CH654027A5 - Verfahren zur herstellung feinkoerniger aluminiumwalzprodukte. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250 °C, eine Korngrösse von weniger als 10 um aufweisen.
Unter «Korngrösse» ist jeweils der durchschnittliche Durchmesser aller vorliegenden Körner zu verstehen.
Derart kleine Körner im geglühten Zustand sind unter anderem eine gute Voraussetzung für hohe Festigkeit bzw. Streckgrenze bei gleichzeitig guter Verformbarkeit; dies gilt für alle Dickenbereiche von mm-Blech bis zur Folie von wenigen (im Stärke.
Bei Aluminiumwalzprodukten aus hierfür bekannten Legierungen entstehen nach Anwendung üblicher Fertigungsverfahren bei einer Endglühung über 250 °C Körner in der Grössenordnung von 15 bis 50 jim. Indessen wurde ein Verfahren bekannt, gemäss dem Aluminium-Eisen-Legierungen derart zu Walzprodukten verarbeitet werden, dass nach einer Endglühung im Bereich zwischen 250 und 400 °C Korngrös-sen auftreten, welche unter 3 jim liegen.
Dieses Verfahren benötigt jedoch den Einsatz spezieller Giessmaschinen, welche Erstarrungsgeschwindigkeiten von mehr als 25 cm/min ermöglichen. Bei den üblichen Strang-giessmethoden aber, liegt die Erstarrungsgeschwindigkeit zwischen 5 und 12 cm/min.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein auf niedrig legierten Aluminium-Eisen-Legierungen basierendes Verfahren bereitzustellen, welches unter Verwendung der verbreitet im Einsatz stehenden halbkontinuierlichen Barren-Stranggus-Anlagen die Herstellung von Walzprodukten erlaubt, bei denen bei Walzendicke, nach einer Glühung oberhalb 250 °C, die Körner kleiner als 10 um sind.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Legierung, bestehend aus 0,8 bis 1,5 Gew.-% Eisen, je bis zu 0,5% Silizium und Mangan, wobei die Summe von Silizium und Mangan zwischen 0,2 und 0,8% liegt, und anderen Bestandteilen bis zu je 0,3%, insgesamt bis zu 0,8%, Rest Aluminium, mit einer Erstarrungsgeschwindigkeit von 2,5 bis 25 cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 0,5 K/s auf Temperaturen unter 120 °C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 75% ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird, sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380 °C nicht übersteigt.
Durch die Auswahl der Legierungszusammensetzung sowie der Aufstellung dreier notwendiger, aber leicht einzuhaltender thermomechanischer Fertigungsvorschriften gelang es, für alle Giessmethoden, welche Erstarrungsgeschwindigkeiten zwischen 2,5 und 25 cm/min mit sich bringen, ein Verfahren zu definieren, welches bei den geglühten Blechen, Dünnbändern oder Folien, Korngrössen im Bereich zwischen 1 und 5 (im, in jedem Falle aber unter 10 um erzeugen.
Für Erstarrungsgeschwindigkeiten ausserhalb des definierten Bereichs ist das angegebene Verfahren weniger geeignet.
Mit zunehmender Endglühtemperatur kann das Verhältnis Verformbarkeit zu Festigkeit gesteigert werden. Dabei stellte sich für den erfindungsgemässen Legierungsbereich heraus, dass die Endglühtemperatur 380 °C nicht übersteigen darf, um mit Sicherheit Körner von über 10 um zu vermeiden.
Ebenfalls kritisch für die Erzeugung feiner Körner sind die dem Warmwalzen folgenden Schritte. Die Versuche zeigten, dass, um die Entstehung feiner Körner nicht zu gefährden, im Bereich zwischen Warmwalzendtemperatur und etwa 120 °C die Abkühlrate 0,5 K/s nicht unterschreiten darf; die Abkühlrate unterhalb 120 °C ist diesbezüglich unbedeutend. Solche Abkühlgeschwindigkeiten sind bei einem Durchgang des Bandes durch einen Wasserkasten oder auch bei einer Bandkühlung mittels intensiver Luftströmung zu erreichen.
Die erste Glühung nach dem Warmwalzen, eine Endglühung oder gegebenenfalls Zwischenglühung, darf nicht bei einer Dicke, welche mehr als ein Viertel der Warmwalzend-dicke beträgt, erfolgen.
Der Gewichtsanteil an Eisen muss höher als 0,8% liegen; andernfalls entstehen nach der Endglühung Körner von eher über 10 um Grösse. Liegt andererseits mehr als 1,5% Eisen vor, gelangt man in die Nähe der eutektischen Zusammensetzung; dies birgt die Gefahr der Bildung grober Ausscheidungen beim Guss, welche die Verformbarkeit empfindlich stören würden.
Übersteigt der Silizium- oder Mangangehalt 0,5%, oder übersteigt die Summe beider Gehalte 0,8%, so besteht ebenfalls die Gefahr der Bildung grober Ausscheidungen. Bei einer Summe beider Gehalte unter 0,2% wiederum, kann die Entstehung einer Korngrösse von über 10 [im nur schwer vermieden werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die untere Grenze für den Eisengehalt bei 1,1% und diejenige für Mangan bei 0,25% festzulegen. Bei geringeren Gehalten können Korngrössen auftreten, welche nicht wesentlich unter 10 um liegen. Bei Mangangehalten unter 0,25% besteht zudem eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit.
Die Versuche zeigten, dass sich eine Beschränkung des Fe/Mn-Gewichtsverhältnisses zwischen 2,5 und 4,5 besonders günstig auf das Feinkorn auswirkt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Beispiel 1 : Einfluss der Legierung bei Dünnband
Fe
Si
Mn sonst, je erfindungsgemässe
Legierung
E 1 1,3
0,1
0,4
0,01
konventioneller
Dünnbandwerkstoff
OO
cT
0,7
0,01
0,01
Nach dem Stranggiessverfahren werden Barren beider Legierungen von 412 x 1000 mm Querschnitt mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/min gegossen; die Erstarrungsgeschwindigkeit betrug dabei 7 cm/min. Die Barren wurden überfräst, auf 540 °C vorgewärmt und auf 8 mm warmgewalzt. Das Warmwalzband durchlief einen Wasserkasten und wurde auf 0,7 mm kaltgewalzt. Bei dieser Zwischendicke erfolgte eine 3stündige Glühung bei 350 °C; danach wurde kalt auf 0,1 mm gewalzt. Nach einer 20stündigen Endglühung bei 320 °C wurden folgende Werte erzielt: (die mechanischen Werte in Walzrichtung gemessen)
Rm
Rpo.2
© O
II
hJ
<
Korngrösse
MPa
MPa
%
um
El
125
75
29
4
Kl
95
35
27
25
Beispiel 2: Einfluss der Legierung bei Folien
Fe Si Mn sonst, je erfindungsgemässe
Legierung
E 2
1,25
0,15
0,35
0,01
erfindungsgemässe
Legierung
E 3
1,5
0,25
0,01
0,01
konvent. Folienwerkstoff
K 2
0,55
0,15
0,01
0,01
Bis 0,1 mm wurden die beiden Legierungen gleich wie im Beispiel 1 verarbeitet. Im Anschluss wurde auf 13 .um kaltgewalzt und bei 280 °C endgeglüht.
Rm
Rpo. 2
© O
II <
Korngrösse
E 2
115
90
6
7
E 3
105
70
6
9
K 2
70
35
4
25
654 027
Beispiel 3 ; Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Warmwalzen
Fe
Si
Mn sonst, je
M
0,15
0,3
0,01
Das Fertigungsprozedere entspricht in einem Falle (AE) demjenigen des Beispiels 1, im andern Falle (AK) wurde es dahingehend abgeändert, dass das Warmwalzband nicht durch einen Wasserkasten geführt, sondern sofort aufgehaspelt wurde.
Rm
Rpo. 2
A(L=100) Korngrösse
AE (erfindungs
gemäss)
115
70
25
9
AK
100
45
16
40
Beispiel 4: Einfluss der Endglühtemperatur
Fe Si
Mn
sonst, je
1,3 0,2
0,4
0,01
Bis 0,1 mm wurde obgenannte Legierung wie in Beispiel 1 verarbeitet. Die 20stündige Endglühung wurde jedoch in einer Variante (GE) bei 320 °C und in einer anderen Variante (GK) bei 400 °C durchgeführt.
Rm
Rpo. 2
A(L= 100)
Korngrösse
GE (erfindungs
gemäss)
125
80
28
5
GK
115
50
25
15
Beispiel 5: Einfluss des Kaltwalzgrades zwischen Warmwalzdicke und Dicke bei erster Glühung
Die Legierung E 1 wurde wie im Beispiel 1 bis und mit der Wasserkühlung des warmgewalzten Bandes verarbeitet. Weiter wurde das Band bis 2,8 mm kaltgewalzt, 3 Stunden bei 360 °C geglüht, bis 0,8 mm weitergewalzt, 3 Stunden bei 350 °C geglüht, bis 0,1 mm fertiggewalzt und schliesslich, wie in Beispiel 1, 20 Stunden bei 320 °C geglüht (KW).
Rm
Rpo. 2
1
>
r
Ii
: O o
1 w
Korngrösse
El nach Beispiel 1
125
75
29
4
KW
115
55
28
30
3
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
G
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250 °C, eine Korngrösse von weniger als 10 (im aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung, bestehend aus 0,8 bis 1,5% Eisen, je bis zu 0,5% Silizium und Mangan, wobei die Summe von Silizium und Mangen zwischen 0,2 und 0,8%
liegt, und anderen Bestandteilen bis zu je 0,3%, insgesamt bis zu 0,8%, Rest Aluminium, mit einer Erstarrungsgeschwindigkeit von 2,5 bis 25 cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens
0,5 K/s auf Temperaturen unter 120 °C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 75% ohne Zwi-schenglühung kaltgewalzt wird, sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380 °C nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminium-Legierung mehr als 1,1% Eisen und mehr als 0,25% Mangan enthält.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Eisenanteil zu Mangananteil zwischen 2,5 und 4,5 liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminiumlegierung ausser Fe, Si und Mn höchstens je 0,1% von jedem weiteren Bestandteil enthält.
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