Das Hauptpatent betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von spanlos verformten Legierungen auf Aluminiumbasis, insbesondere in Form von Leitern, die 0,20 bis 1,3 Geff.-l Silicium, 0,3 bis 1,4 Gew.-% Magnesium und als Rest im wesentlichen Aluminium enthalten.
Das Verfahren gemäss Hauptpatent ist dadurch gekennzeichnet. dass man eine Legierung obiger Zusammensetzung mindestens 5 Minuten auf einer Temperatur von 510 bis 6210C hält, unter Einhaltung einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 55,5 C pro Minute warmwalzt und anschliessend nach weniger als 20 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55,5C pro Minute auf unter 1210C, vorzugsweise auf Zimmertemperatur, abkühlt.
Es wurde nun gefunden, dass gute Ergebnisse auch erhalten werden, wenn man die Legierung mindestens 5 Minuten auf 454 bis 5100C hält.
Für das vorliegende Verfahren anwendbar sind warm behandelbare Legierungen auf Aluminiumbasis, die als Legierungselemente Magnesium und Silicium enthalten, die hauptsächlich in Form der intermetallischen Verbindung Magnesiumsilicid Mg2Si vorliegen.
Legierungen dieses Typs werden in grossem Umfang für eine Vielzahl von Anwendungen, einschliesslich der Verwendung in Leitern aus Aluminiumlegierungen, verwendet. Beispielsweise ist die Aluminiumlegierung 6201 eine hochfeste Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung, die in warm behandeltem Zustand eine Zugfestigkeit von mindestens ca.
3234 kg cm2, eine Dehnung von mindestens 3% und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 53,5% IACS (Internation Annealed Copper Standard) hat.
Eine charakteristische Weise zur technischen Herstellung dieser Legierung besteht im fallenden Kokillenguss (DC casting). erneutem Erhitzen auf ca. 371 bis 4540C, Warmwalzen zu Knüppeln zum Ausziehen, Kaltziehen, Lösungsbehandeln bei etwa 5380C während 1 Stunde oder mehr, anschliessendem Abschrecken mit Wasser, zusätzlichem Kaltziehen und künstlichen Altern zwischen 121 und 2320C bis zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften.
Die ansatnveise Lösungsbehandlung wird mit dieser Legierung in bekannter Weise mit verhältnismässig kleinen, in Abstand befindlichen Ringen von nicht mehr als 113 kg, die vorsichtig mit Wasser abgeschreckt werden müssen, ausgeführt.
Vom Herstellungsstandpunkt aus ist die Lösungsbehandlung von gezogenem Draht mit mittlerem Durchmesser ein teures und langsames Verfahren. Es ist besonders schwierig wegen der Abschreckempfindlichkeit dieser Legierung. In der Tat trägt die gesamte vorstehende Operation wesentlich zu den Herstellungskosten von Leitern dieses Types bei.
Es ist sehr erwünscht, diese Lösungsbehandlungsoperation von Draht mit mittlerem Durchmesser zu einem kontinuierlichen Prozess zu machen. Dadurch ergeben sich erhebliche Einsparungen bei der Herstellung. Ausserdem führt die ansatzweise Verarbeitung häufig zu harten Stellen in dem resultierenden Produkt und zur schlechten Reproduzierbarkeit von Länge zu Länge. Durch eine kontinuierliche Verarbeitung werden diese Nachteile beseitigt. Falls das gesamte Lösungsbehandlungsverfahren weggelassen werden kann, ergeben sich in der Tat noch grössere Einsparungen, wobei die Gesamtverarbeitung derjenigen von üblichem Aluminium für elektrische Zwecke noch näher kommt.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung ermöglicht die Erzielung von guten physikalischen Eigenschaften bei dem resultierenden Gegenstand, während erheblich geringere Herstellungskosten erreicht werden, da die gesamte Lösungsbehandlungsoperation beseitigt ist, während die ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften des am Ende erhaltenen Gegenstandes beibehalten werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, dass man eine Legierung auf Aluminiumbasis, die 0,20 bis 1,3 Gew.-% Silicium, 0,3 bis 1,4 Gew.-% Magnesium und als Rest im wesentlichen Aluminium enthält, mindestens 5
Minuten auf einer Temperatur von 454 bis 510oC hält, unter
Einhaltung einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 55,5C pro Minute warmwalzt und anschliessend nach weniger als 20 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55,5 C pro Minute auf unter 1210C, vorzugsweise auf Zimmertemperatur, abkühlt.
Wenn die Legierung in Form eines Leiters vorliegen soll, so wird die Legierung zu Knüppeln zum Ausziehen warmgewalzt, die vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 9,5 mm haben.
Ausserdem werden vorzugsweise anschliessend an das Abkühlen auf unter 1210C die folgenden Stufen angewendet: Kaltziehen mit mindestens 70% Querschnittsreduktion und Erhitzen auf 121 bis 2320C während mindestens 15 Minuten.
Durch das vorstehende Verfahren werden die Kosten der technischen Herstellung von spanlos verformten Legierungen auf Aluminiumbasis, insbesondere von Leitern, wesentlich vermindert. Das oben beschriebene Verfahren lässt sich leicht kontinuierlich in technischem Masstab anwenden und bewirkt erhebliche Einsparungen bei der Herstellung.
Erfindungsgemäss wurde entdeckt, dass durch Anwendung der vorstehenden, sorgfältig definierten Reihe von Verfahrensstufen wesentliche Einsparungen bei der Herstellung erhalten werden und die gesamte Lösungsbehandlungsoperation überraschenderweise weggelassen werden kann. Die Anwendung der vorstehenden Warmwalz- und Kühlbehandlungen hält in angemessener Weise das Magnesiumsilicid in Lösung. Bei der Verarbeitung in bekannter Weise liefert der normale fallende Kokillenguss und das Warmwalzen in üblicher Weise das Magnesiumsilicid in grob ausgefällter und weit verteilter Weise. Diese grobe Ausfällung braucht lange Zeiträume, um sich wieder aufzulösen. Der grobe Niederschlag kann langsam durch ansatzweise Behandlungen wieder aufgelöst werden und durch ansatzweises Abschrecken in Lösung gehalten werden.
Jedoch sind beim ansatzweisen Abschrecken die Kühlgeschwindigkeiten und der Grad der Beibehaltung der gelösten Form häufig nicht gleichmässig, und das resultierende Produkt kann harte Stellen sowie von Länge zu LÄnge nicht reproduzierbare Eigenschaften haben.
Die vorliegende Erfindung dient zur Herstellung von spanlos verformten Legierungen auf Aluminiumbasis, z. B. Blech und Platten. Besonders vorteilhaft ist die Herstellung von Platten mit einer Dicke von 9,525 mm und mehr. Jedoch stellt die Herstellung von Leitern aus Legierungen auf Aluminiumbasis die bevorzugte Ausführungsform dar; daher wird sich die folgende Diskussion besonders auf diese bevorzugte Ausführungsform beziehen.
Die Aluminiumlegierung kann in üblicher Weise konventionell gegossen werden. Die gegossene Stange wird dann vollständig lösungsbehandelt, indem man sie während eines Zeitraumes von mindestens 5 Minuten im Temperaturbereich von 454 bis 510 C hält, vorzugsweise während eines Zeitraumes zwischen 15 Minuten und 16 Stunden.
Nach der vorstehenden Homogenisierungsstufe wird vorzugsweise die lösungsbehandelte gegossene Stange zu Knüppel für das Ausziehen warmgewalzt, der gewöhnlich einen Durchmesser von ca. 9,5 mm hat, wobei die Abkühlgeschwindigkeit während des Warmwalzens grösser als 2220C pro Minute ist.
Wenn Blech oder Platten verarbeitet werden, sollte die Abkühlgeschwindigkeit grösser als 55,5 C pro Minute sein. Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Warmwalztechnik ist der aus dem Warmwalzwerk austretende Knüppel für das Ausziehen praktisch frei von ausgefälltem Magnesiumsilicid.
Der Knüppel für das Ausziehen wird dann mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55,5C pro Minute auf unter 1210C, vorzugsweise auf Zimmertemperatur, abgekühlt, wobei zwischen der Anwendung der Abkühlungsbehandlung und dem Austritt aus dem letzten Warmwalzdurchgang eine Verzögerung von weniger als 20 Sekunden, vorzugsweise weniger als 15 Sekunden, liegt.Die Geschwindigkeit, mit der das Material von unter 121oC auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, ist nicht von entscheidender Bedeutung, obgleich das Material zweckmässig mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55,50C direkt auf Zimmertemperatur abgekühlt wird. Das Magnesi- umsilicid wird dadurch in Lösung gehalten, wodurch die Notwendigkeit einer schnellen Lösungsoperation nicht besteht.
Der lösungsbehandelte Knüppel für das Ausziehen kann dann ohne Zwischenerweichungsbehandlung mit über 98% Querschnittsreduktion kaltgezogen werden. Dies steht im Gegensatz zu dem heutigen technischen Verfahren, wobei eine obere Grenze für das Ausmass der Kaltreduktion nach der Lösungsbehandlung besteht. Wenn jedoch die Aluminiumlegierung 6201 verwendet wird, ist es notwendig, vor der letzten Alterungsbehandlung mindestens 70% Kaltreduktion, vorzugsweise mindestens 75 % Kaltreduktion, anzuwenden.
Durch Anwendung einer geeigneten und bekannten Erweichungsbehandlung, die aus dem Halten zwischen 121 und 2310C während mindestens 15 Minuten besteht, beim Enddurchmesser können Kombinationen von mechanischen und elektrischen Eigenschaften erhalten werden, die demjenigen des heutigen im Handel erhältlichen Materials vergleichbar oder überlegen sind. Vorzugsweise sollte diese Behandlung zwischen 149 und 1770C während 1 bis 8 Stunden ausgeführt werden. Die vorgeschriebenen mechanischen und elektrischen Eigenschaften werden bei Anwendung des obigen Verfahrens mit einer Kaltreduktion nach der Lösungsbehandlung von 70 bis 99 % Querschnittsreduktion ohne Zwischenerweichungsbehandlungen erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf Legierungen auf Aluminiumbasis, die 0,20 bis 1,3 Gew.-% Silicium und 0,3 bis 1,4 Gew.-% Magnesium enthalten, wobei die Legierung 6201 bevorzugt wird. Natürlich können übliche Verunreinigungen vorhanden sein und Zusätze verwendet werden, um spezielle Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise kann die Legierung höchstens 1,0% Eisen, höchstens 1,0% Kupfer, höchstens 0,8% Mangan, höchstens 0,35% Chrom, höchstens 0,5% Zink, 0,001 bis 0,05% Bor, höchstens 0,2% Titan und höchstens je 0,05% und insgesamt 0,15% andere Bestandteile enthalten. Bor ist ein besonders vorteilhafter Legierungszusatz.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von spanlos verformten Legierungen auf Aluminiumbasis, die 0,20 bis 1,3 Gew.-% Silicium, 0,3 bis 1,4 Gew.-% Magnesium und als Rest im wesentlichen Aluminium enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung obiger Zusammensetzung mindestens 5 Minuten auf einer Temperatur von 454 bis 510oC hält, unter Einhaltung einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 55,50C pro Minute warmwalzt und anschliessend nach weniger als 20 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55,5C pro Minute auf unter 1210C abkühlt.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 55,50C pro Minute bis auf Zimmertemperatur erfolgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man nach erfolgter Abkühlung mit mindestens 70%iger Querschnittsreduktion kaltzieht und dann zusätzlich mindestens 15 Minuten auf 121 bis 2320C erhitzt.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man während eines Zeitraumes von 15 Minuten bis 16 Stunden auf einer Temperatur von 454 bis 5100C hält
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach dem Warmwalzen praktisch frei von ausgefälltem Magnesiumsilicid ist.
5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Legierung eine Aluminiumlegierung verwendet, die 0,5 bis 0,9 Gew.-' c Silicium, bis zu 0,5 Gew.-67c Eisen, bis zu 0,1 Gew.-'7c Kupfer bic zu 0,03 Gew.-Nc Mangan, 0,6 bis 0,9 Gew.-6Xc Magnesium, bis zu 0,03 Gew.-% Chrom, bis zu 0,10 Gew.-'7c Zink und insgesamt bis zu 0,10 Gew.-67c andere Elemente in einer Menge von je bis zu 0,03 Gew.-C7c mit Ausnahme von Bor. das bis zu 0,06 Gew.-% ausmachen kann, enthält.
6. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man bis P, Stunden zusätzlich au: 149 bis 1770C erhitzt.
7. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangslegierung 0,001 bis 0,05 Gew.-% Bor enthält.
8. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangslegierung maximal 1,0 Gew.-% Eisen, maximal 1,0 Gew.-C7c Kupfer, maximal 0,8 Gew.-% Mangan, maximal 0,35 Gew.-'Xc Chrom, maximal 0,5 Gew.-So Zink, maximal 0,2 Gew.-CXc Titan und maximal je 0,05 Gew.-Nc und insgesamt nicht mehr als 0,15 Gew.-% andere Bestandteile enthält.
PATENTANSPRUCH II
Legierung, hergestellt gemäss dem Verfahren nach Patent