NL7909048A

NL7909048A - Werkwijze voor het behandelen van een door precipitatie hardbaar nonferromateriaal.

Info

Publication number: NL7909048A
Application number: NL7909048A
Authority: NL
Original assignee: Franco Belge Laminoirs
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1980-06-17
Also published as: GB2046783B; IT1120898B; IT7951065A0; AU532448B2; NL185413B; ATA789779A; CA1151512A; MX153929A; FI793886A; FI69648B; FR2444085A1; GB2046783A; NO155733C; DK531579A; BE880622A; ZA796576B; OA06420A; ES486912A1; GR69310B; DK157941C

Description

-1- » 793542/Ke/cd

Aanvraagster: Société Pranco-Belge des Laminoirs et Tréfileries d'Anvers "Lamitref" te Hemiksen, België.

Xitel: Werkwijze voor het behandelen van een door precipitatie hardhaar nonferro-materiaal.

Boor Aanvraagster wordt als uitvinder genoemd: Leo CLOOSTEEMANS

Be uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behandelen van een door precipitatie hardhaar nonferro-legering.

Onder een nonferro-legering wordt hier een legering verstaan waarin het kristalrooster voor het grootste gedeelte, bijvoorbeeld minstens 5 voor 85%, wordt gevormd door atomen van eenzelfde nonferro-metaal, zoals koper of aluminium. Men zegt dat de legering "door precipitatie hardhaar is" wanneer het legeringselementen bevat die het kristalrooster kunnen oververzadigen wanneer de legering wordt afgeschrikt vanaf een temperatuur waarbij deze elementen in de lege-10 ring zijn opgelost, en die naderhand uit het kristalrooster kunnen worden geprecipiteerd door middel van een verouderingsbehandeling bij een matige temperatuur, om zo harding door precipitatie te veroorzaken, zoals in deze techniek bekend is. Een typisch voorbeeld is de legering van Al-Mg-Si voor elektrische geleiderdraden, met 15 een samenstelling van 0,5 tot 0,9% magnesium, 0,25 tot 0,73% silicium, 0 tot 0,60% ijzer, terwijl de rest gevormd wordt door aluminium en verontreinigingen (d.w.z. elementen in een hoeveelheid van minder dan 0,05%)· Hoewel de uitvinding beschreven zal worden in verband met deze legering voor elektrisch geleiderdraad is het 20 duidelijk dat de uitvinding daartoe niet beperkt is maar ook kan worden toegepast op andere legeringen die door precipitatie kunnen worden gehard.

Om aan de legering de vorm van een gewenst produkt te geven wordt deze legering in het algemeen warm en/of koud bewerkt.

25 Warm bewerken geschiedt bij een temperatuur waar de struktuur kan herkristalliseren naarmate het materiaal wordt bewerkt, terwijl koud bewerken een bewerking is beneden die temperatuur. Het is ook gewenst dat het eindprodukt bepaalde optimale eigenschappen verkrijgt, d.w.z. een hoge treksterkte in kombinatie met een aanvaardbare koude 50 bewerkbaarheid, maar met de bestaande mechanische behandelingen en warmtebehandelingen zijn deze kombinaties van eigenschappen niet steeds te verenigen, en de behandelingen voor het verkrijgen van 7909048 > -2 - "bepaalde komMnaties zijn niet steeds eenvoudig. De problemen in dii verband zullen besproken worden aan de hand van de vervaardiging van elektrisch geleiden**· draad dat bestaat uit de bovengenoemde legering, waarvoor de specifikaties zeer streng zijn in verband met een mini-5 male treksterkte, ductiliteit en elektrische geleidbaarheid in kombi-natie, en waar er geen grote keuze is in de processen om aan deze specifikaties te voldoen. Het is echter duidelijk dat de uitvinding gebruikt kan worden voor andere vormen en legeringen ter verkrijging van bepaalde kombinaties van eigenschappen.

10 Gewoonlijk wordt de vervaardiging van een draad van een elektrisch geleidende legering op conventionele wijze uitgevoerd in een aantal stappen. Eerst wordt de legering, ofwel na kontinu gieten op een gietwiel, ofwel in de vorm van diskontinu gegoten staven, binnengevoerd in een walswerk en op warm-bewerkingstemperatuur is van or-15 geveer 490 tot 520°G, om aan het uiteinde van de walsstraat walsdraad te verkrijgen met een middellijn van 5-20 mm, meestal tussen 7 en 12 mm. Tijdens het walsen is de legering echter afgekoeld tot ongeveer 550°G. Dit betekent dat het grootste gedeelte van het magnesium en-het silicium, die ingebracht waren om een hardingsbehandeling door preci-20 pitatie te kunnen uitvoeren aan het einde van de vervaardiging, reeds voortijdig is geprecipiteerd en voor het harden verloren is.

Om deze reden is de tweede stap in de fabrikage een oplos-singsbehandeling na het walsen. Spoelen met walsdraad worden zo gedu-rende een aantal uren in een oven gehouden op een temperatuur van 5QC 25 & 520°G om de precipitaten weer in het kristalrooster op te lossen.

Onmiddellijk daarna worden de spoelen met walsdraad, bij de temperatuur van de oplosbehandeling, afgeschrikt tot een temperatuur benedec 2Ó0°C, waarbij de struktuur zich verstart in een toestand waarbij de zich in oplossing bevindende legeringselementen in onverzadigde op-30 lossing blijven in het kristalrooster. Deze afschriktemperatuur is meestal kamertemperatuur. Vervolgens wordt het walsdraad koud getrokken, hetgeen een hoge treksterkte geeft maar de koude bewerkbaarheid (ductiliteit) tot een onaanvaardbare waarde terugbrengt. Om deze reden wordt het draad, na het trekken, onderworpen aan een verouderings-35 behandeling met precipitatieharding, door het draad gedurende enkele "uren te houden op een temperatuur van ongeveer 145°C. Dit brengt de 7902048 ♦ - 3 - ductiliteit op een aanvaardbare waarde, met een aanzienlijke verbetering van de treksterkte, omdat het verlies als gevolg van het achter worden van de koudvervormde struktuur grotendeels wordt gecompenseerd door de precipitatieharding. Dit is de reden waarom de legeringselementen 5 zoveel mogelijk in oplossing moesten blijven tot aan het einde, om ze zoveel mogelijk te kunnen laten deelnemen aan de precipitatieharding. Bovendien is deze verouderingsstap, omdat hij zorgt voor het verwijderen van inwendige spanningen door het opnieuw rangschikken van dis-lokaties in de kristalstruktuur en door het uitstoten van de legerings-10 elementen uit oververzadiging, zeer gunstig voor het verbeteren van de elektrische geleidbaarheid, die tijdens het afschrikken en trekken gedaald is als gevolg van de toename van inwendige spanningen.

Br is geprobeerd om meer eenvoudige methoden te verkrijgen terwijl andere, maar nog steeds aanvaardbare kombinaties van eigen-15 schappen worden verkregen. In het bijzonder vereist dit bekende proces een oplossingsbehandeling bij zeer hoge temperatuur gedurende vele uren, en dit is een belangrijke faktor in de kostprijs* zodat dus geprobeerd is om deze behandeling te elimineren. Het gemeenschappelijke doel van al deze pogingen is om te bereiken dat het draad aan de uit-20 gang van de walsstraat nog steeds een zo hoge temperatuur heeft dat geen, of slechts een klein deel, van de legeringselementen reeds geprecipiteerd is, zodat het walsdraad direkt kan worden afgeschrikt aan het einde van de walsbehandeling en dan de meeste van de legeringselementen nog steeds in oplossing zijn en naderhand kunnen deelnemen 25 aan de precipitatieharding. Aldus is voorgesteld om een zeer hoge in-voertemperatuur in de walsstraat te gebruiken, of een zeer hoge door-voersnelheid door de walsstraat, of een tussenliggende verwarming tussen walsstadia. In het eerste geval is het materiaal te zacht om ts walsen als gevolg van enkele nog steeds vloeibare eutectische samen-30 stellingen tussen de kristalkorrels, in het tweede geval is de snelheid te hoog om te worden gebruikt tezamen met een kontinu werkend gietwieL, of een ander systeem voor het voeden van de walsstraat, en in het derde geval wordt het walsen gecompliceerd door de tussenliggende verwarming.

33 De uitvinding beoogt in het algemeen,afgezien van de speci- ale vorm van het produkt dat verkregen moet worden of van de snecifiel- 7909048 - 4 - ke legering die wordt gebruikt, een werkwijze te verschaffen voor het behandelen van door precipitatie hardbare nonferro-legeringen, waardoor nieuwe mogelijkheden worden geleverd voor het verkrijgen van kombina-ties van eigenschappen die met de bestaande behandelingen niet altijd 5 op eenvoudige wijze te verkrijgen zijn. Meer in het bijzonder beoogt de uitvinding, in de gevallen waarin de eigenschappen worden verkregen na een warme bewerkingsstap, gevolgd door een oplossingsbehandel!ïg en afschrikken, en tenslotte een koude bewerking en een veroudering, een alternatieve werkwijze te verschaffen waarbij geen oplossingsbe-10 handeling nodig is, speciaal in het geval van het verkrijgen van elektrische geleiderdraad met de bovengenoemde Al-Mg-Si-samenstelling, en waarbij in bepaalde gevallen, de verouderingsbehandeling overbodig is , omdat het effekt van het verouderen dan op een andere manier wordt verkregen.

15 In de bovengenoemde bekende techniek werd geen aandacht ge geven aan hetgeen met de legering gedaan kan worden bij het afkoelen na het warm bewerken, speciaal aan wat gedaan kan worden in het gebied van de "halfwarme” temperaturen, Dit is het gebied tussen de warmbe-werkingstemperaturen, d.w.z. de temperaturen waar de struktuur her-20 kristalliseert terwijl hij wordt bewerkt, en de afschriktemperaturen, d.w.z. de temperaturen waar de atomen in de struktuur voldoende onbeweeglijk zijn om een onveranderbare metallografische struktuur te hebben, afgezien van verouderingsverschijnselen. Dit gebied zal hierna meer in het algemeen en meer gedetailleerd worden gedefinieerd, maar 25 voor de bovengenoemde samenstellingen van Al-Mg-Si voor elektrisch geleiderdraad ligt dit gebied tussen ongeveer 2éO°C en ongeveer 540°C<

In de bekende techniek werd dit gebied gepasseerd in de voni van zuiver afschrikken, zodat een tussenprodukt werd verkregen dat eeii struktuur had met geherkristalliseerde korrels, aangezien het werd 50 warmgewalst, en met een maximum aan legeringselementen in oververzadigde toestand. De uitvinding recht echter de aandacht op hetgeen binnen dit gebied kan worden gedaan, n,l. het bewerken tijdens het afschrikken. Volgens de uitvinding wordt,onafhankelijk van de vraag hoe de legering tevoren was behandeld, onderworpen aan een snelle afkoelings-55 stap vanaf een temperatuur in het gebied van de halfwarme temperaturer. tot een afschriktemneratuur. waarbi.i minstens ti.idens het gedeelte var.

7909048 - 5 - t 4 de afkoeling binnen het gebied de legering wordt bewerkt. Eet resultaat is dat het nu verkregen tussenprodukt een bijzondere korrelstruk-tuur heeft die goed blijkt te zijn voor het verkrijgen van goede eigenschappen na koude bewerking en, indien nodig, veroudering.

5 Gedurende bewerking binnen het genoemde gebied worden de korrels inderdaad vervormd en nemen ze een langwerpige vorm aan, terwijl de dislokaties door de korrel lopen, die zo wordt verdeeld in eei aantal subkorrels die van elkaar verschillen door een gering verschil in oriëntatie van het kristalrooster. Deze struktuur wordt niet ver-10 nietigd naarmate de legering wordt bewerkt, omdat het materiaal,/opCem temperatuur bevindt in het temperatuurgebied beneden de warmbewerking3-temperatuur waar dit gebeurt. Wanneer, zoals bij voorkeur het geval [is, een legering wordt gebruikt waarin de legeringselementen voor | precipitatieharding voor een aanzienlijk deel precipiteren, d.w.z.

15 voor minstens 3% binnen dit gebied, dan zullen ook zeer kleine preci* pitaten worden gevormd, die onzichtbaar zijn in de optische microscoop, en die bij voorkeur de genoemde dislokaties zullen verankeren. Het verdient dan ook de voorkeur om legeringselementen te gebruiken die ivoor een aanzienlijk deel, d.w.z. voor minstens oplosbaar zijn in 20 jde legering bij de bovengrens van het genoemde gebied. Dit is het geval voor de bovengenoemde Al-Mg-Si-legering voor draad voor elektrische geleiders.

Verder is het belangrijk dat de verkregen struktuur niet naderhand wordt vernietigd onder invloed van een te grote verdere toe·· 25 voeging van temperatuur-tijdenergie, d.w.z. een te hoge beweeglijkheid van de atomen gedurende een te lange tijd van de rest van de afkoe-lingsstap. De stap van het afkoelen moet dan ook voldoende snel zijn om dit te voorkomen, en dit is hetgeen wordt bedoeld met een "snelle" afkoelingsstap. Wanneer tijdens de afkoelingsstap precipitaten worden 30 gevormd zal deze stap voldoende snel zijn wanneer hij voldoende kort is om te voorkomen dat de precipitaten worden gevormd met een afmeting van meer dan 1 micron, afgezien van de precipitaten die eventueel, eerder zijn ontkiemd, d.w.z. tijdens een voorafgaande fase van afkoeling of bewerking, en die verder zijn gegroeid door samengroeiing tot 35 een afmeting van meer dan 1 micron. Dan zijn immers deze legerings- 7905048 _ 6 _ t elementen en grote precipitaten verloren voor de vorming van de uiteindelijke struktuur met zeer fijne precipitaten, die wordt gevormd tijdens bewerking binnen het gebied van halfwarme temperaturen, of naderhand in een laatste verouderingsstap.

5 Het is duidelijk dat het voorkomen van een te grote samen- groeilng van de precipitaten niet een kwestie is van tijd alleen of van temperatuur alleen, maar van een kombinatie van tijd en temperatuur die voldoende energie levert om de kleine precipitaten beweeglijk te maken om te coaguleren» Eveneens is het duidelijk dat de af-10 meting van een micron niet een absolute grens is, maar slechts dient om een orde van grootte te bepalen.

Het gebied van "halfwarme" temperaturen wordt bepaald door het gebied tussen de onderste temperatuurgrens voor warm bewerken en de bovenste temperatuurgrens voor het afschrikken van de struktuur.

13 Warm bewerken is bewerken terwijl men de struktuur de mogelijkheid geeft om, naarmate het materiaal wordt vervormd en de hardheid ervan door de bewerking toeneemt, zich weer te zetten door herkristallisatis zodat het zachter wordt met het oog op de volgende vervormingen waaruit de bewerking bestaat.

20 Voor een gegeven legering is het gebied van bruikbare tem peraturen voor warm bewerken niet strikt begrensd. De ondergrens wordt bepaald door de mogelijkheid van een voldoende tussenliggende herkris tal-lisatie tussen de vervormingen bij de warme bewerking om aanzienlijke bewerkingsverharding te voorkomen, en deze grens is voor elke legering 23 aan de vakman op dit gebied voldoende bekend. Voor de bovengenoemde legering van Al-Mg-Si voor elektrisch geleiderdraden ligt deze onderste temperatuurgrens voor warm bewerken rond 340°C. Anderzijds is een temperatuur voor het af schrikken van de struktuur een temperatuur waarbij de beweeglijkheid van de atomen zo gering is dat de struktuur 30 praktisch vast blijft zitten in de staat waarin hij verkeert: de atomen die nog niet vanuit het kristalrooster uit oplossing verdreven zijn zullen zo in het rooster blijven in oververzadigingstoestand, de precipitaten blijven waar ze zijn, en de staat en de vorm van de dislo-katies blijven zoals ze zijn, zonder herkristallisatie. Voor een ge-35 geven legering is het gebied van bruikbare temperaturen voor afschrik·· 7903048 « __ - Ί - ken niet strikt begrensd. De bovengrens wordt bepaald door een voldoende beweeglijkheid van de atomen om een voldoend snelle en waarneembare wijziging van de struktuur, afgezien van verouderingsverschijnselen, te voorkomen, en deze grens voor elke legering is de 5 vakman op dit gebied voldoende bekend. Voor de bovengenoemde legering van Al-Mg-Si voor elektrische geleiderdraden ligt deze bovengrens voor afschrikken rond 260°C.

Zoals reeds werd vermeld zal de struktuur, wanneer hij wordt bewerkt binnen het gebied van halfwarme temperaturen, maar wanneer 10 het daarna te lang duurt voordat een afschriktemperatuur wordt bereikt, worden vernietigd. Deze tijd kan evenwel worden gebruikt hetzij voor de voortzetting van de bewerking van de legering, hetzij voor afschrikken van de legering, bijvoorbeeld door hem door een afschrik bad te voeren. In het eerste geval kan de legering dan worden 15 bewerkt gedurende de totale tijdsduur van de snelle afkoelingsstap. Wanneer de afschriktemperatuur is bereikt kan de struktuur verder afkoelen tot kamertemperatuur, al of niet met verouderingsverschijnselen, en dan is het produkt gereed voor verdere koude bewerking tot in | de gewenste vorm.

20 I De gewenste speciale struktuur wordt verkregen in de afkoe- | lingsstap binnen het gebied van halfwarme temperaturen, los van hetgeen voordien geschiedt. Het verdient echter de voorkeur dat de bewerking binnen dit gebied kan aanvangen met een maximum aan legerings-elementen in oplossing, zodat deze laatste niet, door voortijdige pre-25 cipitatie, verloren gaan vóór precipitatie op de bovengenoemde manier tijdens deze bewerking, of daarna een verouderingsstap. In het algemeen wordt de legering tevoren warm bewerkt, bijvoorbeeld gewalst of geSxtrudeerd, en wordt er voor de genoemde snelle afkoelingsstap een voorbereidende afkoelingsstap toegepast vanaf een warmbewerkingstem-30 peratuur. Om een maximum aan legeringselementen in oplossing te hebben na deze stap, begint die bij voorkeur vanaf een temperatuur die zo hoog mogelijk is, bij voorkeur een temperatuur van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen, d.w.z. een temperatuur in een gebied waar minstens de helft van de voor precipitatieharding in 35 aanmerking komende legeringselementen oplosbaar zijn. Voor de genoem- 79 0 SO < 8 t _ Q _ de samenstelling van Al-Mg-Si voor elektrische geleiderdraad ligt de onderste grens voor dit gebied rond 470°G. Verder is het duidelijk dat deze voorbereidende afkoelingsstap bij voorkeur voldoende snel zal zijn, omdat anders deze legeringselementen zouden precipiteren 5 vóór het begin van de bewerking binnen het gebied van halfwarme temperaturen. Bij voorkeur wordt de legering tijdens deze voorbereidend!t afkoelingsstap warm bewerkt.

In het algemeen volgt deze stap van voorbereidende afkoeling direkt op een aanvankelijke warmbewerkingsstap, waarvan bij voo: ΓΙΟ keur, om een maximum aan legeringselementen in oplossing te krijgen, de begintemperatuur een temperatuur is van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen, en waar de temperatuur blijft in het gebied voor aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen.

Wanneer men nu een produkt in draadvorm wil verkrijgen kun·· 15 nen de bewegingshandelingen tijdens de aanvankelijke warme bewerkings-stap, de voorbereidende afkoelingsstap, en de afkoelingsstap naar afschriktemperatuur worden verkregen door extrusie of walsen, hoewel walsen de voorkeur heeft. De drie bewerkingshandelingen kunnen dan i de vorm aannemen van een handeling binnen eenzelfde kontinu werkende 20 walsmachine met meedere gangen, waar de eenheden in het begin gekozer, worden voor het aanvankelijk warm walsen, de eenheden in het midden voor walsen in de voorbereidende afkoelstap, en de laatste eenheden voor walsen binnen de afkoelstap naar afschriktemperatuur. In de eenheden aan het begin, die dienen voor de aanvankelijke warme bewerking, 25 is een sterke afkoeling niet wenselijk omdat een maximum aan legeringselementen in oplossing gehouden moet worden, terwijl men tussendoor zelfs kan verwarmen; in de tussenliggende en laatste eenheden is het daarentegen wenselijk om te zorgen voor een snelle afkoeling, om de hierboven gegeven redenen. Het is hierom dat in de kontinu werkende 30 walsstraat twee delen kunnen worden onderscheiden. Aan het begin is een gedeelte bestemd voor de aanvankelijke warme bewerkingsstap, en daar wordt de afkoeling van de walseenheden tot een minimum beperkt gehouden en kan zelfs tussendoor een verwarming worden toegepast, om de temperatuur te houden op een waarde waarbij aanzienlijke oplos-35 baarheid wordt bereikt van de legeringselementen. In het laatste ge-"cLeelte, dat voorbestemd is voor de voorbereidende afkoelingsstap en 7909048 -9 - de onmiddellijk volgende afkoelstap tot aan de afschriktemperatuur, is de koeling van de valseenheden zeer sterk, zodat deze afkoelstap-pen voldoende snel geschieden in de zin die hierboven werd aangegever, ter voorkoming van precipitatie tot te grote afmetingen en om de spe-5 dale metallografische struktuur te verkrijgen zonder de mogelijkheid van herkristallisatie. Op deze wijze wordt walsdraad verkregen met een goede metallografische struktuur voor verder trekken tot draad zonder dat tussendoor een warmtebehandelingsstap moet worden toegepast, waarbij de behandeling indien nodig gevolgd kan worden door veroude-10 ring, Het produkt dat de walserij binnenkomt kan een staaf zijn of een blok, maar zal bij voorkeur een ononderbroken band zijn die een kontinu werkende gietmachine verlaat. Op deze wijze is er een minimaal verlies van warmte-energie en zijn de legeringselementen voor het overgrote deel in oplossing. Wanneer de band te snel zou afkoeler, 15 ! of om een maximum aan legeringselementen in oplossing te houden, kan | de band worden verwarmd op zijn weg naar de walsmachine, maar zonder ! smelttemperatuur te bereiken, n.l. de temperatuur waarbij de eutec- i tische samenstellingen aan de grenzen van de korrels zacht beginnen t% worden, hetgeen goed walsen onmogelijk zou maken. Aan de band kan 20 een ronde dwarsdoorsnede worden gegeven.

He uitvinding is in het bijzonder toepasbaar voor de fa-brikage van walsdraad voor elektrische geleiderdraad van Al-Mg-Si met de bovengenoemde samenstelling. Volgens de bekende techniek kan een band, na kontinu gieten van de legering voor de vorming van zulk 25 een gestolde eindloze band die het gietwiel verlaat bij een temperatuur waar de legeringselementen nog in oplossing zijn, kontinu en on· middellijk gestuurd worden naar een kontinu werkende walsmachine met meerdere gangen, waarin twee delen kunnen worden onderscheiden. In het eerste gedeelte, waar de dwarsdoorsnede van het band wordt verkleind, 30 bij voorkeur in ongeveer de helft van het aantal gangen, wordt de koeling tot een minimum teruggebracht om een al te grote precipitatie te voorkomen, omdat de in het begin gevormde precipitaten meer tijd hebben om te congolmereren, en de temperatuur wordt dus gehouden op een temperatuur van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringsele-33 jnenten, hetgeen voor deze legeringssamenstellingen minstens 470°C is.

7909048 / ‘ —10 -

In het tweede gedeelte is de afkoeling zo sterk dat de temperatuur rechtstreeks overgaat van een temperatuur van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen naar een afschriktemperatuur, die voor deze legeringssamenstellingen beneden 26o°C ligt. Aldus doende doorloapt 5 de temperatuur het gebied van halfwarme temperatuurwaarde, waarin de hierboven beschreven struktuur wordt gevormd, en vindt verder afkoeling plaats terwijl nog steeds wordt bewerkt, tot een afschriktemperatuur. Eet uiteindelijk walsen beneden het gebied van halfwarme temperaturen heeft de funktie van koud bewerken vóór het trekken, maar het 10 belangrijke punt is, dat de struktuur voldoende afgekoeld is om te voorkomen dat de speciale struktuur met een onderverdeling in sub-korrels verloren gaat. Het aldus verkregen walsdraad, in het algemeen met een middellijn van 7-10 mm, heeft een goede metallografische struktuur voor verder trekken en geeft aanvaardbare eigenschappen 15 zonder eerst te moeten onderworpen worden aan een oplossingsbehande-lingc

Wanneer evenwel voortijdige precipitatie niet als schadelijk wordt beschouwd kan de temperatuur van het warmwalsen in het eerste gedeelte lager zijn dan 470°C> maar nog steeds boven 340°C, en dan 20 kan de afkoeling naar het binnentreden van het gebied van halfwarme temperaturen tussen 260°C en 340°C langzaam zijn. De snelle afkoeling in de laatste gangen zal echter bij voorkeur een afkoeling zijn van boven 470°C tot beneden 260°C, zodat er een afschrikking moet optreden voor een afkoeling van meer dan 210°C in de laatste gangen. Dit 25 is een gemiddelde koelsnelheid van meer dan 50°C/sec. De legering die de walsmachine binnenkomt is bij voorkeur een kontinu gegoten band, maar kan ook eémstaaf zijn of een andere vorm hebben, en de gegoten band kan ook, bij het verlaten van het gietwiel in de richting van de walsmachine, tussendoor worden onderworpen aan verwarming.

30 Er werden vier monsters van deze legering behandeld. Alle vier werden ze, na kontinu gieten, in de vorm van een band met een dikte van 40 mm, bij een temperatuur van ongeveer 500°C ingevoerd in een kontinu-werkende walsmachine met dertien gangen, welke ze verlaten in de vorm van draad met een middellijn van 9,5 mm. De uitvoer-35 snelheid van het draad uit de wasmachine is 3 m/sec, In de vier ge-vallen is echter de afkoeling.verschillend._yoor de eerste drie mon- 7909048 —listers verbruiken de eerste zes gangen van de walsmachine een mini-male hoeveelheid koelvloeistof, in de orde van 5 nr/uur, zodat het draad de zesde gang verlaat hij een temperatuur van ongeveer 480°C. Gedurende de laatste zeven gangen worden verschillende hoeveelheden 5 koelvloeistof verbruikt tot 30 nr/uur, in afhankelijkheid van de gewenste uitgangstemperatuur, die gelijk is aan 140°C, 180°C en 250°C voor de drie monsters Ho. 1, 2 resp, 3. Dit draad wordt dan opgewikkeld als aanvangsmateriaal voor het nadien uit te voeren koud trekker, en verouderen. Het vierde monster wordt op de conventionele wijze be-10 handeld; walsen vanaf een temperatuur van ongeveer 500°C met eenzelfce verbruik aan koelvloeistof in alle gangen van ongeveer 10 nr/uur, om een uitgangstemperatuur van het draad te verkrijgen van ongeveer 350°C. De draad wordt dan, na opspoelen, onderworpen aan een oplos-singsbehandeling in een oven bij 530°C gedurende 10 uur en onmiddel- i 15 lijk daarna afgekoeld tot kamertemperatuur voor het produceren van monster Ho. 4* met dezelfde middellijn van 9»5 mm.

Deze vier monsters worden vervolgens getrokken, zonder dat eerst een warmtebehandeling toegepast wordt, voor het verkrijgen ! van een draad van ongeveer 3»05 mm, en vervolgens onderworpen aan eer 20 verouderingsbehandeling bij 145°C gedurende 10 uur.

In de resultaten, die hierna in tabellen A en B zijn weergegeven, zijn de waarden die vermeld zijn onder "VB." gemeten op het draad vdór het trekken, de waarden "AD" zijn gemeten op het draad nS het trekken en vódr het verouderen, en de waarde A1, A3 en A10 25 zijn gemeten op de getrokken draad na veroudering gedurende 1 uur, 3 uur tot 10 uur, om het effekt te volgen van de verouderingsbehandeling.

7909048 _ 12 _ i — 1 ΙΓ\ UN UN -

t~_ c— CM

MO 'tf· ® __ o · * * * 4 ΙΛ ΙΛ ® r T- 'l' ί°> *“ CM CM Ο *“

*“·“ o ^ in O

UN KN CO ’"'Τ’ t- » » · * KN kn CM *v.« < *- Ο ON Csi

—— - —-”Γ _ KN KN CM KN

un λ in f- CM C— m. · » ——' ""—.........."" in «ί Φ III! m «st Ά ^ on ^ _ vo kn V» o 4 «i r- 0\ «If ON · «> "> »

_ CM Nf KN CM *! t- O ON CM

4 : ; ; j kn kn cm *n ltv m co 't

KN KN CM KN

ft UN--- tn irv t— Q) ' m m (i M) in ^ Q >“ Ον O 0\ H C- kn in t- ffj p- I I I I t— » * * * ^ «4 «* .« ο σ\ cm

tj vf ΙΛ η Μ1 ΙΛ KV N KV

O t“~ VO VO KN

O » « » · ·** k\ co kn g ---

KN KN CM KN O

+>... -....... ............. X

in ΙΛ CM o t— co cn 0 cm a o t«~ r*· *- ^ » ·» g U*N + m m m

(D f- in in t«- «4 CM O ON CM

M “ KN KN CM KN

«μ I I I I Ö 91 m ·η ___ —' -«! 00 CM T- Γ'-

_ LTV Ο T- O

tR. · · · · ö

^ «Μ- ON KN Cu ON CO CO CM

Ö KN KN CM KN Ή CO C— VO

•H __ ..... 03 KN ·» *> »

«ή Λ1 ® ® . PO ® KN KN CM KN

33 in m O 2 «Η M ^ rH 3: O KV 1 I I I Φ _________________ ^3 Ö 2 1 rO 03 d o a cm n— i> ö * CM t ® ^ “5 . * 3 $ S- £ &

1 in KN CM KN ® ^ CM ON CM

^--~g- -S........K” £ ro KN CM KN

w » » » ο Λ · m ** *3· fr- o 3 .... w 33 Cn O Sn CM O CM ON in •p 'O O CNi a ·> * « »

M * * * * ^ KN CM CJN KN

M J 5 S KN KN CM KN

φ___KN ,. KN CM

+* ιΛ ΙΛ O m + - - -- ,* -«a· *m- ^ "* ® U .... J\ O vf Ό

Em Q _ P5 ω CM "Φ KN

«4 On CO cm in 5 » » · » t— ON UN t*“ CM t~ K\ **·* KN KN KN K\ 0 *a* o co

m ΙΛ ΙΛ N

" '" r·” ’

m f~ Ά N

1 I I I

§ T- vo CM T- KN CM UN UN , •i «» ft Ik Π KN CD M0 C~- ®

I L CM CM CM t“ -H

Ö φ|-- ^ ® r- CM KN «Μ· O -P § — S o CM KN «rj· g 7909048

• V

13

In tabel A ligt monster No. 1 het dichtst bij het conventionele monster Ho. 4· Belangrijk is echter in dit geval dat aller-eerst de specifikaties ESE 78 (H>33 kg/mm en A>4?&) nog worden bereikt zonder de dure oplossingsbehandeling* Verder valt op dat voor 3 monster No. 2 door de veroudering niet langer de mechanische eigenschappen worden veranderd, zodat die stap in dit geval ook achterwege kan blijven. Dit wordt veroorzaakt door een verouderingseffekt op de struktuur, waarin de korrels in sub-korrels zijn verdeeld tijdens verdere koeling aan de lucht op de spoel naar kamertemperatuur, zodat 10 geen verdere veroudering nodig is. Dit levert het voordeel dat dit draad na het walsen, en waar het soms weken duurt voordat er getrokken wordt, niet meer gevoelig is voor natuurlijke veroudering, zodat de eigenschappen bij aflevering dezelfde zijn als na de fabrikage.

Hierdoor wordt de soms ontstane noodzaak voorkomen om na de fabrikage 13 tussendoor op het draad een veroudering uit te voeren. Tenslotte kan men, bij beschouwing van tabel B, waarnemen dat de geleidbaarheid ongeveer % beter is, waardoor de gebruiker 5$ aan materiaal kan besparen.

Nog steeds kijkend naar tabel B kan men zien dat monster No. 3 verreweg het beste is wat betreft de geleidbaarheid. Als de 20 treksterkte van minder belang is kan het proces zo worden geregeld dat een dergelijk produkt wordt verkregen. Voor dit monster No. 3 is het afschrikken in het tweede gedeelte van de walsmachine minder snel geweest, en de struktuur met sub-korrels is reeds voor een klein gedeelte vernietigd, met precipitaten die iets meer hebben kunnen 23 groeien, waardoor de slechtere mechanische eigenschappen en de goede geleidbaarheid worden verklaard.

Voor monster No. 1 geschiedde het afschrikken in het tweede gedeelte zeer snel. Hier kon slechts een gedeelte van de legerings-elementen op de gewenste wijze precipiteren, maar een ander gedeelte 3Ö is in oververzadiging achtergebleven. Dit is de reden waarom dit monster nog gevoelig is voor veroudering. Het benut aldus gedeeltelijk de voordelen van de conventionele werkwijze, en gedeeltelijk de voordelen van de struktuur volgens de uitvinding, hetgeen een zeer goede kombinatie geeft van mechanische en elektrische eigenschappen, waar-33 bij toch een uiteindelijke verouderingsstap nodig is, maar waarbijjde dure stap van een oplossingsbehandeling wordt voorkomen.

7909048

P

4 1,4

De werkwijze volgens de uitvinding, die dus de behandelingen van monsters 1 tot 3 omvat, geeft op die manier een goed middel voor het beheersen van de produktie van verschillende kombinaties van jeigenschappen, afhankelijk van een gewenste toepassing, op elek-5 trisch gebied of elders. Bij voorkeur is de temperatuur aan de uitgang van de walsmachine niet lager dan 140°C en niet hoger dan 200°C.

Nog steeds monsters 1 en 2 beschouwend is vermeld dat monster 1, bewerkt onder afschrikken tot 140°C, nog gedeeltelijk oververzadigd was. Bij koud trekken naderhand vertoont de volgende ver-10 ouderingsbehandeling bij H5°G gedurende 10 uur duidelijk het preci-pitatie-effekt van de legeringselementen in oververzadiging. Het effekt van de veroudering kan echter sneller worden bereikt door het koud trekken en de warmtebehandeling voor veroudering te vervangen door trekken bij een verouderingstemperatuur, tussen 135 en 155°C· Het 15 effekt van de mechanische behandeling gedurende de tijd dat het draad zich op verouderingstemperatuur bevindt, is dat de veroudering veel sneller gaat en voltooid is aan het einde van het afkoelen na het trekken. Hierdoor kan ook de lange warmtebehandeling voor veroudering achterwege blijven.

20 In monster 2, dat bewerkt is onder afschrikken tot 180°C, zijn de legeringselementen evenwel praktisch allemaal geprecipiteerd in de bijzondere struktuur met sub-korrels, tijdens het bewerken, en ook door een verouderingseffekt op de spoel waar het monster verder afkoelt tot kamertemperatuur. Vanneer naderhand koud wordt getrokken 25 vertoont de volgende verouderingsbehandeling geen verouderingseffekt omdat de precipitaten in de struktuur verankerd zijn. Verdere veroudering wordt echter mogelijk, wanneer die gewenst wordt voor het verkrijgen van een betere ductiliteit of elektrische geleidbaarheid, door te trekken bij verouderingstemperatuur, zoals bij monster 1.

30 Het is ook mogelijk om een alternatief te krijgen van monster 2, nog steeds bewerkt onder afschriktemperatuur tot 180°C, maar waarbij aan de uitgang van de walsmachine snel verder wordt gekoeld tot beneden 1Q0°C, inplaats van langzaam op de spoel af te koelen tot die temperatuur. Het resultaat is dat elk verouderingseffekt tijdens lang-35 zame afkoeling op de spoel wordt voorkomen, en dat de verouderings-staat minder verder voortgeschreden is. Deze minder ver voortgeschre- 7909048

X

15 den is. Deze minder ver voortgeschreden staat kan ook worden verkregen door te bewerken onder afschrikken tot een temperatuur hoger dan ieo°C, maar dan sneller af te koelen, omdat de status van veroudering een kwestie is van beweeglijkheid van de atomen (of temperatuur) en 5 tijd voor de atomen om zich te verplaatsen. Wanneer zo'n monster in een minder ver voortgeschreden staat van veroudering onderworpen wordt aan trekken bij verouderingstemperatuur zal het resultaat een verdere veroudering zijn, maar tot een minder ver voortgeschreden staat dan voor monster 2.

10 Men kan zo concluderen dat verder trekken bij verouderings- temperatuur, bij voorkeur tussen 140 en 150°C, met of zonder voorafgaand afschrikken tot beneden ongeveer 100°C, verdere mogelijkheden levert om de kombinaties van eigenschappen van de legering desgewenst te veranderen.

15 Zoals reeds werd vermeld ligt de temperatuur van de genoem de Al-Mg-Si-legering bij het invoeren, en tijdens het aanvankelijk warm bewerken of het warm walsen, bij voorkeur boven de temperatuur van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen, die vóór deze legering ongeveer 470°C is, hoewel dit geen absolute grenswaarde 20 is en afhangt van de preciese samenstelling. Als voorbeeld wordt, voor verschillende samenstellingen8 volledige oplossing of homogenisa-tie bereikt bij de volgende temperaturen, 0,6$ Mg en 0,6$ Si bij 520°Cj voor 0,6$ Mg en 0,4$ Si bij 500°C,· voor 0,4$ Mg en 0,6$ Si bij 490°C; voor Q,4?<> Mg en 0,4$ Si bij 470°C. Bij invoeren van de warme 25 legering bij de voorkeurswaarde van de temperatuur van 500 tot 550°C zal de overgrote meerderheid van de legeringselementen nog steeds in oplossing zijn, zonder gevaar van smelten van de legering. De temperatuur zal inderdaad niet meer zijn dan 550°C, omdat de eutectische samenstellingen Al-Si-MggSi en Al-Mgg-Si pas stollen bij 550°C resp.

50 5Ö5°C.

Het draad zal, wanneer het uit de walsmachine komt, in het algemeen de vorm hebben van gewalst band, in het algemeen met een middellijn van 7-10 mm, en met een metallografische struktuur met langwerpige korrels die ontstaan zijn uit het walsen en verdeeld in sub-35 korrels waarvan de grenzen worden gevormd door de dislokaties, zoals hierboven uiteengezet. Wanneer legeringselementen worden gebruikt voor 7909048 16 precipitatie zullen deze elementen in de legering aanwezig zijn in de vorm van minstens 20, 30, 40 of 50% aan kleine precipitaten, onzichtbaar in de optische microscoop, of minstens kleiner dan 1 micron, omdat de grotere precipitaten verloren zijn voor verdere verbetering van de 5 eigenschappen.

De uitvinding is niet beperkt tot de Al-Mg-Si-legeringen.

Het is duidelijk dat, met gebruikmaking van de regels en de toelichting die hierboven zijn gegeven omtrent de fysische verschijnselen, gelijkwaardige processen bij geschikte temperaturen knnnen worden uit-10 gevoerd met gebruikmaking van andere door precipitatie te harden non-ferro-legeringen. Voor aluminiumle ge ringen kan in het bijzonder een legering worden gekozen van het type Al-Cu-Si, Al-Cu-Mg, Al-Si of Al-Mn. Voor koperlegeringen kan men kiezen in de klassen Cu-Ag, Cu-Be, Cu-Cd, Cu-Fe, Cu-Zn, Cu-Ti, Cu-Sn, Cu-Hf, Cu-Cr, Cu-Co, Cu-Mg-Si, 15 Si-Mg-P, Cu-Co-Si, Cu-Ni-Fe, Cu-Ni-Si» Cu-Ni-P, Cu-Be-Ni en Cu-Co-Be.

De uitvinding "is evenmin beperkt tot walsen als bewerkings-stap. In het bijzonder kan de bewerkingsstap onder afschrikken binnen het gebied van halfwarme temperaturen de vorm hebben van snel achter elkaar buigen in verschillende richtingen door het materiaal tussen een 20 reeks trekrollen door te voeren, of door het te bewerken in de vorm van torsie, bijvoorbeeld tijdens ineendraaien tot een kabel. Het pro-dukt behoeft, als het de draadvorm heeft, niet noedzakelijk een ronde doorsnede te hebben, maar kan de vorm hebben van een strook of een andere langwerpige vorm.

25 De wa^sbehandeling behoeft niet noodzakelijk kontinu walsen te zijn na kontinu gieten. Men kan bijvoorbeeld een walsmethode toepassen die begint met een reduktie van blokken of "wire bars'·, en waar de aldus gevormde banden met hun einden aan elkaar worden gewalst naarmate ze uit deze walsbehandeling komen, om de aldus gevormde lange 30 band kontinu in te voeren in een uit meerdere gangen bestaande kontinu werkende walsmachine.

_ λ λ λ λ / ~ -Conclusies- 7909048

Claims

1. Werkwijze voor het behandelen van een door precipitatie hardhaar nonferro-legering, waarbij de legering onderworpen wordt aan een snelle afkoelingsstap vanaf een temperatuur binnen het gebied 5 van halfwarme temperaturen tot een af s chrik tempe ra tuur, met het k e n m e r k, dat de legering, minstens terwijl zij zich binnen het genoemde temperatuurgebied bevindt, wordt bewerkt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat een legering wordt gebruikt die legeringselementen bevat 10 welke voor een aanzienlijk deel oplosbaar zijn in de legering bij de ° bovengrens van het genoemde temperatuurgebied, waarbij de bewerking gepaard gaat met een aanzienlijke precipitatie van de legeringselementen, terwij.1 de duur van de snelle afkoeling voldoende kort is om de vorming van precipitaten met een afmeting van meer dan 1 micron te 15 voorkomen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat de legering wordt bewerkt gedurende de totale tijdsduur van snelle afkoelingsstap*

4· Werkwijze volgens één der conclusies 1-3,met het 20 kenmerk, dat na de snelle afkoelingsstap en zonder tussenliggende verwarming de legering koud wordt bewerkt.

3· Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de snelle afkoelingsstap onmiddellijk voorafgegaan wordt door een voorbereidende afkoelingsstap vanaf een warmbewerkings-23 temperatuur voor warme bewerking.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, m e t het kenmerk, dat de voorafbereidende afkoelingsstap een snelle afkoeling is waarvan de begintemperatuur een temperatuur is van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen. 30 7· Werkwijze volgens conclusie 5 of 6,met het ken merk, dat de legering wordt bewerkt gedurende de voorafbereidende afkoelingsstap. 7909048 * *

8· Werkwijze volgens één der conclusies 5-7» met het k e n ra e r k, dat onmiddellijk v<5ér de voorbereidende afkoeling de legering wordt onderworpen aan een aanvankelijke warmbewerkingsstap,

9. Werkwijze volgens conclusie 8,met het k e n - 5 merk, dat de begintemperatuur van de aanvankelijke warme bewerkings-stap een temperatuur is van aanzienlijke oplosbaarheid van de legerings-elementen.

10. Werkwijze volgens conclusie 9» m e t het kenmerk, dat de temperatuur tijdens de aanvankelijke warmbewerkings- 10 stap blijft in het gebied van aanzienlijke oplosbaarheid van de lege-ringselementen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10 in kombinatie met conclusie 7,met het kenmerk, dat de tijdsduur van de aanvankelijke warmbewerkingsstap groter is dan de tijdsduur van de voor- 15 bereidende afkoelingsstap en een gemiddelde afkoelsnelheid heeft die kleiner is dan de helft van de gemiddelde afkoelsnelheid van de genoemde voorbereidende afkoelingsstap.

12. Werkwijze volgens één der conclusies 1-11, waarin de bewerking walsen is van de legering tot een langwerpige vorm. 20 13* Werkwijze volgens conclusie 7 en 10,met het kenmerk, dat de bewegingshandelingen tijdens de aanvankelijke warme bewerking, de voorbereidende afkoelingsstap en de afkoelingsstap tot afschriktemperatuur uitgevoerd worden door walsen in eenzelfde continuwerkende wasmachine waarin twee delen kunnen worden onderschei- 25 den: een initieel deel waarin de afkoeling van de legering onvoldoende is om te komen beneden de temperatuursgrens van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen, en een tweede deel aan het einde, waarin de legering snel wordt afgekoeld tot een afschrik-temperatuur. 50 14· Werkwijze volgens conclusie 1J, met het ken merk, dat de legering vervolgens koud wordt getrokken zonder eerst te worden warmbehandeld. 15» Werkwijze volgens conclusie 14» met het ken- 7909048 < -1? - merk, dat de legering vervolgens onderworpen wordt aan een ver-ouderingsbehandeling.

16. Werkwijze volgens één der conclusies 13-15» met het kenmerk, dat de aanvankelijke warme bewerking vooraf 5 gegaan wordt door kontinu gieten van de legering tot een band die kontinu beweegt naar de ingang van de kontinu werkende walsmachine met meerdere gangen bij een temperatuur van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen.

17· Werkwijze volgens conclusie 16,met het k e n - 10 merk, dat de band wordt verwarmd op zijn weg naar de walsmachine zonder de smelttemperatuur te bereiken.

16. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, O met het kenmerk, dat de nonferro-legering een koper- of aluminiumlegering is. 15 19· Werkwijze volgens conclusie 18, met het ken merk, dat de nonferro-legering een aluminiumlegering is van het type Al-Cu-Si, Al-Cu-Mg, Al-Si of Al-Mn.

20. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de nonferro-legering een aluminiumlegering is met magne- 20 sium en silicium als legeringselemten.

21. Werkwijze volgens conclusie 20,met het kenmerk, dat een legering 0,3-0,9$ magnesium bevat, 0,25-0,75$ silicium, 0-0,60$ ijzer, terwijl de rest bestaat uit aluminium en verontreinigingen, waarin het gebied van halfwarme temperaturen ligt 25 tussen ongeveer 340°C en 260°C, en het gebied van aanzienlijke oplosbaarheid van de legeringselementen een ondergrens heeft van ongeveer 470°C.

22. Werkwijze volgens conclusie 20, in kombinatie van conclusies 13 en 16, met het kenmerk, dat de band die zich 30 beweegt in de richting van de ingang van de kontinu werkende walsma» chine met meerdere gangen een temperatuur heeft van 500 en 550°C.

23. Werkwijze voor de vervaardiging van draad uit een alu--miniumlegering welke 0,3-0,9$ magnesium bevat, 0,25-0,75$ silicium, | 7909048 / **» - 20 - 0-0,605¾ ijzer, terwijl de rest bestaat uit aluminium en verontreinigingen, waarbij de legering onderworpen wordt aan een aanvankelijke walsbehandeling op een temperatuur boven 340°G en vervolgens wordt af gekoeld tot een temperatuur beneden 260°C, met het ken-5 merk, dat binnen het gebied tussen 340°C en 260°G de gering snel wordt afgekoeld en gewalst.

24. Werkwijze volgens conclusie 23,met het kenmerk, dat de aanvankelijke walsbehandeling geschiedt bij een temperatuur boven ongeveer 470°C, en dat de legering vervolgens snel 10 wordt afgekoeld tot een temperatuur beneden 260°C en wordt gewalst binnen het gebied tussen 340 en 2Ó0°C.

25. Werkwijze volgens conclusie 24, m e t h e.t kenmerk, dat de legering bij een temperatuur boven ongeveer 470°C ingevoerd wordt in een kontinu werkende walsmachine met meerdere 15 gangen, waar in de aanvankelijke gangen de legering wordt gewalst bij- een temperatuur boven ongeveer 470°G, en daarna in de laatste gangen de legering wordt gewalst terwijl hij snel afkoelt tot een temperatuur beneden 260°C.

26. Werkwijze volgens conclusie 25,met het ken- 20 merk, dat de uitgangstemperatuur van de legering bij het verlaten van de walsmachine minstens 140°C is en niet hoger dan 200°C.

27. Werkwijze volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat de legering, na het verlaten van de walsmachine, vervolgens wordt getrokken bij een temperatuur tussen 135 en 155°C.

28. Werkwijze volgens conclusie 27,met het ken merk, dat de legering, bij het verlaten van de walsmachine, onmid-> dellijk wordt afgeschrikt tot een temperatuur beneden 100°C.

29. Werkwijze volgens één der conclusies 23-28, met het kenmerk, dat de legering in de kontinu werkende walsma» 30 chine met meerdere gangen wordt ingevoerd in de vorm van een kontinu gegoten band bij een temperatuur tussen 500 en 530°C.

30. Produkt verkregen met een werkwijze volgens één der _yoorgaande conclusies. aaaa aaagg aaaaaa _ 7909048