NO761870L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedring av tilvirknings-prosesser for fremstilling av ledere av Al/Mg/Si-1egeringer. Vedkommende ledere er særlig egnet for tilvirkning av isolerte elektriske kabler og tråder for installasjon i privathus, tråder og kabler for telekommunikasjon, bøyelige kabler samt også kabler for energioverføring.

Når det gjelder isolerte kabler av aluminiumlegering har det

.vært størst utvikling på områdene for kraftforskyningskabler med stort eller middels tverrsnitt ved anvendelse av såkalt "A5/L" kommersielt aluminium for elektriske anvendelser, og som inneholder mindre enn.0,5% samlet forurensningsandel og befinner seg i en 3/4 hårdhetstilstand.

Når det gjelder uisolerte kraftoverføringskabler hvor stor mekanisk holdfiasthet er ønskelig, anvendes forskjellige tekniske løsninger. I Frankrike anvendes enten sammensatte kabler av aluminium og

stål eller mer alminnelig ensartede kabler av eldningsherdet ALMELEC (eller AGS/L) aluminiumlegering, som vanligvis inneholder 0,30 - 80% magnesium, 0,30 - 0,70% silisium og 0,15 - 0,35% jern.

I dette tilfelle utgjøres kablene av legeringstråder i såkalt

T8 strukturtilstand, som frembringes ved hjelp av en omvandlingsprosess som i rekkefølge omfatter: dannelse av fast løsning, bråkjøling, trekning og herdning.

Andre fremstillingsprosesser anvendes også, og blant disse k"an nevnes den som går Ut på anvende "5005" (betegnelse anvendt i Aluminium Association) aluminium/magnesium-legering med tråder i 4/4 hårdhetstilstand og kabeltvunnet uten forutgående varmebehandling.

Det har også vært påtenkt å erstatte kobber med aluminium eller en av dets legeringer på andre bruksområder, nemlig som ledninger for elektriske installasjoner i bolighus, ledninger og kabler for telekommunikasjon, viklingstråder, samt bøyelige tråder og kabler. Disse anvendelser krever en elektrisk ledningsevne omtrent tilsvarende som for A5/L, mekaniske egenskaper bedre enn for A5/L samt god trådtrekkbarhet. De forbedrede elektriske egenskaper er påkrevet enten ved selve tilvirkningen av lederne eller under deres anvendelse. Kabler for telekommunikasjon omfatter således tråder med liten diameter, f.eks. 0,5 eller 0,63 mm, somn først isoleres og derpå sammenstilles i par eller firrer-grupper. Fremstilling av isolerte tråder for sammenstilling av sådanne kabler kan f.eks. utføres ved bevegelse i raskt takt gjennom maskiner som utfører den ønskede trådtrekning og isolasjon.

En sådan arbeidsprosess krever ledere med forbedret kombinasijgmn , av bruddfasthet og bruddforlengelse sammenlignet med de tilsvarende egenskaper som normalt kan oppnås for konvensjonell A5/L. Videre er det påkrevet med en utmerket trådtrekningsevne ved høy hastighet samt en høy grad av ensartethet for de endelige oppnådde

materialegenskaper.

Formålet for foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte som gjør det mulig å oppnå de ovenfor angitte egenskaper i forbindelse med en AGS/L-1egering.

Fransk patentskrift nr. 2.053.838 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av installasjonsledning av AGS/L, idet emnestenger' med diameter mellom 7,5 og 12 mm fremstilles ved støpning og valsing i henhold til PROPERZI-prosessen, og nevnte stenger utsettes for en homogeniserings-behandling i minst en halv time ved en temperatur mellom 500 og 580°C, fulgt av bråkjøling i koldt vann og tørkning, hvoretter stengene trekkes til tråd ved gjentatte trekkgjennomganger inntil den ønskede sluttdiameter er oppnådd. Til slutt utføres en avsluttende varmebehandling ved at materialet utsettes for en temperatur på 250°C i to til fire timer samt en temperatur på 550°C i noen få sekunder.

En bruddfasthet på mellom 15 og 18 hektobar, en bruddforlengelse mellom 8 og 14% samt en spesifikk elektrisk motstand mellom 2,86 og 2,90 mikro-ohm. cm. oppnås på denne måte.'Disse materialegenskaper er helt tilfredsstillende, men den angitte prosess har den ulempe at den krever en homogeniserings-behandling som i industriell målestokk ville ta 8 timer. Denne prosess utføres faktisk i en gass-sirkulasjons—ovn av caloporter-type ved behandling av porsjoner som utgjøres av kveiler eller bunter på flere tonn, og det oppnås fullstendig behandling så sant varrnepavirkningen varer minst en halv time over hele

iengdeutstrekningen av de ledningstråder som danner hver kveil eller bunt. Videre utføres tørkningen etter bråkjølingen i koldt vann ved varmepåvirkning ved 120°C i flere timer. Disse arbeidsoperasjoner vil være tidskrevende og kostbare.

Fra fr&n'sk patentskrift nr. 2.179.515 er det også kjent en forenklet prosess som gjør det mulig å oppnå samme mekaniske og elektriske egenskaper ved trekning av stangemner i rå omvandlings-tilstand, hvilket vil si at de har kommet direkte fra en PROPERZI-valsing, og denne prosess har også den fordel at den letter trekningsprosessen ved nedsettelse av stangemnets bruddfasthet, som avtar fra 20 - 23 hektobar til 15 hektobar for de valsede stangemner. Som en følge av dette, kan tråden trekkes ved anvendelse av maskiner utført for trekning av A5/L. Den gunstige virkning av varmbearbeidingen under PROPERZI-valsingen frembringes ved å utvide denne valsing til en nedsatt diameter på f.eks.

7,5 mm er oppnådd.

Ved tilvirkning i industriell målestokk er det likevel funnet at den oppnådde ensartethet for tråder strukturomvandlet i henhold til nevnte patentskrift nr. 2.179.515 er utilstrekkelig og altfor avhengig av PfSOPERZI-støpningen og behandlingsbetingelsene for

stangemne a<y>AGS/L.

På denne bakgrunn er det et formål for foreliggende oppfinnelse

å angi en fremgangsmåte hvorved de ovenfor angitte ulemper kan overvinnes, idet alle hetrogene forhold med hensyn til material strukturen og uensartede materialegenskaper elimineres for stangemnene.

Denne fremgangsmåte gjelder således kontinuerlig fremstilling

av stangemner av AGS/L-1egeringer hvis sammensetning kan variere mellom 0,30 og 0,80% (fortrinnsvis 0,30 - 0,60%) magnesium, mellom 0,30 og 0,70% (fortrinnsvis 0,30 - 0,60%) silisium og mellom 0,15 og 0,35% (fortrinnsvis 0,15 - 0,25%) jern, mens de øvrige bestanddeler tilsvarer de som normalt foreligger i aluminiumlegeringer for elektriske anvendelser. Tilvirkningen finner sted med utgangspunkt fra kontinuerlig støpning og valsning, f*eks. ved anvendelse av en PROPERZI-maskin, idet materialet umiddelbart etter at det har forlatt siste seksjon i valseverket utsettes for raskt nedkjøling til en temperatur under 150°C, hvSrved det,finner sted en betraktelig utfelling av IV^Si fra en overmettet fast løsning.

Det er faktisk kjent at det flytende metall som tilføres støpehjulet ved omkring 700°C, forlater nevnte hjul som størknet metall i form av en hovedsakelig trapesformet barre og kort deretter (omkring 1 min. senere) løper inn i valseverket ved en temperatur som. varierer mellom 400 og 500°C, i det sistnevnte temperatur hovedsakelig er den hvorunder den faste løsning som

oppnås under størkningen, utfeller magnesium og silisium ved tilstrekkelig langsom avkjøling. Da valsingen av den hovedsakelig trapesformede barrer (S ^1 n2240 ^mth2) inntil stangemner med diameter 9,5 eller 7,5 mm er oppnådd, utføres i løpet av relativt kort tid (av størrelsesorden 1 min.), og temperaturen for de stangemner som forlater valseverket ligger mellom 250 og 300°C

i avhengighet av støpe- og valseforholdene, vil:det innses at det i valseverket finner sted flere prQsessfunksjoner samtidig , nemlig: forming, koldbearbeiding og dynamisk strukturdannelse som et resultat av deformasjon ved høy temperatur og bråkjøling med utgangspunkt fra en mer eller mindre perfekt tilstand av fast løsning,

hovedsakelig som en funksjon av innløpstemperaturen for vedkommende barre i valseverket. En rask nedkjøling av den type som f.eks. er beskrevet i fransk patentansøkning nr. 74.05878 forhindrer enhver vesentlig utfelling i stangemner oppviklet i kveiler. Sådan utfelling gir seg til kjenne ved en høy grad av uensartethet med hensyn til elektriske og mekaniske egenskaper i en stangemne-kveil med en vekt hovedsakelig lik eller større enn 1 tonn, i betraktning av den forskjellige avkjølingstakt på yttersiden og innvendig i kveilen, og den således oppståtte uensartethet vil påvirke de endelige oppnådde materialegenskaper.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan temperaturen for den.barre som løper inn i valsemøllen etter å ha forlatt støpehjulet, være mellom 400 og 5Q0°C, menVelges fortrinnsvis innenfor område 400 - 450°C.

Under et annet prosesstrinn utsettes trådendene i henhold til

oppfinnelsen for en termisk utfellingsbehandling med det formål

å felle ut den intermetalliske forbindelse Nk^Si fra den delvis faste løsningstilstand som oppnås ved nevnte kontinuerlige støpning, valsing og kjøling. En sådan behandling utføres på kveiler av stapigemne ved temperaturer mellom 220 og 280°C i tidsrom mellom 1 time og 12 timer, alt etter den anvendte temperatur.' I avhengighet av disse forhold økes utfelJLings-virkningen for I^^Si av en annen myknings-virkning av stangemnet ved strukturgjenvinning. Den viktigste virkning av denne termiske behandling er hetrogeniseringen av den delvis faste løsning som frembringes ved valseprosessen og den etterfølgende raske avkjøling av stangemnet. Denne hetrogeniséring bidrar til mykning av stangemnene og fremfor alt til nedsettelse av den materialhårdhet som er frembragt ved kaldbearbeidning under trekningsprosessen$hvilket vil si at hetrogeniseringen bidrar til å nedsétte den økning av den trukkede stråds bruddfasthet som finner sted med nedsettelsen av trådtverrsnittet. Trekk-kraften vil således være nedsatt og materialets trådtrekningsevne klart forbedret.

Videre vil nevnte hetrogeniseringsbehandling føre'til dannelse av en legering som sansyneligvis vil ha forbedrede materialegenskaper i kraft av nærvær av reversible dispergerte forbindelser, på grunn av den fine fordeling av de tidligere nevnte I^k^Si-bestanddeler.

En sådan varmebehandling utført på stangemnene fører ikke til

en rekrystalliserings-tilstand, hvilket ville ha en ødeleggende virkning på den meget spesielle kombinasjon av bruddfasthet og bruddforiengelse som oppnås etter trådtrekningeo og den avsluttende varmebehandling, og som er et særtrekk for foreliggende oppfinnelse.

Endel-ig vil en varmebahdnling av ovenfor nevnt art på ingen

måte ødelegge den høye grad av ensartethet med hensyn til materialegenskaper for nevnte stangemne-kveiler med vekt lik eller større enn 1 tonn, idet nevnte ensartethet skriver seg fra den kontinuerlige avkjøling på utgangssiden av valseverket.

I et tredje prosesstrinn som omfattes aV oppfinnelsen fremgangsmåte, utføres en kolddeformasjon ved trådtrekning, som eventuelt kan etterfølges av en termisk virtykningsbehandling utført på en måte som er kjent innenfor det foreliggende fagområde, samt fortrinnsvis i en statisk varmeovn, ved varmebehanellinxi av materialporsjoner ved temperaturer mellom 220 og 280°C i tidsrom mellom 1 og 9 timer, alt etter temperaturen. For visse anvendelse som ikke krever en elektrisk ledningsevne større enn S8,5 % IACS (p <^ 2,95^u -XL. cm)for bøyelige kabler), kan den avsluttende varmebehandling méd fordel utføres kontinuerlig etter trekningsprosessen, f.eks. ved Joule-oppvarming eller induksjons-oppvarming. De tråder som er fremstilt i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte har som særtrekk at bruddforlengelsen' i trukket tilstand er vesentlig høyere enn de verdier som normalt kan oppnås med legeringen A5/L med 3/4 hårdhet, samtidig som det oppnås en meget høyere mekanisk styrke (bruddfasthet mellom 20

o;g?30 kg/mm 2, i avhengighet av tråddiameteren).

Oppfinnelsens særtrekk og fordeler vil bli bedre forstått på bakgrunn av de utførelseseksempler som vil bli angitt i det følgende^idet det første av disse eksempler nærmest angir den tidligere kjente bakgrunn for oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Dette utførelseseksempel har som formål å angi det som kan oppnås ved tidligere kjent teknikk med hensyn til material egenskapene s hetrogeniteefct for stangemner av AGS/L med en diameter på 9,5 mm og en sammensetning: Fe : 0,29%

Si : 0,60%

Mg : 0,59%

Trykket til en diameter på 2,3 mm og varmebehandlet i henhold til kjent teknikk slik den er beskrevet i fransk patentskrift nr. 2.179.515 idet stangemnene er tilvirket ved en prosess av PROPERZI-type, men uten kontinuerlig kjekling og innledende varmebehandling.

Følgende resultater ble oppnådd:

Store avvik i materialegenskapene kan observeres, på grunn av de uensartede forhold for legeringsmaterialer i stangemnekveilen som et resultat av den selv-utglødende virkning for materialet i kveilens midtområde. De tilsvarende verdier målt på stangemnene var som angitt i følgende tabell:

EKSEMPEL 2

En aluminiumlegering av AGS/L-type og sammensetning:

Fe : 0,20%

Si : 0,45%.

Mg : 0,51%

Ble sammenstilt med det vanlige forurensningsinnhold i aluminium for elektriske anvendelser,

Denne legering |jrle støpt, på et PROPERZI-hjul og valset i et tilsvarende valseverk under følgende arbeidsbetingelser:

- temperaturen av barren på hjulets utløpsside: 450°C

- temperaturen av barren ved innløpet til valseverket: 440°C

- temperaturen, av tøalse-emulasjonen: 65°C

- kontinuerlig kjøling av stangemnet på utløpssiden av valsemøllen. Stangemnet temperatur ved utløpet fra kjøleren : 70°C. - oppkveiling av det fremstilte stangemne røed diameter 9,5 mm til en kveil på 1 tonn. Det således oppnådde stangemne hadde følgende mekaniske og elektriske egenskaper:

En merkbar herdning ble observert som et resultat av modnings-prosessen.

Stangemnekveilen ble så utsatt for en utfellingsbehandling i 8 timer ved 230°C i en indistriovn, fulgt av langsom avkjøling i uforstyrret luft.

Etter denne varmebébéhåhdling ble det oppnådd følgende materialegenskaper:

R = 18 kg/mm<2>

A * 10%

p = 2,940^u JL . cm

Etter trekning til forskjellige diametre i en industriell trekningsmaskin, ble det målt følgende verdier:

Det er funnet at bruddforlengelsen forblir høy på tross av koldbearbeidi.ng.

De verdier som er angitt i tabellen ovenfor for en diameter på 2,7 mm er gjennomsnittsverdier beregnet på grunnlag av material-prøver tatt fra alle deler av stangemne-kveiler på 1 tonn. J Denne prøvetagning omfatter 14 sett av prøvestykker tatt fra de 14 stangemnekveiler som ble fremstilt.

Følgende taibell tillater bedømmelse av den oppnådde gode ensartethet for materialegenskapene:

De 14 tråderøver med diameter 2,7 mm ble så utsatt for en avsluttende varmebehandling i 3 timer ved 250°C. De mekaniske og elektriske egenskaper som ble oppnådd og de tilsvarende variasjoner var som angitt i følgende tabell:

Det vil fremgå at det foreligger gunstige verdier og god ensartethet"for de oppnådde materialverdier.

EKSEMPEL 3

______ /

■v.

En AGS/L-1egering med sammensetning:

Fe : 0,23%

Si :0,55%

Mg .: 0,59%

ble fremstilt (på aluminiumbdsis, og med de vanlige forurensninger i aluminium for elektriske anvendelser) og støpt, på et PROPERZi-hjul og Valset i et tilsvarende valseverk under følgende arbeidsforhold:

Barrens temperatur på støpehjulets utgangsside : 460°C

Barrens temperatur på valseverkets inngangsside :450°C Val seernes jipnéns temperatur': 68°C

Kontinuerlig kjølt tråd på valseverkets utgangsside

Trådens temperatur ved utløpet fra kjøleenheten: 70°C

Oppkveiling av det fremstilte stangemne med diameter 9,5 mm

i kveiler på 1 tonn.

Forskjellige termiske utfellings-behandlinger ble utført på de således fremstilte stangemner. Følgende materialegenskaper ble oppnådd:

Det er funnet at denne varmebehåndling^Mar følgende virkninger:

8 timers behandling ved 200°C frembringer en lett herdning som resultat av eldnings-virkningenj

behandlingene ved 240°C og 260°C gir seg til kjenne ved en markert mykning som er resultat av overeldningj

behandlingen ved 280°C tilsvarer igangsettelse av rekrystallisering.

Stangemner tilsvarende de fem material tilstander angitt i den

sist oppstilte tabell, trekkes så til en diameter på 3,0 mm og

de trukked stangemner ble så utglødet* Det ble derved oppnåddd følgende materialegenskaper:

Dette viser spesielt innvirkningen av varmebehandlingene ved

240 og 260°C på herdnjingsprosessen under koldbearbeiding og følgelig på trekkbarheten for den tråd som skal. fremstilles.

Trådene trukket til en diameter på 3 mm tilsvarer de fem stangemnetilstander angitt i den sist oppstilte tabell, ble utsatt for forskjellige termiske mykningsbehandlinger, som gjorde det mulig å tegne opp funksjonskrøfiver for & 2Q0 = f (R) og antallet vekselbøyninger = f (R) i hvert' tilfelle. For en konstant verdi av R = 16 kg/mm 2var de tilsvarende verdier for<A>200 °9antallet vekselbøyninger som angitt i følgende tbbell:

Det er funnet at tråder som var varmebehandlet i 8 timer ved

240 eller 260°C, etter den oppnådde materialmykhing gav det beste kompromis med hensyn til de endelige oppnådde materialegebskaper„

EKSEMPEL 4

Tråd med diamier 2,7 mm ble i den trukkede tilstand oppnådd i henhold til eksempel 2, ytterligere trukket ned til en diameter på 2 mm og utsatt for forskjellige avsluttende varmebehandlinger ved temperaturer mellom 2<20 og 360°G i tidsperioder fra 30 min. til 9 timer, med det formål å undersøke virkningen av den avsluttende . varmebehandling. Med uttrykket " virkning<11>menes her den største tilstandsforandring som vil gjøre det mulig å oppnå de ønskede endelige©aterialegenskaper i industriell praksis.

Fra de grafiske fremstillinger av A200^ som en funksj°n aV tid og

temperatur samt R kg/mm 2 som funksjon av tid og temperatur,

kan det utledes.følgende:

For å oppnå A200me-'-lom ^ 0<3 °9

R mellom 15 og 25 kg/mm<2>kan f.eks. følgende varmebehandlinger anvendes:

5 timer mellom 220 og 260°Cj

1 time mellom 230 og 280°C.

Disse behandlinger g±r en meget stor virkning og.en høy grad av reproduserbarhet som gjør,at behandlingene er vel egnet for anvendelse under industrielle fremstillingsforhold.

EKSEMPEL 5

■ *,

Tråd med diameter på 2,7 mm blee-i den trukkede tilstand oppnådd i henhold til eksempel 2, ytterligere trukket ned til en diameter på 0,5 mm og derpå utsatt for forskjellige avsluttende varmebehandlinger.

De mekaniske og elektriske egenskaper som ble oppnådd på denne måte er angitt i følgende tabell:

EKSEMPEL'6

Tråd med diameter på 0,5 mm ble i trukket tilstand i henhold til eksempel 5, kontinuerlig varmebehandlet i en elektrisk utglødnings- enhet av induksjonstype ved en fremmatningstakt på 600 m/min. De mekaniske og elektriske egenskaper som ble oppnådd for

to forskjellige innstillinger av utglødningsenheten er angitt i følgende t&bell:

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av elektriske ledere av Al/Mg/Si-legeringer, særlig for anvendelse i form av tråder eller kabler, idet legeringene inneholder 0,30 - 0,80% (fortrinnsvis 0,30 - 0,60%) Mg, 0,30 - 0* 70% (fortrinnsvis 0,30 - 0,60%) Si og 0,15 - 0,35% (fortrinnsvis 0,15 - 0,25%) Fe, samt øvrige elementer i samme utstrekning som vanlig i aluminium for elektriske anvendelser, og tilvirkes med utgangspunkt fra en barre frembragt ved kontinuerlig støpning på omkretsen av et støpehjufc .og etterfølgende kontinuerlig valsning, hvorunder barren føres inn i et valseverk ved en temperatur mellom 400 og 520°C

og fortrinnsvis ikke over 450°C, for derved å oppnå et stangemne med diameter 7,5 - 9,5 mm; karakterisert ' ved at nevnte stangemne etter at det har forlatt valseverket raskt avkjøles til en temperatur under 150°C og derpå utsettes for en omvandlingsprosess som omfatter en kombinasjon av følgende prosesstrinn: termisk utfellingsbehandling ved en temperatur mellom 220 og 280°C i et tidsrom mellom 1 og 12 timer} koldtrekning inntil den endelige diameter er oppnådd; avsluttende termisk\ my-kningsbehandling ved en temperatur mellom 220 og 280°C i et tidsrom mellom 1 og 9 timer.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den avsluttende termiske mykningsbehandling utføres kontinuerlig, fortrinnsvis i en elektrisk utglødningsenhet av induksjons- eller motstands-type.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den avsluttende termiske mykningsbehandling utelates, og de fremstilte ledere bibeholdes i den tilstad som er oppnådd ved koldtrekningen.

4. Elektriske ledere, særlig isolerte tråder og kafcrler, fremstilt som angitt ikrav 1, 2 eller 3.