DD280978A5 - Verfahren zur herstellung von rohren, staeben, baendern aus nichteisenmetallen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von rohren, staeben, baendern aus nichteisenmetallen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, Staeben und Baendern aus einem stranggegossenen oder aehnlichen Knueppel durch Kaltverformung, wobei die Temperatur des Werkstoffes durch den Einfluss des Formaenderungswiderstandes bis in den Rekristallisationsbereich ansteigt. Das Verfahren betrifft vor allem die Weiterverarbeitung von aus Nichteisenmetallen wie Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirconium und Titanium sowie deren Legierungen hergestellten Knueppeln.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, Stäben und Bändern aus Nichteisenmetallen von stranggegossenen oder auf ähnliche Weise erzeugten Knüppeln mit Hilfe der Kaltverformung, bei der die Temperatur dw Werkstoffes durch den Einfluß des Formveränderungswiderstandes bis in den Rekristallisationsbereich ansteigt. Das Verfahren findet vor allem bei der Weiterverarbeitung von aus Nichteisenmetallen wie Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirconium und Titanium sowie deren Legierungen hergestellten Knüppeln Anwendung.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Zur Erzeugung von Halbzeugen aus Kupfer und Kupferlegierungen ist es bekannt, für die Weiterverarbeitung durch Blockgießen erzeugte Blöcke zu verwenden, zunächst in einer Warmverformung und dann in einer anschließenden Kaltverformung. Für die Warmverformung wird Walzen, Strangpressen und Stopfenwalzen angewandt und für die Kaltverformung Walzen, Ziehen und Walzen auf einem Pilgerwalzwerk. Anschließend wird jedes Produkt einer für den jeweiligen Produkttyp entsprechenden speziellen Weiterverarbeitung unterzogen.
Zur Verringerung der Verformungsschritte bei dem Herstellungsprozeß ist die moderne Industrie in zunehmendem Maße zum Stranggießen übergegangen, dessen Ziel darin besteht, Abmessungen des Blocks zu erzielen, die mit den Abmessungen des Endproduktes möglichst eng übereinstimmen. In gewissen Zusammenhängen wird dieses Gießverfahren auch als Tauchkokillenstranggießen bezeichnet. Das Kristallgefüge eines durch Stranggießen gewonnenen Produktes, wie das eines Rohrmantels, ist von Natur aus grobkörnig und inhomogen. Die Weiterbehandlung eines stranggegossenen Knüppels mit kleiner Querschnittsfläche, z. B. eines Bandes, besteht häufig in der Kaltverformung. Das beim Gießen entstehende grobe und inhomogene Gefüge kann aber vor allem bei der Kaltverformung eines Rohres oder Stabes zu der sogenannten Orangenschalenoberfläche auf dem Werkstoff führen, ein Fehler, der noch im Endprodukt sichtbar ist und die Abnahme bei der Endkontrolle beeinflußt. Ein weiterer Nachteil dieses Gefüges besteht darin, daß der Werkstoff bei der Fortsetzung des Kaltverformungsprozesses ohne Zwischenglühen, wie es in der Industrie üblich ist, bereits in einem frühen Stadium Risse aufweist, die zu seinem Bruch führen. Das ist besonders bei solchen Verformungsprozessen der Fall, bei denen der Werkstoff unter Zugspannung gebogen werden muß, zum Beispiel dann, wenn Grobziehen für Rohre angewandt wird. Bei einem für die Rohrherstellung üblichen Verfahren wird der stranggepreßte Rohrmantel zuerst in einem Pilgerwalzwerk gewalzt, worauf ein Grobziehen vorgenommen wird. Die Kosten für das Pilgerwalzen sind jedoch hoch, und ein anderer erwähnenswerter Nachteil ist es, daß die mögliche Exzentrität des Mantels mit Hilfe eines Pilgerwalzwerkes nicht korrigiert werden kann.
Wie bereits dargelegt, stellt die Warmverformung die traditionelle Lösung in Verbindung mit Blockgießen und teilweise auch mit Stranggießen dar. Durch die Anwendung dieses Verfahrens sind auch die durch das inhomogene Kristallgefüge nach dem Gießen auftretenden Probleme zu lösen, weil Metalle und Legierungen bekanntlich bei dem Warmverformungsprozeß rekristaiiisiert und folglich homogenisiert werden. Die Anwendung der Warmverformungstechnik, vor allem für die stranggegossenen Knüppel von Kupfer, Aluminium und deren Legierungen, die kleine Querschnittsflächen haben, ist jedoch viel zu unwirtschaftlich.
Die SMS Schloemonn-Siemag AG hat eine Planetenwalztechnik entwickelt, bei der drei konische Walzen in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Die Walzen drehen sich um ihre eigene Achse und auch um die Mittelachse des gesamten Planetensystems. Die bei einem einzigen Stich erzielte Querschnittsabnahme ist hoch, sie liegt sogar über 90%. Planetenwalzen wird häufig durch die Anwendung der Abkürzung PSW (Planetenschrägwalzwerk) bezeichnet, und die betreffende Anlage ist durch verschiedene Patente geschützt.
Bisher wird das Planetenwalzen für das Walzen von Stahl angewandt. Im Falle von Rohren gelangen die vorgewärmten Knüppel zuerst beispielsweise in das Stopfenwalzwerk und anschließend in das PSW-Walzwerk. Beim Walzen von Stäben werden did Knüppel zuerst einzeln vorgewärmt; daher wird beim Walzen von Stahl in Planetenwalzwerken immer das Verfahren der herkömmlichen Warmverformung angewandt
Zum Stand der Technik sind einige markante Beispiele zu nennen.
Beispiel 1:
Ein stranggepri'ßter Rohrmantel aus phosphorhaltigem, desoxydiortem Kupfer (Cu-DHP) wird auf einem Pilgerwalzwerk gewalzt. Die ursprüngliche Abmessung des Mantels betrug 60/80mm und die Korngröße des Gußgefüges beträgt 1 bis 20mm. Nach erfolgreichem Walzen beträgt die Abmessung des austretenden Rohres 44/40mm, und das Gußgefüge ist dabei in ein kaltverfestigtes Gefüge umgewandelt worden. Die Härte des Rohres lag im Bereich von 120 bis 130 HV5. Das in der beschriebenen Weise gewalzte Rohr hat jedoch das Grobziehen nicht überstanden, nur Geradbankziehmaßnahmen verliefen erfolgreich. Zum Ziehen des in dieser Weise hergestellten Rohres mit schweren Einzelzügen war ein Zwischenglühen erforderlich. Daher bleibt es dabei, daß das Gußgefüge beim Walzen nicht verschwindet, weil die Temperatur des Werkstoffes bei dieser Form des Walzens niedrig bleibt. Außerdem ist die Oberflächenqualität infolge des groben Gußgefüges nicht zufriedenstellend.
Beispiel 2:
Ein stranggegossener Rohrmantel, 80/40mm wird in einer Ziehbank geradegezogen. Die Qualität der Rohroberfläche ist schlecht, und das Ziehen kann ohne Zwischenglühen nicht als Grobziehen fortgesetzt werden, weil das Gußgefüge keine starken Abnahmen aushält. Der Werkstoff des Mantels ist der gleiche wie im vorhergehenden Beispiel, und die Guß- und kaltverfestigten Gefüge sowie die Härte des kaltverformen Rohres bleiben ebenfalls im gleichen Bareich wie oben.
Beispiel 3:
Ein Rohrmantel, 80/60mm, Korngröße etwa 0,1 mm, der aus einem 280mm χ 660mm großen Gußknüppel stranggepreßt wurde und aus phosphorhaltigem, desoxydiertem Kupfer (Cu-DHP) besteht, wird auf einem Pilgerwalzwerk auf die Abmessung 44/40mm gewalzt. Die Härte eines auf diuse Weise gewalzten Rohres betrug etwa 120 bis 130HV5, und das Gefüge war ein kaltverfestigtes Gefüge. Die weitere Verformung des Rohres auf die endgültigen Abmessungen wird als Grobziehen und Oankziehen ohne Zwischenglühen ausgeführt. Das Endprodukt kann, wenn es erforderlich ist, weichgeglüht werden.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfah/en zur Herstellung von Rohren, Stäben und Bändern zur Anwendung zu bringen, das eine kostengünstige Bearbeitungsweise bei der Kaltverformung zuläßt.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, Stäben und Bändern aus stranggegossenen oder auf ähnliche Weise erzeugten Knüppeln mit Hilfe der Kaltverformung, bei der die Temperatur des Werkstoffes durch den Einfluß des Formänderungswiderstandes bis in den Rekristallisationsbereich ansteigt, zu schaffen, bei dem mittels Kraftverformung ohne thermische Beeinflussung wie Glühen o.a. von außen eine Formgebung vorgenommen wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Knüppel in einer solchen Weise kaltvorformt wird, daß die Temperatur des zu verformenden Werkstoffes durch den Einfluß des Formändorungswiderstandes bis in den Rekristallisationsbereich ansteigt.
Außerdem bietet die Lösung nach der Erfindung den Vorteil, daß der in Verbindung mit der Verformung erzielte Temperaturanstieg von kurzer Dauer ist, so daß das Risiko eines übermäßigen Kornwachstums und übermäßiger Oxydation ausgeschlossen wird. Die Korngröße des aus dem Verformungsschritt resultierenden Werkstoffes ist klein, sie beträgt etwa 0,005 bis 0,050 mm
Für die Kaltverformung eines Rohrmantels hat sich das Planetenwalzen als geeigne tes Verfahren für den Temperaturanstieg bis in den Rekristallisationsbereich erwiesen. In dem Rohrmantel, der vorzugsweise einen Durchmesser von beispielsweise 80/40mm hat, wird mit Hilfe eines Dornträgers ein Dorn untergebracht, und der Rohrmantel wird auf die Abmessungen von mindestens 55/40 mm, am besten auf die Abmessungen 45/50 mm, gewalzt, worauf weitere Ziehvorgänge ausgeführt werden. Das Walzen von Stabmaterial erfolgt in der gleichen Weiee wie das von Rohren, aber natürlich ohne Dorn. Bei der Herstellung von Bandmaterial kann eine andere Verformunysrr.ethode gewählt werden, die eine entsprechend hohe Querschnittsabnahme ergibt, zum Beispiel das Schmieden.
Wenn der durch den Verformungsprozeß erzielte Temperaturanstieg für die Rekristallisation des Werkstoffes nicht ausreicht, kann vorteilhaft die Temperatur durch leichtes Vorwärmen des Werkstoffes erhöht werden, zum Beispiel durch o'on Einsatz einer Induktionsspule, durch dip d6r Knüppel unmittelbar vor dem Verformungsvorgang hindurchläuft. Wie aus der Beschreibung hervorgeht, ist ein stranggegossener Werkstoff ein sehr gut geeignetes Einsatzmaterial für das PSW-Walzen, jedoch kann es auch zum Beispiel ein stranggepreßter Rohrmantel sein. Somit kann das teure Pilgerwalzen durch das billigere PSW-Walzen ersetzt v/erden, und als zusätzliche Vorteile werden ein besseres Mikrogefüge in dem Werkstoff und die Möglichkeit, die Exzentrizität eines Rohrmantels während des Prozesses verringern zl können, erzielt. Die vorteilhafteste Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt für die Herstellung von Rohren und Stäben in der Anwendung einer verhältnismäßig billigen Kombination von Strangguß- und PSW-Walzausrüstung, die anstelle der teuren Technik von Knüppelgießen - Sirangpressen (oder Schrägwalzen) - Pilgerwalzen eingesetzt werden kann.
Es ist ein vorteilhaftes Ergebnis nach der Erfindung, daß ein gutes Ergebnis- hinsichtlich des Mikrogefüges des Werkstoffes- bei der Verfoi mung von Nichteisenmetallen, vor allem Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirconium und Titanium sowie deren Legierungen, ohne einzelnes Vorwärmen und ohne gesondertes Zwischenglühen erzielt wird, wenn die Temperatur des Werkstoffes bei der Kaltverformung durch starke Querschnittsabnahme und Eigenreibung des betreffenden Werkstoffes bis in den Kekristallisationsbereich ansteigt. Kaltverformung ist im allgemeinen ein Vorgang, dem der zu behandelnde Werkstoff ohne Vorwärmung unterzogen wird und bei dem die Temperatur des Werkstoffes während des Verformungsstadiums unter der Rekristallisationstemperatur bleibt. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von Kaltverformung gesprochen wird, dann ist eine Verformung gemeint, bei der die Temperatur jedoch im Laufe des Verformungsprozesses wesentlich, über die normale Kaltverformungstemperatur hinaus ansteigt, d. h. bis in den Rekristallisationsbereich des Werkstoffes. Es ist im Sinne der Erfindung, daß es sich bei der Kaltverformung um Kaltwalzen handelt, wobei d' , Knüppel während der Kaltverformung vor der Kaltvorformung vorgewärmt wird.
Eine Verwendungsform der Erfindung ist es, daß das Vorwärmen unter Einsatz einer Induktionsspule durchgeführt wird und der Knüppel aus einer Kupferlegierung besteht. Weiterhin ist die Erfindung ausgestaltet, wenn der Knüppel aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ociar euch aus Nicke! oder Nickellegierung besteht. Die Erfindung ist vorteilhaft ausgestaltet, indem der Knüppel aus Zirconium oder Zirconiumlegierung besteht oder indem der Knüppel aus Titanium oder Titaniurnlegierung gebildet ist, wobei vorteilhaft die Querschnittsabnahme bei der Kaltverformung mindestens 70% beträgt, wobei das Verfahren variierend die Querschnittsahnahme bei der Kaltverformung vorteilhafterweise etwa 90% betragen kann. Vorteilhaft ist die Erfindung ausgestaltet, wenr die Kaltverformung des Knüppels als Planetenwalzen ausgeführt wird und die Kaltverformung eines Rohrmantels als Planetenwalzen vorgenommen wird. Ausgestaltet ist die Erfindung, wenn das Kaltwalzen des massiven Knüppels aus Planetenwalzen ausgeführt wird wobei der zu bearbeitende Knüppel durch Stranggießen hergestellt wurde und der zu bearbeitende Knüppel stranggepreßt wurde.
Mit der erfindungsgomäßen Lösung wird bewiesen, daß die Temperatur des Werkstoffes infolge des Formänderungswiderstandes, der durch eine starke Querschnittsabnahme und digenreibung im Werkstoff entsteht, im Laufe der Verformung bis in den Bereich von 250 bis 75O0C ansteigt. Die Erfahrung hat ergeben, daß eine geeignete Rekristallisationstemperatur für Kupfer und Kupferlegierungen im Bereich von 250 bis 7000C, für Aluminium und Aluminiumlegierungen im Bereich von 250 bis450°C, für Nickel und Nickellegierungen im Bereich von 650 bis 75O0C, für Zirconium undZirconiumlegierungen im Bereich von 700 bis 7850C und für Titanium und Titaniutilegierungen im Bereich von 700 bis 75O0C liegt. Die Verformungstemperatur kann für jeden in Frage kommenden Werkstoff geeignet reguliert werden, indem das Kühlen geregelt wird. Das zumindest teilweise rekristallisierte Gefüge ermöglicht eine Weiterverarbeitung durch Kaltverformung, zum Beispiel Grobziehen eines Rohres, ohne daß die Gefahr der Rißnildung im Werkstoff entsteht.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Beispiel 1:
Ein stranggegossener Rührmantel aus phosphorhaltigem, desoxydiertem Kupfer (Cu-DHP), Durchmesser 80/40mm und mit normalem Gußgefüge (Korngröße 1 bis 20mm) wurde auf einem PSW-Walzwerk auf die Abmessungen 46/40mm gewal2. Das Walzen war erfolgreich, und das in dieser Weise gewalzte Rohr konnte auch weiter mit Grobzügen gezogen werden. In bezug t-if das Mikrogefüge des gewalzten Rohres war festzustellen, daß die Korngröße gering war, 0,005 bis 0,015 mm, das bedeutete, da.' währenddes Walzens Rekristallisation in dem Gefüge stattgefunden hatte. Die Härte des gewalzten Rohres betrug 75 bis 80HV5, ein Anzeichen, daß Wek "lglühen nicht erforderlich wurde. Das Rohr wurde sechsmal in Grobzügen gezogen und erlangte di Abmessungen 18/16,4mm. Nach dem Ziehen betrug die Härte des Rohres 132 HV5.
Beispiel 2:
Ein stranggeproßter Rohrmantel, 80/40 mm, Werkstoff sauerstofffreies Kupfer Cu-OF, wurde auf einem PSW-Walzwerk auf die Abmessungen 46/40mm gewalzt. Das Walzen war erfolgreich, und das Gefüge wurde durch den Einfluß des Temperaturanstieges während des Verformungsprozesses rekristallisiert. Die Korngröße des gewalzten Rohres bet'ug etwa 0,010mm und die Härte etwa 80HV5.

Claims (24)

1. Verfahren zur Herstellung von Rohren, Stäben, Bändern aus einem Nichteisenmetall, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel in einer solchen Weise kaltverformt wird, daß die Temperatur des zu verformenden Werkstoffes durch den Einfluß des Formänderungswiderstandes bis in den Rekristallisationsbereich ansteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Kaltverformung um Kaltwalzen handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel während der Kaltverformung vor der Kaltverformung vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmen unter Einsatz einer Induktionsspule durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel aus einer Kupferlegierung besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel aus Nickel oder Nickellegierung besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel aus Zirconium oder Zirconiumlegierung besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel aus Titanium oder Titaniumlegierung besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabnahme bei der Kraftverformung mindestens 70% beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabnahrne bei der Kaltverformung etwa 90% beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung des Knüppels als Planetwalzen ausgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung eines Rohrmantels als Planetenwalzen vorgenommen wird.
14. Vorfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen des massiven Knüppels als Planetenwalzen ausgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bearbeitende Knüppel durch Stranggießen hergestellt wurde.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bearbeitende Knüppel stranggepreßt wurde.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zu bearbeitenden Werr "Stoffes bis in den Bereich von 250 bis 7500C ansteigt.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bis in den Bereich von 250 bis 7000C ansteigt.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bis in den Bereich von 250 bis 4500C ansteigt.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bis in den Bereich von 650 bis 7500C ansteigt.
21. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bis in den Bereich von 700 bis 750°C ansteigt.
22. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bis in den Bereich von 700 bis 75O0C ansteigt.
23. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur durch Einstellen der Kühlung reguliert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des verformten Werkstoffes im Bereich von 0,005 bis 0,050mm bleibt.
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