DD200231A1 - Al-leitdraht mit erhoehter festigkeit und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt ein Zusatzpatent zu WP140759 dar. Es wird die gezielte Erhoehung der Festigkeit der nach WP140759 hergestellten legierten Al-Leitdraehte vom Typ AlFeMg durch definierte Erhoehung des Fe-Gehaltes bei Limitierung des Mg- und Si-Gehaltes sowie durch spezielle verfahrenstechnische Massnahmen beschrieben. Mit dem erfindungsgemaessen Verfahren gelingt es, Al-Leitdraehte im Durchmesserbereich 2,5-3,0 mm mit Festigkeiten von 290-320 MPa und hoher elektrischer Leitfaehigkeit zum Einsatz fuer Freileitungsseile herzustellen. Ausserdem koennen mit dem erfindungsgemaessen Verfahren legierte Al-Leitdraehte hoeherer Festigkeit zum vorteilhaften Einsatz fuer flexible Leitungen hergestellt werden, ohne die im WP140759 aufgefuehrte Endverformung oder die sonst erforderliche komplizierte Waermebehandlung zur Einstellung eines Zwischenzustandes fuer Erzielung der gewuenschten Eigenschaften vornehmen zu koennen.

Description

Al-Leitdraht mit erhöhter Festigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung '

Anwendungsgebiet der Erfindung

Einsatzgebiete des erfindungsgemäß hergestellten Al-Leitdrahtes sind vor allem spezielle Fälle in der Elektrotechnik, wie z. B. flexible Leitungen und Freileitungen, die bislang anderen Werkstoffen wie Cu oder A199i5-E vorbehalten waren. Der Werkstoff ist demzufolge beispielsweise geeignet zur Substitution von Cu durch Al. Für Freileitungsseile eingesetzt, können infolge höherer Festigkeit die Mastabstände erweitert oder auch die Stahlseele eleminiert werden. Gegenüber dem Werkstoff Aldrey haben die erfindungsgemäß hergestellten Drähte den Vorteil der besseren elektrischen Leitfähigkeit.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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Für verschiedene Anwendungsgebiete vrie ζ. B. für die Substitution von Cu durch Al bei flexiblen Leitungen ist man interessiert an der Herstellung von legierten Al-Leitdrähten mit höhex*er Festigkeit. Das gelingt durch Zusatz verschiedener Legiorungselemente und unter Anwendung spezieller Herstellung^ verfahren (siehe ¥P ihO 759). Im Werkstoff AlFeO,7MgO₁16 wird beispielsweise die Festigkeit von Al-Leitdrähten (0 0,5 ^Inm» Zxistand "weich") von 80 MPa auf 100 - 130 IiPa erhöht. Für den Einsatz in flexiblen Leitungen, Telefonleitungen oder als Vickeldrähte ist man jedoch an folgenden Eigenschaften

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besonders interessiert:

Festigkeit R_n =150 MPa Dehnung A^₁₀₀ = 15 %

Aus diesem Grunde verfährt man meist so, daß dem Al-Leitdraht im Zustand "weich" noch eine geringere Vorformung aufgegeben wird (WP 1*f0 759) oder bei dem kaltverfestigten Draht eine Wärmebehandlung zur Einstellung eines Zwischenzustandes vorgenommen wird. Ersteres ist recht aufwendig, der zweite Veg ist industriell schwierig zu bewerkstelligen, da der in Frage kommende Temperaturbereich zur Einstellung der gewünschten Eigenschaften oft sehr schmal ist und manchmal nur ca. 20 K beträgt. Seine Einhaltung gelingt nur mit sehr hohem anlagentechnischen Aufwand,

Die in der Literatur angegebenen Verfahren und auch die im ¥P 1^0 759 angeführte Methode liefern legierte Al-Leitdrähte vom Durchmesser 3,0 mm mit Festigkeiten R ä> 200 - 220 MPa.

Für den Einsatz in Freileitungsseilen möchte man jedoch Al-Leitdrähte mit ca. 30 °ß> höherer Festigkeit, um in den Bereich der Leitdrähte der aushärtbaren AlMgSi-Legierung (Aldrey) zu gelangen. Damit könnte der in der Herstellung auf\fendigere Werkstoff Aldrey vermieden werden, der zudem noch ungünstigere elektr. Leitfähigkeit aufweist. Außerdem könnte versucht werden, den St/Al-Seile durch einen Seilverband des neuen Werkstoffs zu ersetzen.

Ziel der Erfindung

Ziel der- Erfindung ist es, im Werkstoffsystem AlFeMg die aufwendigen Schritte der Endverformung (VP 1^0 759) oder einer diffizilen Rückglühung zur Einstellung von Werkstoffeigenschaften eines Zwischenzustaxides zu vermeiden und dennoch die gewünschten Eigenschaften

R =150 MPa ^m

^AL=100 = ¹^ zu erhalten.

Durch den Wegfall der Endverformung wird die Produktionstechnologie vereinfacht und die Arbeitsproduktivität gesteigert. Die Vermeidung einer definierten Wärmebehandlung innerhalb eines schmalen Temperaturbereichs von — 20 K erübrigt in der Industrie den Aufbau einer komplizierten Wärmebehandlungsanlage.

Es besteht das Ziel, die Festigkeit der kaltverfestigten AlFeMg-Leitdrähte um ca. 30 % gegenüber dem im WP 14O 759 beschriebenen Verfahren zu erhöhen, um auch den Einsatz dieser Drähte mit Vorteil für Freileitungsseile z. B. an Stelle ^- von Aldrey- oder St/Al vornehmen zu können.

Wesen der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Leitdraht vom .TyP. AlFeO,7MgO, 2.die folgende Kombination der Werkstoffeigenschaften

Festigkeit R =150 MPa Dehnung ^A _L=100 - ¹5 % zu erzielen bei einer im Vergleich zum A199,5-E maximal 6 fo

LO CJ t Ό ** k

geringeren elektrischen Leitfähigkeit (= 33 > 6 m/ mm ) und ohne durch einen komplizierten Rückglühvorgang einen Zwischenzustand einstellen oder eine Endverformung anwenden zu müssen« Das gelingt durch Erhöhung des Fe-Gehaltes auf mindestens 1,3 Masse-^ und Anwendung des Drahtgießwalzverfahrens, bei dem die Gießleiste vor Einlauf in das Walzwerk durch Anwendung einer effektiven Wasserkühlung auf eine Temperatur von ^80 - 500 °C abgekühlt und ein Properzidraht mit üblichem Durchmesser hergestellt wird.

Dieser Grobdraht wird in üblicher Weise z. B. auf den Enddurchmesser von 0,5 kaltverformt und weichgeglüht. Die Wärmebehandlung kann in einem weiten Temperaturbereich zwischen 250 - 35Ο C ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden und liefert Al-Leitdraht mit den geforderten Eigenschaften,

Der im Vergleich zum AlFeO,7MgO,2 erhöhte Fe-Gehalt und die Möglichkeit, bei der Herstellung des Drahtes von einem dickeren Grobdraht (0 I5 mm) auszugehen, führt zu einem weiteren Vorteil. Die Festigkeitserhöhung des daraus durch übliche Kaltverformung hergestellten Al-Leitdrahtes im Durchmesserbereich 2,0 - 3»0 nsn ist so hoch, daß Festigkeitswerte von

R £» 300 MPa erreicht werden. Damit kommt man in die Größenm

Ordnung der Festigkeit des Werkstoffs Aldrey, der neben der aufwendigeren Herstellung auch den Nachteil einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit aufweist. Der erfindungsgemäß hergestellte Leitdraht vom Typ AlFeI,3MgO,2 besitzt im Vergleich zum Aldrey ( se = 28 m/amm ) die elektrische Leitfä-

higkeit von 3d iä 32,0 m/hmni und kann deshalb sehr vorteilhaft für Freileitungsseile eingesetzt werden.

Die hohe elektrische Leitfähigkeit, im Vergleich zum AlMgSi ergibt sich daraus, daß das zugefügte Fe im wesentlichen in ausgeschiedener Form vorliegt. ESMA-Uiitersuchungen haben ergeben, daß in der Matrix jeweils nur 0,05 Masse-$ Fe gelöst sind, der Rest befindet sich in Ausscheidungen. Dabei ist es notwendig, die Erstarrung im Interesse der Festigkeitssteigerung und den Warmuniformprozeß ε ο zu steuern, daß die

Ausscheidungen möglichst klein ( < 2 /tun) und möglichst gleichmäßig im Werkstoff verteilt sind.

Ausführungsbe ispiele Beispiel 1

Es wird eine Legierung der Zusammensetzung 1,3$ Fe; 0,18 $ MgJ 0,10 $ Si j Rest Al erschmolzen. Über ein kontinuierlich arbeitendes Gießrad wird eine Gießleiste erzeugt, wobei die Erstarrungsgeschwindigkeit von S 10 C/s angewendet wird. Die Gießleiste läuft durch eine spezielle Wasserkühlstrecke und wird dabei soweit abgekühlt, daß die Eintritts temperatur am Walzwerk ^80 - 500 °C beträgt. Der Walzdraht vom Durchmesser 9>5 n™ wird bei ^70 C/2 h heterogenisiert und danach in üblicher ¥eise zu Draht vom Enddurohmesser 0,5 ^m kaltverformt. Der anschließend im Temperaturbereich zwischen 250 - 350 °C w«

Eigenschaften :

250 - 350 ⁰C weichgeglühte Al-Leitdraht besitzt folgende

R =152 MPa in

^e = 33,9 m^

Der Draht eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von mehrdrähtigen flexiblen Leitungen und kann deshalb zur Substitution von Cu durch Al verwendet werden.

Be_is£iel_2_

Aus einer gemäß Beispiel 1 zusammengesetzten Al-Schmelze wird.über ein kontinuierlich arbeitendes Gießrad eine Gieß-.leiste erzeugt. Daraus wird unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen ein Walzdraht vom Durchmesser I5 nun hergestellt und entweder ^70 °C/2 h oder 35O °.C/3,5 h heterogenisiert. Der daraus durch Kaltverformung he'rge stell te Draht besitzt folgende Festigkeit:

0 C™*J ^R _ra

2,25

2,70 312

3,00 310

3,^0 295

Die elektrische Leitfähigkeit beträgt dabei δ£ ä 32 v&/a.\sm

Der Al-Leitdi-aht kann deshalb mit Vorteil für Freileitungen verwendet werden«

Claims (3)

1. 232 57 9 4

   Erfindungsanspruch.

   1, Verfahren zur Herstellung von legierten Al-Leitdrähten gemäß WP 1*K) 759ι dadurch gekennzeichnet, daß zur gezielten Erhöhung der Festigkeit bei hoher elektrischer Leitfähigkeit die als Ausgangsmaterial dienenden Schmelzen einen Fe-Gehalt bis 2,5 Masse-$ aufweisen.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungssystem vorzugsweise aus AlFeMg mit Gehalten von 1,3 Masse-$ Fe; £ 0,12 ... 0,20 Masse-^ Mg; £ 0,12 Masse-j£ Si besteht.

   3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer höheren Festigkeit die mittels Drahtgießwalzanlage hergestellte Gießleiste vor dem Eintritt in das Walzwerk einer Intensivkühlung unterzogen wird zur Einstellung eines definierten Ausseheidungszustandes und damit der entsprechenden Eigenschaftskombination.

   h. Verfahren gemäß Punkt 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellimg der für Freileitungsseile geeigneten Al-Leitdrähte von Walzdrähten mit einem Durchmesser zwischen 10 und 20 mm ausgegangen wird.
3. 5. Verfahren gemäß Punkt 1-3» dadur oh gekennzeiohnet, daß die so hergestellten Drähte mit einem Cu- oder Ni-Mantel über die gesarate Drahtlänge bzw. auch nur an den Anschlußstellen versehen sind, um spezielle Anforderungen, insbesondere bei der Anwendung im Bereich der Elektrotechnik zu erfüllen. . ... ^