FI69648B - Foerfarande foer behandling av ett genom faellning haerdbart icke-jaernmaterial - Google Patents

Description

Ι*|ΜΤ·Ί ΓΒΐ m^UULUTUSjULKAISU sqsAq •$31® B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT O O 4 0 c Ρϋ i,e:, vti :; y ty

Prtcnt 10 05 1030

Vvs * ^ (51) Ky.lk.*/lnt.CI.* C 22 F 1/04, C 22 C 21/02, 21/06 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansfikning 793886 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 1 2.12.79 (FI) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 12.12.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit off e nti ig 15-06.80

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. - 29.11.85

Patent- och registerstyrelsen ' 1 Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 1 4.1 2.78

Luxemburg(LU) 80656 (71) Societe Franco-Belge des Laminoirs et Tr^fileries d'Anvers "Lamitref", Frederic Sheidlaan 75, 2620 Hemiksem, Belgia-Belgien(BE) (72) Leo Cloostermans, Maarkedal, Be 1 gia-Belg ien(BE) (74) Oy Kolster Ab (54) Menetelmä saostamalla kovetettavan ei-rautamateriaalin käsittelemiseksi - Förfarande för behandling av ett genom fällning härdbart icke-järnmaterial

Keksinnön kohteena on menetelmä saostamalla kovetettavan ei-rautapitoisen Al-Mg-Si-metalliseoksen muovaamiseksi valssilangan muotoon, joka soveltuu käytettäväksi lähtöaineena sähköjohdinlanko-jen vetämiseen. Metalliseoksen sanotaan olevan "saostamalla kovetettava", jos se sisältää komponentteja, jotka voivat ylikyllästää kidehilan, kun metalliseos jäähdytetään lämpötilasta, jossa mainitut komponentit liukenevat metalliseokseen ja jotka voidaan jälkeenpäin poistaa saostamalla kidehilasta vanhennuskäsittelyn avulla keskilämpötilassa aiheuttaen tällöin kovettumisen saostumisen avulla, kuten alan asiantuntijat hyvin tietävät. Yleensä Al-Mg-Si-metalliseos sähköjohtimia varten sisältää 0,3-0,9% magnesiumia, 0,25-0,75% piitä, 0-0,60% rautaa, lopun ollessa alumiinia ja epäpuhtauksia (s.o. alkuaineita joiden määrä on pienempi kuin 0,05%).

Lopullisen langan muodon saamiseksi metalliseokselle tämä metalliseos tavallisesti kuuma- ja/tai kylmämuovataan. Kuuma- 2 69648 muovaus on muovausta lämpötilassa, jossa rakenne voi kiteytyä uudestaan sitä muovattaessa. Lopullista tuotetta (sähköjohdin-lanka) varten on myös edullista määrättyjen optimaalisten ominaisuuksien saaminen siihen, esimerkiksi suuri vetolujuus yhdistettynä hyväksyttävän muovattavuuden kanssa korkean sähkönjohtavuuden lisäksi, mutta nykyisillä mekaanisilla ja lämpökäsittelyillä eivät nämä ominaisuuksien yhdistelmät ole aina yhteensopivia ja käsittelyt määrättyjen yhdistelmien saamiseksi eivät aina ole yksinkertaisia. Tähän liittyviä vaikeuksia esitellään Al-Mg-Si-metalliseosta olevan sähköjohtimen valmistuksen yhteydessä, jota varten esitetyt vaatimukset ovat tarkkoja minimivetolujuuden, muovattavuuden ja sähkönjohtokyvyn yhdistelmän suhteen ja joiden vaatimusten yhdistelmän täyttämiseksi ei ole suuri valintamahdollisuuksia niissä menetelmissä, joilla voidaan valmistaa valssinlankoja, jotka soveltuvat lähtöaineeksi sähköjohdinlankoihin.

Johtimen valmistaminen tällaisesta sähköä johtavasta metalli-seoksesta suoritetaan tavallisesti useissa vaiheissa: metalliseosta syötetään ensin joko jatkuvan valun jälkeen valupyörälle tai epä-jatkuvasti valettuina tankoina valssilaitokseen kuumamuovauslämpö-tilan ollessa noin 490-520°C 5-20 millimetrin, useimmiten 7-12 millimetrin läpimittaisten valssattujen johdintankojen saamiseksi vaissilaitoksen poistopäässä. Metalliseos on kuitenkin valssauksen aikana jäähtynyt noin 350°C lämpötilaan. Tämä tarkoittaa, että suurin osa saostuskovetuskäsittelyn suorittamiseksi lisätystä magnesiumista ja piistä valmistuksen loppuvaiheessa on saostunut jo etykäteen ja menetetty kovettamisessa käytettäväksi.

Tästä syystä toinen valmistusvaihe on liuotuskäsittely valssauksen jälkeen. Lankakeloja pidetään tällöin uunissa useita tunteja 500-520°C lämpötilassa saostumien liuottamiseksi uudestaan kidehilaan. Välittömästi tämän jälkeen lankakelat, liuotuskäsitte-lylämpötilassa, jäähdytetään 260°C alapuolella olevaan lämpötilaan, jolloin rakenne joutuu tilaan, jossa metalliseoksen komponentit liuoksessa pysyvät ylikyllästyneenä liuoksena kidehilassa. Tämä jäähdytyslämpötila on useimmiten huoneenlämpötila. Sitten nämä johdintangot vedetään kylminä, mikä antaa suuren vetolujuuden, mutta pienentää voimakkaasti taotaavuuden epätyydyttävän pieneksi.

Il 69648 Tästä syystä suoritetaan langalle vedon jälkeen vanhennuskäsittely saastuskovettamista käyttäen pitäen lankaa muutamia tunteja noin 145°C lämpötilassa. Tällöin taottavuus saadaan hyväksyttävälle tasolle ja vetolujuua kasvaa huomattavasti, koska muuttuneen rakenteen pehmenemisestä aiheutuvat häviöt korvautuvat suureksi osaksi saostuskovetuksen avulla. Tänä on syy siihen, miksi metalliseoksen komponenttien tulisi mahdollisimman paljon säilyä liuenneina aina loppuun asti niin, että ne voisivat osallistua mahdollisimman paljon saostuskovetustapahtumaan. Lisäksi tämä vanhennusvaihe, koska se poistaa sisäiä jännityksiä dislokaatioiden uudelleenjärjestelyn avulla ja poistaa metalliseoksen komponenttien ylikyllästyksen, on erittäin edullinen sähköjohtokyvyn parantamiseksi, mikä alenee jäähdytyksen ja vedon aikana sisäisten jännitysten kasvun vuoksi.

On yritetty löytää yksinkertaisia menetelmiä muiden, mutta vielä hyväksyttävien ominaisuusyhdistelmien saamiseksi. Erikoisesti tämä tavanomainen menetelmä vaatii liuotuskäsittelyn erittäin korkeissa lämpötiloissa useiden tuntien ajan ja tämä on tärkeä tekijä hinnanmuodostuksessa ja siten on pyritty tämän käsittelyn poistamiseen. Kaikilla näillä pyrkimyksillä on yhteinen tavoite, nimittäin, että valssauslaitoksen poistopäässä langan lämpötila olisi vielä niin korkea, että metalliseoksen komponentteja ei lainkaan tai vain pieni osa olisi jo saostunut niin, että valssilangat voidaan jäähdyttää suoraan valssauslaitoksen poistopäässä ja siten, suurimman osan seoksen komponenteista ollessa vielä liuenneina, ne voivat ottaa osaa myöhempään saostuskovettamistapahtumaan. Täten on ehdotettu erittäin korkeiden tulolämpötilojen käyttöä valssaus-laitokseen tai erittäin suurta läpikulkunopeutta valssilaitoksessa tai välikuumennusta valssausvaiheiden välillä. Ensimmäisessä tapauksessa materiaali on liian pehmeää valssattavaksi kiderakeiden välissä olevien vielä nestemäisten eutektisten yhdisteidne vuoksi, toisessa tapauksessa nopeus on liian suuri käytettäväksi yhdessä jatkuvatoimisen valupyörän kanssa tai valssilaitoksen syöttöjärjes-telmän kanssa ja kolmannessa tapauksessa välikuumennus monimutkaistaa valssausvaihetta.

4 69648

Yleisesti sanoen, ottamatta lukuun halutun tuotteen ominais-muotoa tai käytettyä määrättyä metalliseosta, tämän keksinnön kohteena on menetelmä seostamalla kovetettavan ei-rautapitoisen Al-Mg-Si-metalliseoksen muovaamiseksi valssilangan muotoon, joka soveltuu käytettäväksi lähtöaineena sähköjohdinlankojen vetämiseen. Tämä menetelmä antaa uusia mahdollisuuksia ominaisuuksien yhdistelmien saamiseksi, joita ei aina saada yksinkertaisella tavalla nykyisin käytettävien käsittelyjen avulla. Tarkemmin sanottuna, tekniikan tasosta tunnettuihin menetelmiin nähden, joissa ominaisuudet saavutetaan kuumamuovausvaiheen jälkeen, jota seuraavat liuotuskäsittely ja jäähdytys sekä viimeiseksi kylmämuovaus ja vanhennus, on keksinnön kohteena vaihtoehtoisen menetelmän saaminen, jossa ei tarvita mitään liuotuskäsittelyä, erikoisesti sähköjohtimen saamiseksi edellämainitusta Al-Mg-Si-koostumuksesta ja jolloin, määrätyissä tapauksissa, voidaan myös poistaa vanhennuskäsittely, koska vanhen-nuksen antama vaikutus voidaan saavuttaa toisella tavalla.

Alalla ei aikaisemmin ole otettu huomioon, mitä voitaisiin tehdä metalliseokselle jäähdytettäessä se kuumamuovausvaiheen jälkeen ja erikoisesti mitä voitaisiin tehdä "puolikuuma"-alueella olevissa lämpötiloissa. Tämä on alue kuumamuovauslämpötilojen, so. lämpötilojen, joissa rakenne kiteytyy uudestaan sitä muovattaessa ja jäähdytyslämpötilojen, so. lämpötilojen, joissa atomit kiderakenteessa ovat tulleet riittävän liikkumattomiksi muuttomattoman metallograafisen kiderakenteen muodostumiseksi, välillä ottamatta huomioon vanhennusulmiötä. Tämä alue määritellään yleisemmin ja yksityiskohtaisesti myöhemmin, mutta edellä mainittuja Al-Mg-Si-sähköjohdinkoostumuksia varten tämä alue on välillä noin 260-340°C.

Siirtyminen tämän alueen lävitse oli alalla aikaisemmin pelkkää jäähdyttämistä niin, että saatiin välituote, jonka kiderakenteessa oli uudelleenkiteytyneitä rakeita kuumamuovauksen vaikutuksesta ja suurin osa metalliseoksen komponenteista oli ylikyllästy-neessä tilassa. Keksinnössä kiinnitetään huomio kuitenkin siihen, mitä voidaan tehdä tämän alueen sisällä, nimittäin muovaamalla jäähdytyksen sikana. Keksinnössä, riippumatta siitä kuinka metalli-seosta on käsitelty aikaisemmin, on tunnusomaista, että metalli-seokselle suoritetaan nopea esijäähdytys lämpötilasta, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia, lämpötilaan, 11 5 69648 joka sijaitsee puolikuumalla lämpötila-alueella, minkä jälkeen metalliseos välittömästi valssataan samalla nopeasti jäähdyttäen * mainitulta puolikuumalta lämpötila-alueelta jäähdytyslämpötilaan valssausvaiheen poistopäässä, jolloin tämä lämpötila on ainakin 140°C eikä korkeampi kuin 200°C, ja jolloin ainakin mainitun lämpötila-alueen sisäpuolella metalliseosta muovataan ja jäähdytysvai-heessa tapahtuu metalliseoksen komponenttien olennaista saostumista jäähdytyksen ollessa niin nopea, että ei muodostu saostumia, jotka ovat dimensioiltaan yli 1^,um:n. Tämän tuloksena saadussa välituotteessa on määrätty kideraerakenne, joka on osoittautunut sopivaksi hyvien ominaisuuksien saamiseksi kylmämuovauksen ja tarvittaessa vanhennuksen jälkeen.

Tämän alueen sisäpuolella tapahtuvassa muovauksessa kiteytimet muuttavat muotoaan soikeiksi dislokaatioiden kulkiessa kideytimien kautta, jotka tällöin jakautuvat useiksi alirakeiksi, jotka eroavat toisistaan hieman erilaisen sijaintinsa perusteella kidehilassa. Tämä rakenne ei hajoa metalliseosta muovattaessa, koska materiaali on lämpitila-alueella, joka on sen kuumamuovauslämpötilan alapuolella, jossa tämä tapahtuisi. Kun käytetään Al-Mg-Si-metalliseost.a, jossa metalliseoksen komponentit saostuskovetuksessa saostuvat merkittävästi, muodostuu erittäin pieniä saostumia, joita ei voida havaita optisella mikroskoopilla ja jotka pääasiassa kiinnittyvät edellämainittuihin dislokaatioihin. Siten on edullista käyttää seoskomponentteja, jotka huomattavalta osin, esim. vähintäin 5%: sesti, liukenevat metalliseokseen mainitun alueen ylärajalla. Näin on asianlaita edellä mainituissa Al-Mg-Si-sähköiohdinmetalliseok-, sessa.

On edelleen tärkeää, että saatua rakennetta ei tuhota jälkikäteen liiallisen lämpötila-aika-energialisäyksen vaikutuksesta, so. atomien liian suuren liikkuvuuden vaikutuksesta jäähdytysvai-heen loppujakson liian pitkän keston aikana. Siten jäähdytysvai-heen täytyy olla riittävän nopean tämän välttämiseksi ja tätä tarkoitetaan "nopealla" jäähdytysvaiheella. Saostumien muodostuessa jäähdytysvaiheen aikana on tämä vaihe riittävän nopea, jos se on riittävän lyhyt estämään saostumien muodostumisen, joiden koko on suurempi kuin 1^um, lukuunottamatta saostumia, jotka voivat olla 6 69648 muodostuneita aikaisemmin esimerkiksi esijäähdytyksessä tai muo-> vausvaiheessa ja jotka ovat kasvaneet edelleen mitoiltaan suuremmiksi kuin 1^um. Tämän vuoksi nämä seoskomponentit ja suuret saostumat menetetään erittäin hienojakoisia saostumia sisältävä lopullisen rakenteen muodostuessa muovauksen vaikutuksesta puolikuumalla lämpötila-alueella tai lopullisessa vanhennusvaiheessa.

On ilmeistä, että saostumien liiallisten yhteenkasautumisten välttäminen ei riipu pelkästään ajasta tai lämpötilasta, vaan ajan ja lämpötilan yhdistelmästä, mikä antaa riittävästi energiaa pienten saostumien siirtymistä varten kasaumien muodostamiseksi. Samoin on ilmeistä, että 1^,um ei ole absoluuttinen raja, vaan ilmoittaa pelkästään suuruusluokan.

"Puolikuuma" -lämpötila-alue määritellään alueeksi, joka on kuumamuovauslämpötilan alarajan ja kiderakenteen jäähdytyslämpötilan ylärajan välissä. Kuumamuovaus on käsittelyä, jossa kiderankenteen annetaan materiaalin muodon muuttuessa ja sen kovettuessa muovauksen vaikutuksesta palautua uudelleenkiteytymisen vaikutuksesta pehmentyen myöhemmin seuraavaa muovausta varten. Kullekin metalli, seokselle käyttökelpoinen lämpötila-alue kuumamuovausta varten ei ole tarkoin rajattu. Alaraja määräytyy riittävän väliuudelleenki-teytymisen mahdollisuuden mukaan kuumamuovausmuodonmuutosten välillä merkittävän kovettumisen välttämiseksi muovattaessa ja alan asiantuntijat tietävät riittävän hyvin tämän rajan jokaiselle metalliseokselle. Esimerkiksi edellä mainittua Al-Mg-Si-sähköjohdin-metalliseosta varten tämä lämpötilan alaraja kuumamuovauksessa on noin 340°C. Toisaalta kiderakenteen jäähdytyslämpötila on lämpötila, jossa atomien liikkuvuus on niin pieni, että kiderakenne on käytännöllisesti katsoen lukkiutunut omaan tilaansa: atomit, jotka eivät ole poistuneet liuoksesta, muodostavat kidehilan ja säilyvät siivä ylikyllästyneessä tilassa, saostumat pysyvät paikallaan ja dislokaatioiden tila ja muoto säilyy samana ilman uudelleenkotey-tymistä. Määrätylle metalliseokselle eivät jäähdytykseen soveltuvat lämpötilat ole tarkoin rajoitettuja. Yläraja määräytyy atomien riittävän liikkumattomuuden perusteella kiderakenteen liian nopean ja herkän muuttumisen estämiseksi vanhennusilmiötä lukuun-

II

7 69648 ottamatta ja alan asiantuntijat tietävät riittävän hyvin tämän rajan jokaiselle metalliseokselle. Esimerkiksi edellämainittua Al-Mg-Si-sähköjohdimetalliseosta varten tämän yläraja jäähdytystä varten on noin 260°C.

Kuten edellä on mainittu, jos kiderakennetta muovataan tämän puolikuuman lämpötila-alueen sisällä, mutta jos tarvitaan liian pitkä aika sen jälkeen jäähdytyslämpötilan saavuttamiseksi, niin tämä rakenne tuhoutuu. Tätä aikaa käytetään metalliseoksen muovauksen jatkamiseen. Ensimmäisessä tapauksessa voidaan metalliseosta silloin muovata koko mainitun nopean jäähdytysvaiheen keston ajan.

Kun jäähdytyslämpötila on saavutettu, voidaan kiderakenne jäähdyttää edelleen huoneen lämpötilaan vanhentaen tai vanhentamatta ja tuote on sitten valmis seuraavaa kylmämuovausta varten haluttuun muotoon.

Edullinen määrätty kiderakenne saadaan jäähdytysvaiheessa mainitun puolikuuman lämpötila-alueen sisällä riippumatta siitä, mitä edellä on tapahtunut. On kuitenkin edullista, jos valssaus tällä alueella voi alkaa metalliseoksen komponenttien mahdollisimman suuren määrän ollessa liuenneina niin, että niitä ei menetetä liian aikaisen saostumisen vuoksi, joko edelläesitettyä saostumista varten tällaisen muovauksen aikana tai sen jälkeen vanhennusta varten. Mainittua jäähdytysvaihetta edeltää esijäähdytysvaihe lämpötilasta, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on verrattain suuri, siis lämpötilasta, jossa vähintäin puolet saostuskovettumiseen osallistuvien metalliseoksen komponenttien määrästä on liukenevia. Edellämainittua Al-Mg-Si-sähköjohdinmetalliseosta varten tämän alueen alaraja on noin 470°C. On edelleen ilmeistä, että tämän esijäähdytysvaiheen täytyy olla riittävän nopean, muuten nämä metalliseoksen komponentit saostuvat ennen muovauksen alkamista mainitun keskikuuman lämpötila-alueen sisällä. Edullisesti metalli-seosta kuumamuovataan tämän esijäähdytysvaiheen aikana.

Yleensä tämä esijäähdytysvaihe seuraa välittömästi ensimmäistä kuumamuovausvaihetta ja edullisesti, metalliseoksen komponenttien maksimimäärän sälymiseksi liuenneena, alkulämpötila tällöin on lämpötila, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on huomattava ja jolloin lämpötila säilyy alueella, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on huomattava.

8 69648

Valssilankojen valmistuksessa käsittelyolosuhteet alkukuu-mamuovausvaiheessa, esijäähdytysvaiheessa ja jäähdytysvaiheessa jäähdytyslämpötilaan voidaan saada aikaan suulakepuristuksen tai valssauksen avulla, vaikkakin valssaus on suositeltava.

Nämä kolme käsittelyvaihetta voidaan sitten suorittaa yhtenä vaiheena saman, jatkuvatoimisen monisyöttöisen valssilaitoksen sisällä, jolloin alkuyksiköt huolehtivat alkukuumamuovauksesta, väliyksiköt valssauksesta alkujäähdytysvaiheessa ja loppuyksiköt valssauksesta jäähdytysvaiheessa jäähdytyslämpötilaan. Aikayksiköissä alkukuumamuovausta varten ei tarvita kovinkaan paljon jäähdytystä metalliseoksen komponenttien maksimimäärän pitämiseksi liuenneena ja jopa välikuumennusta voidaan käyttää, kun taas väli-ja loppuyksiköissä on edullista suorittaa jäähdytys nopeasti edelläesitetyistä syistä. Tästä syystä jatkuvatoimisessa monisyÖt-tövalssilaitoksessa voidaan erottaa kaksi osaa: alkuosa alkukuuma-muovausvaihetta varten, jolloin valssausyksiköiden jäähdytys pidetään minimissään ja jolloin voidaan käyttää jopa välikuumennusta lämpötilan pitämiseksi lämpötilassa, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on huomattava ja loppuosa esijäähdytydvaihetta ja välittömästi seuraavaa jäähdytysvaihetta varten jäähdytyslämpötilaan, jolloin valssiyksiköiden jäähdytys on erittäin voimakas niin, että nämä jäähdytysvaiheet ovat riittävän nopeita edelläesi-tetyistä syistä: liian suuren saostumisen välttämiseksi ja määrätyn metallograafisen kiderakenteen saamiseksi ilman mahdollisuutta uudelleenkiteytymisen. Tällä tavalla saadaan hyvän metallografisen kiderakenteen omaavia valssilankoja vetämistä varten langaksi ilman välikuumennusvaihetta ja haluttaessa vanhennuksen seuraamana. Valssilaitokseen saapuva tuote voi olla joko tanko tai harkko, mutta on se edullisesti jatkuvatoimisesta valukoneesta poistuva jatkuva lanka. Tällä tavalla menetetään mahdollisimman vähän lämpöenergiaa ja metalliseoksen komponentit ovat suurimmaksi osaksi liuenneina.

Jos lanka pyrkii jäähtymään liian paljon tai jos halutaan pitää mahdollisimman paljon metalliseoksen komponenteista liuenneina, voidaan lankaa kuumentaa sen siirtyessä valssilaitosta kohden, mutta saavuttamatta sulamislämpötilaa, nimittäin lämpötilaa, jossa eutektiset yhdisteet kideyttimien pinnoilla alkavat pehmentyä, mikä estää tehokkaan valssauksen. Lanka voi läpimitaltaan olla pyöreä.

9 69648

Keksintö soveltuu erikoisesti valssilankojen valmistamiseen edellämainittua koostumusta olevasta Al-Mg-Si-sähköjohdinmetalli-seoksesta. Alan aikaisempia menetelmiä seuraten metalliseoksen jatkuvan valun jälkeen jähmettyneen jatkuvan langan muodostamiseksi, joka poistuu valupyörältä lämpötilassa, jossa metalliseoksen komponentit ovat vielä liuenneina, tätä lankaa syötetään jatkuvasti ja välittömästi kohti monisyöttöistä, jatkuvatoimista valssilaitosta, jossa voidaan eroittaa kaksi osaa. Ensimmäisessä osassa, jossa langan poikkikeikkaus pienennetään , edullisesti noin puolessa läpikuluista, käytetään jäähdytystä erittäin vähän liiallisen saostumi-sen välttämiseksi, koska ensin muodostuneilla saostumilla on enemmän aikaa kasaumien muodostamiseen ja siten lämpötila pidetään lämpötilassa, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on huomattava ja joka tätä metalliseoskoostumusta varten on vähintäin 470°C. Toisessa osassa jäähdytys on voimakas niin, että lämpötila muuttuu välittömästi lämpötilasta, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on huomattava, jäähdytyslämpötilaan, joka tätä metalliseoskoostumusta varten on pienempi kuin 260°C. Tällöin lämpötila siirtyy puolikuuman lämpötilaalueen lävitse, jossa edellä esitetty kiderakenne muodostuu ja alenee edelleen metalliseosta jatkuvasti muovattaessa jäähdytyslämpötilaa kohti. Mainitun puoli-kuuman lämpötila-alueen alapuolella tapahtuu lopullisen valssauksen tarkoitus on suorittaa kylmämuovaus ennen vetoa, mutta tärkeä kohta on, että kiderakenne on riittävästi jäähtynyt niin, että määrättyä osarakeiden muodostamaa kiderakennetta ei tuhota. Täten saadun valssilangan, jonka läpimitta yleensä on 7-10 mm, metallograafinen kiderakenne on sopiva jatkovetoa ja hyväksyttävien ominaisuuksien saamista varten ilman, että tarvitaan käyttää väliliuotuskäsittelyä.

Nopea jäähdytys lopullisten läpikulkujen yli on jäähdytys 470°C yläpuolella olevasta lämpötilasta 260°C alapuolella olevaan lämpötilaan niin, että jäähdytyksen täytyy olla suuremman kuin 210°C viimeisten läpikulkujen aikana. Keskimääräinen jäähdytysnopeus on tällöin suurempi kuin 50°C sekunnissa. Valssilaitokseen saapuva metalliseos on edullisesti jatkuvasti valettua lankaa, mutta voi se olla myös tankoa tai muun muotoista ja valetulle langalle voidaan myös sen poistuessa valupyörältä valssilaitokseen suorittaa väli-kuumennus .

10 69648

Neljä näytettä tätä metalliseosta on käsitelty. Kaikki neljä, poistuttuaan jatkuvasta valusta langan muodossa, jonka paksuus on 40 mm, saapuvat noin 500°C lämpötilassa jatkuvatoimiseen 13-syöt-töiseen valssilaitokseen josta ne poistuvat ,5 mm läpimittaisina valssilankoina. Valssilankojen poistumisnopeus valssilaitoksesta on 3 metriä sekunnissa. Jäähdytysnäissä neljässä tapauksessa on kuitenkin erilainen: kolmea ensimmäistä näytettä varten valssilai-toksen 6 ensimmäisessä läpikulussa käytetään erittäin vähän jääh- 3 dytysnestettä, noin 5 m tunnissa niin, että kuudennesta läpikulusta poistuvan langan lämpötila on noin 480°C. Seitsemän viimeisen läpikulun aikana on jäähdytysnesteen kulutus erilainen aina

O

30 m“:iin asti tunnissa halutusta poistolämpötilasta riippuen, joka on 140°C, 180°C ja 250°C vastaavasti kolmelle näytteelle n:ot 1, 2 ja 3. Nämä valssilangat kelataan sitten lähtöaineeksi kylmä-vetoa varten ja vanhennetaan jälkikäteen. Neljättä näytettä käsitellään tavanomaisella tavalla: valssataan noin 500°C lämpötilasta 3 käyttäen yhtäsuuria määriä jäähdytysnestettä, noin 10 m tunnissa kaikkia läpikulkuja varten niin, että langan poistumislämpötilaksi saadaan noin 350°c. Näille valssilangoille suoritetaan sitten kelauksen jälkeen liuottamiskäsittely uunissa 530°C lämpötilassa 10 tunnin aikana ja jäähdytetään sitten välittömästi nopeasti huoneenlämpötilaan näytteen n:o 4 saamiseksi jonka läpimitta on myös 9,5 mm.

Nämä neljä näytettä vedetään sitten ilman välilämpökäsittelyä noin 3,05 mm läpimittaisen langan saamiseksi ja niille suoritetaan sitten vanhennuskäsittely 145°C lämpötilassa 10 tunnin aikana.

Seuraavissa taulukoissa I-II esitetyissä tuloksissa merkinnällä "WR" esitetyt arvot ovat arvoja, jotka on mitattu valssilangoista ennen vetoa, arvot "AD" ovat arvoja, jotka on mitattu langasta vedon jälkeen ja ennen vanhennusta ja arvot Ai, A3-A10 ovat arvoja, jotka on mitattu vedetystä langasta 1 tunnin, 3 tunnin ja aina 10 tuntiin asti tapahtuneen vanhennuksen jälkeen van-hennuskäsittelyn vaikutuksen osoittamiseksi.

6964 8 — lm uv uv r— i— cm ___ », i

yO -«7 ’Vt' <D

° ' ' * 1 CM C\l O r-

^ uv UV CD O Ί 1Λ O

^ r- ^

•H „ 0. ^3 r O ^ C\J

-P ^ KV CD ^ i kv KV CM KV

(/} i H“>, C\J ( '

S 1 uv vTV crv i ; I

% ^ ^ ! ; I

3 vO UV ^ CO I KV kJ- vo ^ !

•P i yo KV VO O

(Λ I I I I σν - ·> * ·>

(Tj ¢7^ -aj t— O CTv CM

> ; <| -H- CJ\ M" KV KV CM KV

CM ^7 KV CM

<c I ► ► » » m KV (O vf ----

Π3 KV KV CM KV

!' uv ....."I «- σν o σν uv t^- f— mv uv τ- K ' · » [— >»>·.

VO LTV k}- CO *4 *- O C7V CM

-P KV KV CM KV

0) t— I l l l m «4 o Ή" kv uv -v7 ____________ t— vo vo kv

5 ^ KV CO KV O r- CD CJV

Ti f KV KV CM KV o t-— f- i- 3 iTT trv uv ►

•5 CM t~- «fl CM O C3V CM

>1 ·- KV KV CM KV

<h r— ltv uv r*— I I I I--

0« LTV

< ω cm T- r— :m irvOi-O g σν co cd cm £ ---* m T- cd vo F. -m- av kv .V kv · « ·> *

P KV KV CM kv ^ «4 cm O σν CM

Φ 00 CD UV g KV KV CM KV

s. * * » g ^ MO UV H" CO c ^ KV I | | | ft

| ) «jj *H

CO CM r- T- E MO t— UV CD

CM V}- CO T- uv Op VO O CD σν E ·>·»·>·> O ] t— ·.».»».

g KVKVOVCM <*j CM <" OV CM

\ KV KV CM KV CO KV KV CM KV

04 -----------------; O

^ cd co irv I o * *· * CO ------—— CO UV M- -7 t~- «j 3 I I I I > σν KV uv vo P T- m O CM σν uv rt -eri ^7 O CTv vo ·Ρ a-·.-·.

C3 vo O uv CM <0 -a; kV Ca CJV kv

,H ·>««·> C KVKVCMKV

O 1- -<4- CTV 4- -H

4J KV KV CM KV £ Φ , -ΰν ΰν O 1 ^ ^ ^ » ! crv o K7 vo H · · · · H ! g °° ~ Ί ^ o -3 σν co cm uv n SvivivKv

2 t— σν uv t~- 2 KV KV KV KV

2 *“·“- 3 q o o CO q----

pH KV KV KV CM ^P

P uv r— vo cm 3 (0 (Ό j

EH I I I I EH

g !

» VO CM t— CU

KV CM UV UV -p * _r *“ >1 kv co vo t :cÖ4— cmkv-vJ- CM CM CM t— 2 Φ

-P

>1 rH CM ra :cö ' 2 69648

Taulukossa I näyte n:o 1 vastaa lähinnä tavanomaista näytettä n:o 4. Tässä tapauksessa on kuitenkin tärkeää se, että ensiksi 2 laatuvaatimukset ESE 78 (R>33 kp/mm ja A > 4%) saavutetaan ilman kallista liuottamiskäsittelyä. Edelleen voidaan havaita, että näytteessä n:o 2 ei vanhennus muuta enää mekaanisia ominaisuuksia niin, että tässä tapauksessa voidaan se myös jättää pois. Tämä aiheutuu vanhennuksen vaikutuksesta osaraerakenteeseen jäähdytettäessä kelalla edelleen huoneenlämpötilaan niin, että muuta vanhennusta ei tarvita. Tämä antaa sen edun, että nämä valssilangat valssauksen jälkeen ja odotettaessaan vetokäsittelyn suorittamista joskus viikkojakin eivät enää ole alttiita luonnolliselle vanhentumiselle niin, että ominaisuudet toimitettaessa ovat samat kuin valmistuksen jälkeen. Tämä poistaa joskus tarpeen välivanhennuksen suorittamiseksi langalle valmistuksen jälkeen. Tarkasteltaessa lopuksi taulukkoa II voidaan havaita, että sähkönjohtokyky on noin 5% suurempi, mikä mahdollistaa 5%:n materiaalisäästön.

Taulukosta II voidaan edelleen havaita, että näytteen n:o 3 sähkönjohtokyky on kaikkein parhain. Jos vetolujuuden arvo on vähemmän merkittävä, voidaan prosessia säätää tällaisen tuotteen saamiseksi. Näytteelle n:o 3 jäähdytys valssilaitoksen toisessa osassa on hitaampi ja osaraemainen rakenne tuhoutuu pieneltä osalta ja saostumat voivat kasvaa hieman suuremmiksi ja tämä selittää huonot mekaaniset ominaisuudet ja hyvän sähkönjohtavuuden.

Näytteelle n:o 1 jäähdytys toisessa osassa oli erittäin nopea. Tällöin vain osa metalliseoksen komponenteista voi saostua halutulla tavalla, mutta toinen osa jää ylikyllästettyyn tilaan. Tämä on syy siihen, miksi tämä näyte voidaan vielä vanhentaa. Tällöin käytetään hyödyksi osaksi tavanomaista menetelmää ja osaksi keksinnön antamia etuja, jolloin saavutetaan mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien erittäin edullinen yhdistelmä eikä siitä huolimatta tarvita lopullista vanhennusvaihetta sekä vältytään kalliilta liuottamiskäsitte-lyvaiheelta.

Keksinnön mukainen menetelmä antaa tällöin hyvän tavan säätää erilaisten ominaisuuksien yhdistelmien muodostumista halutun sovellutuksen mukaan sähköisiin tarkoituksiin. Edullinen poistolämpö-tila valssilaitoksesta on vähintään 140°C ja korkeintaan 200°C, kuten näytteissä 1 ja 2, jolloin saavutetaan vetolujuuden ja sähkönjohtokyvyn optimiyhdistelmä.

li 13 69648 Näytteiden 1 ja 2 yhteydessä on mainittu, että näyte 1, jota muovattiin jäähdytettäessä 140°C lämpötilaan, oli vielä osaksi yli-kyllästyneessä tilassa. Kylmävedettäessä jälkeenpäin seuraava van-hennuskäsittely 145°C:ssa 10 tunnin aikana osoittaa selvästi metalliseoksen komponenttien saostumisen vaikutuksen ylikyllästetyssä tilassa. Vanhennusvaikutus voidaan saavuttaa kuitenkin nopeammin korvaamalla kylmäveto ja vanhennuslämpökäsittely vanhennuslämpöti-lassa välillä 135-155°C:ssa suoritetulla vedolla. Mekaanisen käsittelyn vaikutus sinä aikana, kun lanka on vanhennuslämpötilassa, on se, että vanhennus tapahtuu nopeammin ja on täydellinen jäähdytyksen päätyttyä vedon jälkeen. Tämä sallii myös pitkän vahennusläm-pökäsittelyn poistamisen.

Näytteessä 2 kuitenkin muovattaessa jäähdytyksen aikana 180°C lämpötilaan metalliseoksen komponentit saostuvat käytännöllisesti katsoen kaikki erikoiseen osarakenteeseen, muovauksen aikana ja myös vahennuksen vaikutuksesta kelalla, jolloin näyte jäähtyy edelleen huoneenlämpötilaan. Kylmävedettäessä jälkeenpäin seuraava vanhen-nuskäsittely ei osoita mitään vanhennusvaikutusta, koska saostumat ovat kiinnittyneet koderakenteeseen. Lisävanhennus on kuitenkin mahdollista haluttaessa paremman taottavuuden tai sähkönjohtokyvyn saamiseksi vetämällä vahennuslämpötilassa kuten näytteelle 1.

On myös mahdollista saada vaihtoehto näytteelle 2, muovaten edelleen jäähdyttäen 180°c lämpötilaan, mutta jolloin valssilaitok-sen poistopäätä jäähdytetään nopeasti edelleen 100°c:n alapuolelle hitaan jäähdytyksen asemasta kelalla huoneenlämpötilaan. Tämän tuloksena on, että vältytään mahdolliselta vahennusvaikutukselta hitaan jäähdytyksen aikana kelalla ja vanhennustila on vähäisempi. Tällainen vähemmän kehittynyt tila voidaan saada myös muovaamalla jäähdyttäen 180°C yläpuolella olevaan lämpötilaan mutta jäähdyttäen sitten nopeammin, koska vanhennustila riippuu atomien liikkuvuudesta (tai lämpötilasta) ja ajasta, jonka atomit voivat liikkua. Kun tällaista, vähemmän vanhentuneessa tilassa olevaa näytettä vedetään vanhennuslämpötilassa, on tuloksena, että vanhentuminen etenee edelleen, mutta vähemmän kehittyneeseen tilaan kuin näyte 2.

14 69648

Siten voidaan päätellä, että suoritettaessa vetöminen vanhen-nustilassa, edullisesti välillä 140-150°C olevassa lämpötilassa jäähdytettäen tai jäähdyttämättä etukäteen, saadaan lisämahdollisuuksia metalliseoksen ominaisuuksien yhdistelmien muuttamiseksi haluttaessa.

Kuten jo on mainittu, edellämainitun Al-Mg-Si-metalliseoksen lämpötila sen syötössä ja alkukuumamuovauksen tai kuumamuovausvai-heen aikana on sen lämpötilan yläpuolella, jossa metalliseoksen komponenttien liukoisuus on huomattava, mikä tälle metalliseokselle on noin 470°C, vaikkakaan tämä ei ole absoluuttinen raja ja riippuu koostumuksen tarkasta kokoonpanosta. Esimerkiksi eri koostumuksille täydellinen liukeneminen tai homogenisoituminen saavutetaan seu-raavissa lämpötiloissa: 0,6% Mg ja 0,6% Si: 520°C; 0,6% Mg ja 0,4%

Si: 500°C; 0,4% Mg ja 0,6% Si: 490°C; 0,4% Mg ja 0,4% Si: 470°C. Kuumaan metalliseoksen saapuessa edullisessa lämpötilassa, 500-530°C, suurin osa metalliseoksen komponenteista on vielä liuenneina ilman vaaraa metalliseoksen sulamiseksi. Lämpötila saa todella olla korkeintaan 550°C, koska eutektiset yhdisteet Al-Mg^-Si ja Al-Si-Mg2Si jähmettyvät vain 585°C ja 550°C lämpötilassa vastaavasti.

Valssilangat poistumisensa jälkeen valssilaitoksesta ovat yleensä valssattuja lankoja, joiden lämpömitta on 7-10 mm ja joiden kiderakenteessa on pitkänomaisia rakeita valssauksesta johtuneina jakautuneina osarakeiksi, joiden rajapinnat muodostuvat dislokaatioista, kuten edellä on esitetty. Kun metalliseoksen komponentteja käytetään saostamiseen, sisältyy näitä alkuaineita metalliseokseen vähintäin 20, 30 tai 50% pieninä saostumina, joita ei voida havaita optisella mikroskoopilla tai ne ovat pienempiä kuin 1^um, koska suuremmat saostumat häviävät ominaisuuksia parannettaessa.

Valssauksen ei välttämättä tarvitse olla jatkuvaa valssausta jatkuvan valun jälkeen. Voidaan esimerkiksi käyttää valssausta, joka alkaa raakatangon tai valssilangan ohentamisella ja jolloin siten muodostetut langat hitsataan päistään yhteen niiden poistuessa tästä valssausvaiheesta ja siten muodostettua pitkää lankaa voidaan sitten syöttää jatkuvasti useita läpäisyvaiheita käsittävään jatkuvatoimiseen valssilaitokseen.

Claims (12)

15 69648

1. Menetelmä säestämällä kovetettavan ei-rautapitoisen Al-Mg-Si-metalliseoksen muovaamiseksi valssilangan muotoon, joka soveltuu käytettäväksi lähtöaineena sähköjohdinlankojen vetämiseen, tunnettu siitä, että metalliseokselle suoritetaan nopea esijäahdytys lämpötilasta, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia, lämpötilaan, joka sijaitsee puolikuumalla lämpötila-alueella, minkä jälkeen metalliseos välittömästi valssataan samalla nopeasti jäähdyttäen mainitulta puolikuumalta lämpötila-alueelta jäähdytyslämpötilaan valssausvaiheen poistopäässä, jolloin tämä lämpötila on ainakin 140°C eikä korkeampi kuin 200°C, ja jolloin ainakin mainitun lämpötila-alueen sisäpuolella metalliseosta muovataan ja jäähdytysvaiheessa tapahtuu metalliseoksen komponenttien olennaista saostumista jäähdytyksen ollessa niin nopea, että ei muodostu saostumia, jotka ovat dimensioiltaan yli 1 ym:n.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että metalliseos valssataan lämpötilasta, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia, mainittuun valssausvaiheen poistopäässä vallitsevaan lämpötilaan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen kuin metalliseokselle suoritetaan nopea jäähdytys lämpötilasta, jossa sen komponentit ovat olennaisesti liukoisia, metalliseokselle suoritetaan alustava kuuma-muovausvaihe, jolloin sen lämpötila pysyy alueella, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alustava kuumamuovausvaihe suoritetaan valssaamalla jatkuvasti metalliseosta samassa moniprofiilivalssaus-koneessa, jossa voidaan erottaa kaksi osaa, jolloin ensimmäisessä osassa, jossa suoritetaan alustava kuumamuovausvaihe, metalliseoksen jäähdytys on riittämätön metalliseoksen lämpötilan saattamiseksi sen lämpötilan alapuolella, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia, ja toisessa osassa metalliseos nopeasti jäähdytetään jäähdytyslämpötilaan. ie 69648

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen mainittua alustavaa kuumamuovaus-vaihetta metalliseos jatkuvasti valetaan tangoksi, joka jatkuvasti liikkuu kohti jatkuvatoimisen moniprofiilivalssaimen sisääntuloa lämpötilassa, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, t u n n e t t u siitä, että mainittua tankoa kuumennetaan sen kulkiessa valssauskoneeseen niin, että sulamispistettä ei saavuteta.

7. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytyksen ja valssaus-koneesta poistumisen jälkeen metalliseosta kylmämuovataan käyttämättä välikuumennusvaihetta.

8. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Al-Mg-Si- metalliseos käsittää 0,3-0,9 % magnesiumia, 0,25-0,75 % piitä, 0-0,60 % rautaa, loppuosan ollessa alumiinia ja epäpuhtauksia, jolloin mainittu puolikuuma lämpötila-alue on 340-260°C ja sen lämpötila-alueen, jossa metalliseoksen komponentit ovat olennaisesti liukoisia, alaraja on 470°C.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen mainittua kuumamuovausvaihetta metalli-seos jatkuvasti valetaan tangoksi, jolloin mainittu tanko liikkuu kohti jatkuvatoimisen moniprofiilivalssaimen sisääntuloa lämpötilassa 500-530°C.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytyksen ja valssauskoneesta poistumisen jälkeen metalliseosta vedetään lämpötilassa 135-155°C.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metalliseoksen poistuessa valssauskoneesta se välittömästi jäähdytetään nopeasti alle 100°C:n lämpötilaan.

12. Al-Mg-Si-netalliseoksesta koostuva valssilanka,joka soveltuu käytettäväksi lähtöaineena sähköjohdinlankojen vetämiseen, tunnettu siitä, että sen metallografisessa rakenteessa kiteet ovat jakautuneet edelleen alakiteiksi kiteissä tapahtuneiden dislokaatioiden vaikutuksesta ja metalliseoksen komponentit ovat ainakin 50%risesti dimensioiltaan alle 1^um olevien saostumien muodossa. 17 69648