum eines
Ofens bewegt wird. Bei richtiger Wahl der Glühtemperatur und Glühzeiten kann erreicht
werden, daß das bearbeitete Material nicht völlig weichgeglüht wird, sondern noch
einen Teil der ursprünglichen Härte, wie 1; 4, 1/2, 3/4 o. dgl., behält.
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Es ist bereits Gegenstand eines älteren Patents, feinkörnige Rekristallisationsstruktur
bei durch Walzen, Ziehen u. dgl. bearbeiteten Metallen, hauptsächlich bei Zinkdrähten,
Kupfer-Zink-Legierungen und Aluminiumblechen dadurch zu erzeugen, daß die Metalle
nach der mechanischen Bearbeitung Glühtemperaturen ausgesetzt werden, die nahe bei
ihrem Schmelzpunkt liegen. Durch diese Behandlung sollen die Metalle nicht nur feinkörnig
werden, sondern auch die Eigenschaften von weichgeglühtem Metall erhalten. Dieses
alte Verfahren arbeitet aber für Aluminium mit Glühzeiten, die größenordnungsmäßig
bei 30 Minuten liegen, d. h. so lange soll das behandelte Material bei der
für erforderlich gehaltenen Endtemperatur gehalten werden, während die Zeit, die
naturgemäß vergehen muß, um es auf diese Endtemperatur zu bringen, dabei noch nicht
berücksichtigt ist.
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Im Gegensatz hierzu sollen bei dem vorliegenden Verfahren zur Behandlung
von Aluminiumlegierungen Behandlungszeiten der Größenordnung von höchstens einer
Minute angewandt werden. Bei Blechen unter z min Stärke beträgt die Behandlungszeit
sogar nur Bruchteile einer Minute. Nur hierdurch ist es möglich, Temperaturen zu
verwenden, die höher sind als der Schmelzpunkt der zu verwendenden Legierungen.
Bei der kurzen Einwirkungsdauer tritt trotz dieser hohen Temperaturen keine nachteilige
Erweichung des Aluminiumwerkstückes ein.
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Um Aluminiumblech aus dem harten in den weichen Zustand überzuführen,
verfährt man
derart, daß man die Walztafeln in mehr oder weniger
hohen Stapeln im 30o bis q.50° C heißen Muffelofen 6, 8 oder auch 2q. Stunden lang
ausglüht (vgl. u. a. Krause, »Das Aluminium«, Wien und Leipzig z923). Eine bekannte
und gefürchtete Erscheinung, die infolge dieser thermischen Behandlung auftreten
kann, ist das sogenannte Rauhwerden des Materials, das sich -dadurch äußert, daß
das Blech bei der Weiterverarbeitung in der Ziehpresse oder auf der Drückbank eine
rauhe, narbige Oberfläche erhält. Die Folge hiervon ist, daß das Material bei der
Formgebung an den am stärksten beanspruchten Teilen aufreißt oder aber, daß die
bei diesem Produktionsgang hergestellten Hohlgefäße unter Aufwand kostspieliger
und zeitraubender Schmirgel- und Polierarbeit mühsam wieder geglättet werden müssen.
Wie sich .durch Anätzen des weichgeglühten Materials mit geeigneten Reagenzien nachweisen
läßt, ist die Ursache des Rauhwerdens in der bei der Rekristallisation des gewalzten
Metalls infolge der thermischen Behandlung eintretenden Ausbildung von anormal großen
Kristallen zu erblicken.
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Wie die von der Erfinderin durchgeführten Untersuchungen ergeben haben,
vermag die Ausbildung dieser anormal großen Kristalle in dem durch den vorangegangenen
Walzprozeß weitgehend deformierten Material Überraschenderweise nur dann einzutreten,
wenn das Gebiet des Beginnens der Rekristallisation des gewalzten Materials langsam
durchschritten wird. Verfolgt man den Temperaturanstieg im Innern eines der.nach
dem bisher üblichen Verfahren zum Weichglühen in den Muffelofen eingesetzten Blechstapels,
so zeigt sich, daß die Steigerung der Innentemperatur des Stapels nur sehr langsam
vor sich geht und daß sie u. U. gänzlich zum Stillstand kommt, wenn die Muffeltemperatur
aus irgendeinem in .der Ofenführung liegenden Grunde zeitweise um einen wenn auch
nur geringen Betrag fällt.
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Die Größe der Kristalle, die beim langsamen Durchschreiten des Temperaturgebietes
der beginnenden Rekristallisation entstehen, beträgt nicht selten mehrere Millimeter
im Durchmesser. Je rascher die Durchschreitung des kritischen Temperaturgebietes
erfolgt, um so feinkörniger wird, wie die Untersuchungen der Erfinderin ergeben
haben, das rekristallisierte Material (es wurden Kornfeinheiten erreicht, .die bis
an 1000 Körner pro Ouadratmillimeter entsprachen) und um so besser sind,
wie sich weiterhin gezeigt hat, die Materialeigenschaften des weichgeglühten Bleches.
Nicht nur weist, wie im Einklang mit den allgemeinen technologischen Kenntnissen
und Erfahrungen zu erwarten @v ar, die Zerreißfestigkeit und Dehnung höhere Werte
auf, sondern auch die Tiefziehfähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit erfahren
eine merkliche Steigerung.
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Es hat sich gezeigt, daß ein einwandfreies Material bester Verarbeitbarkeit
dadurch erhalten werden kann, daß man das weichzuglühende Blech bei Temperaturen
behandelt, die um mehrere hundert Grad höher liegen als die bisher angewandten Temperaturen,
es ist im überraschenden Gegensatz zu den bisher üblichen Anschauungen insbesondere
festgestellt worden, daß man mit bestem Erfolg bei solchen Temperaturen arbeiten
kann, die nahe bei dem Schmelzpunkt des weichzuglühenden Metalls liegen. Weiterhin
hat es sich herausgestellt, daß nur ganz kurze Glühzeiten genügen, um das Material
auf den für die Weiterverarbeitung geeigneten Weichheitsgrad zu bringen, daß z.
B. für unter i mm starkes Aluminiumblech nur Bruchteile von einer Minute erforderlich
sind, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
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Außer der Erzielung eines feinkörnigen Materials, wie es durch die
rasche Durchschreitung der kritischen Temperaturgebiete bedingt wird, liegt in der
ein Vielfaches betragenden Beschleunigung des Glühprozesses ein weiterer wesentlicher
Fortschritt gegenüber den bisher üblichen Verfahren, da auf diese Weise eine erhebliche
Steigerung der Leistung des Glühofens erreicht wird. Voraussetzung für die zu erzielende
Wirkung ist, daß das Ausglühen des Bleches nicht mehr in großen Stapeln erfolgt,
sondern daß das Walzmaterial einzeln oder in geringen Lagenstärken der erhöhten
Temperatur ausgesetzt wird, beispielsweise dadurch, daß man es auf einem Transportband
den Ofenraum passieren läßt. Die Gefahr, daß große Chargen wertvollen Materials
infolge falscher Ofenführung unbrauchbar werden, ist, da .das Material den Glühraum
in einzelnen Stücken passiert. die beim Austritt aus dem Ofen sofort einer Prüfung
unterworfen werden können, vollauf be-seitigt.
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Die Steigerung der Leistungsfähigkeit eines Ofens ist bei dein beanspruchten
Verfahren gegenüber der bisher üblichen Arbeitsweise sehr groß. i mm starkes Aluminiumblech
ist bei den vorgeschlagenen hohen Glühtemperaturen bereits nach 40 Sekunden vollkommen
weich. Die normale Größe der auszuglühenden Tafeln beträgt i X 2 m, das Gewicht
einer solchen Tafel i mm starken Aluminiumbleches. ist 5,q. kg. In einem Glühraum
von etwa 3 m Länge, der zur Begünstigung bester Wärmeausnutzung sehr niedrig gehalten
werden kann, können demnach in i Stunde mindestens 9o Tafeln im Gewicht von 450
kg weichgeglüht werden, eine Leistung, die bei
dem bisher üblichen
Glühverfahren in etwa 8 Stunden erzielt wird.
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Für gewisse Verwendungszwecke wird nicht ein völlig weichgeglühtes,
sondern ein solches Material verlangt, das mit % hart, '1", hart, 3/., hart usw.
gekennzeichnet ist. Diese ärtegrade werden üblicherweise dadurch erzielt, daß man
das Material vor Erreichung der Endstärke glüht und dann bis auf die erwünschte
Blechstärke zu Ende walzt, wodurch eine teilweise Rückhärtung erzielt wird. Das
hierin beschriebene Verfahren gestattet es nun, die verschiedenen Härtegrade leicht
und sicher dadurch zu erzielen, daß man entweder bei Temperaturen, die um einen
geringen Betrag niedriger liegen oder aber unter Anwendung kürzerer Glühzeiten arbeitet,
um den gewünschten Härtegrad zu erzielen.
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Als ein weiterer wesentlicher Vorteil -des abgekürzten Glühverfahrens
ist die Tatsache zu werten, daß das weichgeglühte Material infolge der sehr kurzen
Einwirkung der heißen Glühofengase nicht wie bei dem bisher üblichen Verfahren eine
matte und rauchgraue, stumpfe Oberfläche annimmt, sondern daß das weichgeglühte
Material die gleiche blanke Oberfläche behält wie das harte Blech.
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Eine Ausführungsart des beanspruchten Verfahrens besteht entsprechend
den vorstehenden Ausführungen beispielsweise darin, daß das harte Aluminiumwalzblech
auf einem Transportband, dessen Umlaufzeit derart geregelt ist, daß jeder Abschnitt
des zu glühenden Materials 40 Sekunden lang der 630° C betragenden Glühräumtemperatur
ausgesetzt ist, durch den Glühofen hindurchbewegt wird. Der Glühofen besteht aus
einem durch indirekte Heizung erhitzten Glühraum, die Heizung kann durch Kohlen-,
Öl- oder Gasfeuerung oder auf elektrischem Wege nach berannten Verfahren bewirkt
werden. Mit dem Glühraum ist eine Transportvorrichtung beispielsweise in Form eines
endlosen Transportbandes, auf dein das zu glühende Material durch den Glühraum befördert
werden kann, verbunden.