SE460292B - Foerfarande foer framstaellning av traadaemnen - Google Patents

Description

460 292 . 2 i från valsverkets utgång till en störtkylningstemperatur på 5 I sådant sätt, att dessa legeringselement hålls i övermättad lösning. @ Vid denna störtkylningstemperatur är atomernas rörlig- :i het så låg, att den metallografiska strukturen praktiskt taget fastnar i det föreliggande tillståndet (bortsett från åld- ringsfenomen): de legeringselement, som har blivit kvar i övermättad lösning, förblir i detta tillstànd, och fällningar och dislokationer ändrar sig inte. För en given legering har följaktligen omrâdet av “störtkylningstemperaturcr" en övre gräns, som inte är en strikt och absolut gräns. Denna övre gräns bestäms av en tillräcklig orörlighet hos atomerna, vil- ken inte alstrar en väsentlig ändring av den metallografiska strukturen under en period av storleksordningen för en konti- nuerlig process för behandling av aluminium, d.v.s. av stor- leksordningen l minut. Den acceptabla övre gränsen för varje slags legering är tillräckligt känd av fackmännen. För det ovannämnda aluminiet för elektrisk ledningstrâd kan den maxi- *mala störtkylningstemperaturen sättas till 260oC, ehuru denna gräns inte är någon absolut gräns.

Man har redan föreslagit att använda ett första varm- valsningssteg, som slutar vid så hög temperatur som möjligt, för att hälla en maximal mängd legeringselement i lösning, följt av störtkylning, varunder metallen bearbetas, varvid man tillser att metallen bearbetas under den period, varunder den går genom temperaturområdet mellan Övre gränsen för stört- kylningstemperaturomràdet och undre temperaturgränsen för varmbearbetning. Trots att störtkylning genomfördes, iakttog man, att de i lösning varande legeringselementen inte föll ut under detta termomekaniska arbete. Den mängd legeringselement, som bibehölls i lösning för den följande áldringen, visade-sig vara mycket mindre än önskvärt, vilket föreföll vara en nack- del. Det observerades emellertid, att de så erhållna trådämne- na var sådana, att beroende på om utfällningen hade varit par- a tiell eller total, behovet av åldring efter den följande drag- ningen var eliminerat helt eller delvis. Följaktligen existe- rade inte den väntade nackdelen, och trádämnen erhölls meé sådana egenskaper. att de föreskrivna kraven på mekaniska och l5 Jb 460 292 3 elektriska egenskaper lättare kunde uppfyllas hos trådar drag- na av sådana trådämnen. Vidare undveks det kostsamma lösnings- behandlingssteget och erhölls ett kontinuerligt förfarande.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att er- bjuda ett alternativ till det sistnämnda förfarandet, vilket ger samma fördelar och därmed âvägabringar ännu”en frihets- grad i valet förfarandets parametrar för erhållande av önskade kombinationer av draghállfasthet, duktilitet och konduktivitet.

Förfarandet enligt uppfinningen innefattar ett första, uteslutande termiskt steg (d.v.s. utan samtidig bearbetning), vari en kontinuerlig stång av aluminiet (vilket exempelvis lämnar ett valsverk i partiellt nedkylt tillstånd eller läm- nas ett stränggjuthjul eller en strängpress) störtkyls i ett kontinuerligt förfarande till en störtkylningstemperatur, så- som anges ovan, varigenom en àterställd struktur erhålls med legeringselementen i övermättad lösning. Med "återställd struktur" menas en metallografisk struktur, där de vid bear- betningen förlängda kornen under inverkan av värmen har om- lagrats till en mer eller mindre isotrop struktur, vilken är den efter varmbearbetning erhållna strukturen. En minimal mängd legeringselement i Övermättnad är också nödvändig, t.ex. minst 30 X av de fällbara elementen vid lösningsbehandlingens temperatur. Störtkylningen är följaktligen tillräckligt snabb och utgår från en tillräckligt hög temperatur för att nå dcLLu mål.

Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas emeller- tid av ett andra steg, som är termomekaniskt och sker nedströms från det första i samma kontinuerliga operation, varvid stång- en bearbetas vid en åldringstemperatur, och av att de sålunda erhållna trådämnena därefter, utan någon efterföljande bear- betning, utsätts för en åldringsoperation.

En "àldringstemperatur" är en temperatur inom ett tem- peraturomráde, vars övre gräns är lika med den enligt ovan be- stämda övre gränsen för störtkylningsomràdet och vars undre gräns bestäms på nedan angivet sätt. En âldringstemperatur är följaktligen en temperatur, vid vilken atomerna är immobili- serade bortsett från áldringsfenomen som inträffar under en tid längre än varaktigheten av en kontinuerlig process, d.v.s. 460 292 l5 'gare till följd av uppmjukning av den kallbearbetade struk- ¿ I av storleksordningen l minut. Det har emellertid observerats, S att när strukturen utsätts för bearbetning vid åldringstempe- raturen, utfällning av legeringselementen under denna bear- IK- betning och efterföljande áldrüm framkallar en metallografisk struktur, som efter kallbearbetning till tråd visar mycket god trådkvalitet och som helt eller delvis, beroende på om Å det alltjämt finns legeringselement kvar i övermättad lösning, eliminerar behovet av åldring efter tràddragning. Denna bear- betning vid áldringstemperatur är företrädesvis en valsning, som minskar tvärsnittsarean.

För en given aluminiumlegering bestäms undre gränsen för âldringstemperaturomrâdet på nedan angivet sätt. Det är känt, att en aluminiumlegering av given sammansättning i icke kallbearbetat tillstànd, men innehållande legeringselement i övermättat tillstànd till följd av lösningsbehandling och V störtkylning till en störtkylningstemperatur, när den utsätts för åldring, först visar en uppgång av draghállfastheten mot ett maximivärde och sedan en nedgång av draghållfastheten.

Detta beror på att legeringselementen faller ut under åldring- en samtidigt som de redan förekommande fällningarna konglome- rerar ytterligare. Den första effekten, som bringar draghàll- fastheten att öka, dominerar i början, och den andra effekten, som bringar draghållfastheten att sjunka, dominerar mot slu- tet. Åldringstemperatur områdets undre gräns för en given aluminiumlegering med en given kvantitet legeringselement i övermättad lösning, är den temperatur där detta aluminium i icke kallbearbetat tillstànd när sin maximala draghàllfasthet efter 3 dygn (den kallbearbetade strukturen når maximum tidi- turen). För det ovannämnda aluminiet för elektrisk lednings- tråd är denna undre gräns ca l30°C. 5 En viktig punkt i processen är att det andra steget bedrivs omedelbart efter störtkylningen i det första steget (för att omöjliggöra varje strukturförändring som skulle kunna .~\ uppträda om mellanprodukten lämnades utan behandling under 1 någon tid) och följaktligen i samma kontinuerliga operation I b! som det första steget. I detta syfte föredrar man att bedriva störtkylningen i det första steget ned till en j 460 292 åldringstemperatur (bestämd enligt ovan), så att det andra steget kan börja utan mellanupphettning.

Aldringen efter bearbetningssteget vid åldringstempe- raturen kan bedrivas direkt vid utträdet från det don som ut- för bearbetningen, t.ex. genom fri kylning av trådämnenatill den omgivande luftens temperatur, vilket framkallar utfällning av hela mängden alltjämt i övermättnad varande legeringsele- ment eller en del därav. Det kan sägas, att åldring äger rum, när en avsevärd del, t.ex. halva mängden fällbara element efter störtkylningen utfaller under åldringen. Man föredrar emellertid att bedriva total utfällning för att eliminera var- je behov av åldring efter tràddragningen och eliminera alla förändringar av trådämnenas egenskaper efter deras tillverk- ning. När temperaturen vid utträdet från det don, som utför bearbetningen vid àldringstemperaturen, kommer nära åldrings- temperaturomràdets undre gräns, måste man ibland sakta av kyl- ningen av trådämnena vid utträdet (d.v.s. långsammare än fri kylning till rumstemperaturen). Detta gör man genom att omge trådämnen med värmeisolatorer, t.ex. genom att bilda tråd- slingor, som inhesluts i tillräckligt slutna lådor för att motverka kylning genom luftkonvektion. Tràdämnena kan också hållas en viss tid under värmning vid utträdestemperaturen, eller också kan temperaturen t.o.m. höjas över utträdestempe- raturer i så måtto som en efterâldring därvid åstadkommes.

Den kontinuerliga stång, som används vid början av förfarandets första steg, kan vara en stång som lämnar ett varmformningsdon, såsom en strängpress eller ett gjuthjul.

Denna varmformning innefattar företrädesvis en kontinuerlig gjutning, vilken ger en aluminiumsträng, som riktas mot vals- verkets ingång, och en varmvalsningsprocess, varmed strängens tvärsnitt minskas för bildning av stången. Med "varmvalsning" menas valsning med àterställning under operationen eller omedelbart därefter före den påföljande störtkylningen. För det ovannämnda aluminiet för elektrisk ledningstråd betyder detta valsning med en utgångstemperatur av mer än 35000.

Temperaturen vid inträdet i valsverket är företrädesvis över lösningsbehandlingstemperaturen, vilket för aluminiet för elektrisk ledningstråd innebär över 470°C. 460 292 6 Uppfinningen är särskilt tillämplig på det aluminium för elektrisk ledningstràd, vars sammansättning anges ovan.

I ett föredraget utförande används en kontinuerlig proccss, vilken innefattar (i följd från uppströmsänden till ned- strömsänden) en kontinuerlig gjutning, införande av den fràn den kontinuerliga gjutningen kommande stången vid en tempe- ratur av mer än 470°C i ett första valsverk, kontinuerlig valsning vid en temperatur av mer än 350°C för bildning av en kontinuerlig stång, kontinuerlig störtkylning av stången vid utträdct från det första valsverket, införande av stången, som lämnar störtkylningen, vid en temperatur av mer än l30°C i ett andra valsverk, kontinuerlig valsning vid en temperatur av mer än l30°C och åldring genom fri kylning i den omgivande luften. Inträdestemperaturen i det andra valsverket skall inregleras så, att utträdestemperaturen från valsverket blir 155 _ 1as°c, helst 17s°c.

Exempelvis har man använt en Al-Mg-Si-legering av typ 6201 med följande sammansättning: Mg : 0,60 %; Si : 0,55 2 ; Fe = 0,18 x ; zn = o,oo6 x ; cu = o,oo4 x ;'Mn = o,o15 x ; Ti : 0,001 X ; Vi: 0,004 X. Man aluminium, som är rikare eller fattigare på legeringselement, kan emellertid använda ett beroende på vilken kostnad som kan tolereras eller måste spa- ras för en bättre eller mindre god kvalitet, beroende pà sam- mansättningen. Detta inverkar emellertid inte pà möjligheterna att förbättra den valda legeringens kvalitet med hjälp av förfarandet enligt uppfinningen.

Legeringen av ovanstående sammansättning införs, sedan den har lämnat ett stränggjuthjul i form av en sträng med en tvärsnittsarea av ca 2000 mmz, vid en temperatur av 490oC i ett första kontinuerligt valsverk med 9 stick. Den lämnar valsverket i form av en rund stång med en diameter av 15 mm och vid en temperatur av 430°C. vid denna temperatur är de flesta legeringselementen alltjämt i lösning, enär i jämvikts- tillståndet endast 20 2 av magnesiet och kiseln, som är fäll- bara i form av Mg2Si, föreligger i fällt tillstànd.

Denna stäng, som lämnar det första kontinuerliga vals- verket med en hastighet av 2,4 m/s, leds sedan till ingången vid ett andra kontinuerligt valsverk, vars ingång är belägen ß 460 292 (h 7 ca 2 m från det första valsverkets utgång. Däremellan går stången genom ett rör av 30 mm diameter och l m längd, var- igenom man i motström leder en kylmedelsemulsion, vars flöde inställs så att stången lämnar röret med en temperatur av 220°C. Andra störtkylningsmetoder kan tillämpas, t.ex. mot stången riktade strålar av emulsionen, i den mån temperaturen kan bringas till önskat värde.

Det andra kontinuerliga valsverket innefattar fyra stick med lika tvärsnittsreduktion, vilka omvandlar stången till trâdämnen av 9,5 mm diameter, som lämnar det andra vals- verket vid en temperatur av l75°C och en hastighet av caéim/s.

Tràdämnena lindas sedan, och spolen placeras i en av eldfast tegel utförd behållare. Det är av vikt, att behållaren sluts, så att kylning genom fri konvektion av luften runt spolen undviks. I exemplets fall skedde kylningen i en takt av2°C/h.

De erhållna egenskaperna kan jämföras med egenskaper- na hos trådämnen av samma sammansättning framställda med den konventionella metoden, bestående i kontinuerlig gjutning följd av kontinuerlig varmvalsning, lindning till spolar, som svalnar fritt i den omgivande luften, därefter lösningsbehand- ling, vari spolarna hålls i en ugn under 8 h vid en tempera- tur av SSOOC samt störtkylning av spelarna till en temperatur av omkring 4S°C.

Dessa båda slags trådämnen med en diameter av 9,5 mm, det ena enligt uppfinningen, det andra enligt den konvention- ella metoden, dras till tråd, först ned till 3,60 mm diameter, sedan till 3,15 mm. Den med den konventionella metoden dragna tråden utsätts sedan för åldring under 5 timmar vid l60°C.

De jämförliga resultaten är följande. l5 460 292 Tràdämne Efter Efter dragning till 3,60 mm 4-âhüing Efter dragning till 3,l5xun Efter dragning till 3,l51nn 8 Enligt uppfinningen Konventionell metod R T D R T D 304 7,75 31,10 196 21 _ 348 5 31,30 285 4,5 34,9 _ - - 343 7,5 32,13 362 4,5 31,44 290 4 34,70 - - - 350 7 31,95 + åldring R: f = duktilitet pï draghàllfasthet i N/mm2 (2) resistivitet (mflmmz/m) Uppfinningen är inte begränsad vare sig till det i exemplet angivna specifika utförandet eller till aluminiets sammansättning. Utan att gå utanför uppfinningens kan man som aluminium med fällbara legeringselement använda legeringarna A1-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Zu-Mg-Cu och Al-Mg-Si. i!!

Claims (14)

\;1 10 20 25 30 35 460 292 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av trådämnen av fäll- ningshërdbart aluminium, innefattande ett första rent ter- miskt steg, vari en kontinuerlig stång av alumíniet stört- kyls kontinuerligt till en störtkylningstemperatur, varvid en återställd struktur erhålls med legeringselementen i över- mättad lösning, k ä n n e t e c k n a t av ett andra steg, vilket är termomekanískt och sker omedelbart nedströms från det första utan väsentlig mellanliggande strukturför- ändring och i samma kontinuerliga operation, vari stången bearbetas vid en åldringstemperatur, och av att de erhålla trådämnena sedan utsätts för åldring före varje följande bearbetning.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att åldringen bedrivs under fri kylning till den omgivande lufttemperaturen av trådämnena omedelbart efter bearbetningen vid åldringstemperaturen.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att åldringen bedrivs under en långsam kylning av trådämnena omedelbart efter bearbetningen vid åldringa- temperaturen.

4. 6. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att åldringen genomförs genom att trådämnena vid värmningen hålls vid åldringstemperaturen omedelbart efter bearbetningen vid åldringstemperaturen.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - A, k ä temperaturen är en valsning med reduktion av tvärsnitts- n n e t e c k n a t av att bearbetningen vid åldringa- arean.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t av att den vid början av det första steget,använda stångenär en stång, som lämnar ett varmform- ningsdon.

7. Förfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k- n a t av att varmformníngen innefattar en kontinuerlig gjntníng under avgivníng av en alumíniumsträng, som riktas mot inträdet till ett valsverk, och en varmvalsning, vid vilken strängens tvärsnittsarea redureraa for nildníng av stången. 460 292 10 15 20 25 10

8. Förfarande enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k- n'a t av att strängens inträdestemperatur ligger över tem- peraturen för lösningsbehandlingen.

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att den använda legeringen är en legering av Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg-Zn-Cu eller Al-Mg-Si.

10. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att stången i det första steget störtkyls till åldringstemperatur.

11. Förfarande enligt något av de Föregående patentkraven, k ä n n e t e c k'n a t av att aluminiet innehåller 0,3 - 0,9 % magnesium, 0,25 - 0,75 % kisel och 0 - 0,6 % järn samt i övrigt aluminium och föroreningar.

12. Förfarande enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k- n a t av att stången i det andra steget bearbetas vid en temperatur inom området 130-260 C.

13. Förfarande enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k- n a t av att stången bearbetas i ett kontinuerligt arbetande valsverk, som trådämnen lämnar med en utträdestempcratur av 155 - 1B5DC, och att trådämnena lindas och de bildade spolarna sedan kyls i en sluten behållare.

14. Förfarande enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t av att den vid början av det första steget använda stången är en stång, som lämnar ett kontinuerligt arbetande valsverk, vari alumíniet bearbetas vid en temperatur, som varierar från över 470OC vid valsverkets ingång ned till o mer än 350 C vid utgången. U» __ _____ ___" __,_.__... ___ íí- ___. _ . _... . ...__._____.