NO821019L - Fremgangsmaate og anordning for fremstilling av et langstrakt aluminium-produkt - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av

et langstrakt aluminiumprodukt,' hvilken fremgangsmåte omfatter en kontinuerlig støping av en aluminiumlegering.iil en

stang, fulgt av kontinuerlig valsing av stangen.. Med lang- . strakt produkt menes hvilket som heist produkt, f .eks. tråd, bånd élier tverrsnitts—formet aluminium, med en lengdedimen-sjon som er vesentlig større, enn dé to'på lengderetningen vin-kelrette dimensjoner, uavhengig av den geometriske form av tverrsnittet vinkelrett på lengderetningen, som kan være kvad-ratisk, rektangulært, rundt, trapesformet eller hå.hvilken som helst annen form. Disse produkter kalles ofte produkter med "uendelig" lengde.

Kontinuerlig støping innebærer imidlertid en ulempe som

er av spesiell betydning under den påfølgende valseoperasjon.. Det er kjent at kontinuerlig støping forårsaker hulrom som følge av ujevn avkjøling av veggene i kanalene som aluminiumet størkner i for .tildanning av den støpte stang. ' Én har forsøkt,

å eliminere slik porøsitet ved'en valseoperas jon med stor ire-duksjonsrate for oppnåelse av en komprimering som er tilstrekkelig til å lukke hulrommene, men slik komprimering forårsaker så store indre spenninger at der er fare for sprekkdannelser;

særlig der de sprø, eutektiské utfyllinger er konsentrert.

Dette er grunnen til at man Har prøvet å finne en løsning på dette problem ved å søke å oppnå en jevnere fordelt avkjøling

langs omkretsen av kanalens vegger. De. praktiske løsninger i denne henseende har imidlertid ført til betydelige ansamlinger, av den eutektiské fase ved overflaten, hvilket fører til sprekkdannelser under det påfølgende valsetrinn. Omvendt har de mulige løsninger for under størkningen å unngå slike konsentra-. sjoner av eutektiské faser med sikte på å unngå sprekker under valsing, vist seg å være av en art som ikke tillater elimi-nering av nevnte hulrom i metallet under størkningen. I denne

■forbindelse er problemet med å oppnå en bedre kvalitet•på- produktet, oppnådd ved vaising av en støpt stang,. fremdeles uløst.

Fremgangsmåten ifølge.oppfinnelsen erkarakterisert ved

at den støpte stang mellom den kontinuerlige støpeoperasjon og valseoperasjonen utsettes for en kontinuerlig ekstruderingsdpe-rasjon.

Ekstruder ing, slik "den i dag er kjent .for forming, med utgangspunkt i støpeblokker, av langstrakte produkter med en ønsket tverrsnittsprof il, gjør det' nødvendig å forbehandle

■ved homogenisering og'fjerning, ved.mekaniske midler, av de eutektiské konglomerater ved blokkenes overflate', for å oppnå en tilstrekkelig økonomisk hastighet ved utgangen av ekstruderingspressen. En stang som er fremstilt ved konven- ■ sjonelle,■kontinuerlige støpemetoder, f.eks. ved bruk av et støpehjul, oppviser' imidlertid en meget lavere heterogenitet enn en støpt blokk., og det viser seg nå at en slik stang kan ekstruderes direkte , • uten bruk av de konvensjonelle f orbehandlings-operqsjoner, og med en hastighet som- er tilstrekkelig høy til å-oppta stangen som forlater støpehjulet med dens normale økonomiske hastighet. Følgelig synes eh. kontinuerlig ekstrudering •ved utgangen av det kontinuerlige støpeapparat. å være mulig med de normale økonomiske hastigheter. Og.det er i denne ekstruderingsoperasjon at metallet;, ved samvirkningen mellom hastighet og trykk, skyves meget langt inn i det plastiske deformasjons-.

område, slik.at den heterogene, dendritiske porøse struktur

med dens eutektiské konglomerater ødelegges, og den oppnådde struktur, blir lik den -struktur som oppnås ved homogenisering-etter varmvalsing.

'En anordning for bruk av foreliggende oppfinnelse vil følgelig omfatte, i rekkefølge fra oppstrøms- til nedstrøms-siden av et kontinuerlig støpeapparat for fremstilling av en støpt stang,. en■kontinuerlig ekstruderingspresse og et kontinuerlig valseverk..Det kontinuerlige støpeapparat vil fortrinnsvis være et kontinuerlig støpehjul.

Fremgangsmåten er på samme tid meget økonomisk, ettersom den er en kontinuerlig prosess som starter' fra smeltet metall, som ikke må gjenoppvarmes 'etter den nødvendige nedkjøling som ellers er. nødvendig for en méllomgående forbehandling av det

■støpte produkt før ekstrudering. For ekstruderingén utnyttes det størknede metalls iboende varme, uten vesentlig oppvarmning, selv om en méllomgående oppvarmning mellom utgangen fra det kontinuerlige støpeapparat og inngangen til ekstruderings-.instrumentet kan utføres for oppnåelse av en ideell inngangs-temperatur, i avhengighet av legeringssammensetningen, de anvendte dimensjoner, og de øvrige■parametere i ekstruderings-systenet.

En meget ■ stor fordel ved oppfinnelsen er det faktum at tverrsnittsformen til det ekstruderte produkt fritt kan velges, idet dette innebærer at det påfølgende valsetrinns innledende form kan velges. Følgelig kan fremgangsmåten få e-n-utstrakt anvendelse uavhengig av den geometriske, form på det endelige produkt, og den er særlig anvendbar for fremstilling av flate bånd.eller strimler, dvs.: som har et tverrsnitt med en lengde mer enn det dobbelte av bredden.. Produktet etter valsing kan også være i form av.stangtråd, med rundt tverrsnitt med diåme-ter generelt fra' 5 til 20 mm, i de fleste tilfeller mellom .7

og 12 mm.

Oppfinnelsen skal i. det-følgende forklares nærmere- i tii-knytning til enkelte tegninger som bare er ment som eksempel og

■i hvilke

Fig. i viser ekstruderingspressen som fortrinnsvis anvendes

i forbindelse- med foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 viser et støpehjul som kan benyttes ved. oppf innelsen .

- Fig. 3"viser et tverrsnitt langs linjen ÅA på'fig. 2,

av støpehjulkransen;

Den kontinuerlige ekstf udér ingsoperas jon vil f .eks,; kunne utføres, i. forbindelse med den prosess som er kjent under betegh-nelsén "conform extruion" som er beskrevet i detalj, i US-pa-tentskrifter nr. 3 765 216 og '4 loi 253', og hvis apparatur kan skaffes fra bl.a. Babcock Wire Equipment Ltd., Storbritannia. Fremgangsmåten er vist i fig. 1. Apparatet som anvendes ved fremgangsmåten omfatter et friksjonshjul 1 som har en diameter på 450 mm og roterer med en hastighet på ca. 55 omdreininger pr;' minutt. Hjulets omkrets omfatter et spor 2 som. over en vinkel a (generelt på ca.. 100°) av omkretsen, er dekket av et dekkstykke slik at der dannes en kanal 4 som ender i en ekstru-deringsdyseåpning 5. Støpestangen 6 ledes, tangensielt på hjulet og i retning av pilen 7, mot kanalinngangen for ekstrudering-. Hjulets friksjon mot støpestangen frembringer varme og skaper -et -trykk innvendig i kanalen slik at aluminiumet skyves ut.' gjennom' dyseåpningen 5 i retning -av pilen 8 , i form av et langstrakt produkt med et tverrsnitt av samme form som dyseåpningen .5V Denne, fremgangsmåte benevnes i det følgende "ekstrudering ved friksjon".-

Det er,mulig, f.eks. for å danne en støpt stang 6' av Al-Mg-Si-legering, ed bruk av et velkjent støpehjul som■frem-bringer en stang med et.tverrsnittsareal på 2100 mm og forlater hjulet:.med en hastighet på 12 m pr. minutt og ved en temperatur på 500°C .' ■ Denne stang ledes umiddelbart mot inngangen til friksjonshjulet 1, der deri ekstruderes mot et tverrsnitts-areal på 1000 mm^. Metallet valses deretter med en reduksjon på 20 % pr; stikk, ned til en diameter på 9,5 mm.

Stangen støpes fortrinnsvis med et minimum av heterogenitet og porøsitet. En måte å oppnå dette på kan være bruk av et kontinuerlig støpehjul 11 (fig. 2 og 3), som har en krans som omfatter et spor 12 som over sin størstedel er dekket av et endeløst metallbelte 13, slik at. det dannes en kanal 14 .for størkning. Dette belte' vandrer, under styring av hjulene 15, 16.17 og 18, med samme lineære, hastighet (i retning av pilen 19) som den lineære hastighet ved støpehjulets omkrets. Det 'fiytende metall innføres i en trakt 20 og den størknede stang 21 forlater hjulet i retning av pilen 22. H-julkransens innven-dige Overflate samt- sideflater nedkjøles ved hjelp av vannstråler som kommer ut fra .et antall dyser anordnet i en sirkelbue 23'på støpehjulets innside, som vist i.detalj på fig. 2 og 3'.Yttersiden,.som er dekket av beltet 13, nedkjøles også ved hjelp av vannstråler anordnet i sirkelbuer .24 og 25, slik det er velkjent innen faget kontinuerlig støping. Med den samme avkjøling på siden av hjulkransen og på siden av beltet, vil sistnevnte side avkjøles hurtigere, ettersom beltet., som må-være bøyelig, er meget tynnere. Under disse forhold dannes der

.hulrom som følge av ulik avkøling. dette er grunnen til at avkjølingsbuen 2,4-25 på omkretsen-, ved beltesiden, er forskjø-vet med en vinkel /3 i forhold til åvk jølingsbuen 23 ved kra ås-siden -, i deri hensikt å oppnå én mer likevektig avkjøling. For-skyvningsvinkelen kan- reguleres ved å bevege haivbu-en 24 i

forhold .til halvbuen 25, i retning , av pilene 26, og- denne vinkel kan i hvert spesielle - tilfelle reguleres i avhengighet av stangens hastighet og tverrsnitt, leger ingens sammensetning. temperaturen, osv. Det er imidlertid nødvendig at der ved inngangen til støpekanalen og ved beltesidenøyeblikkelig og fullstendig dannes en tilstrekkelig tykk film av aluminium for å uingå .at de eutektiské forbindelser ved størkningen blir skjø-vet gjennom denne film mot<:>overflaten. Det er nemlig denne

gjennomskyvning gjennom den innledende film som er ansvarlig for den høye konsentrasjon av eutektiské forbindelser ved overflatens belteside. I den hensikt å danne denne tilstrekkelig tykke film helt fra begynnelsen, er avk jølingssystemet- ved beltesiden videre utstyrt med. en dyse 27 som er- beliggende helt ved begynnelsen av størkningskanaien, og utgangen av vannstrå-len som kommer ut fra denne dyse er slik regulert at der oppnås en tilstrekkelig tykk film, men uten at avkjølingen av beltesiden i forhold til den andre side kommer ut av likevekt.-Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes fortrinnsvis

i en prosess .for fremstilling- av stangtråd av Al-Mg-Si-lege-• ring f<p>r elektrisk ledningstråd-, dvs. en legering som er sam-mensatt av 0,3-0,9 % magnesium,- 0,25-0, 75■% silikon , 0-0,60% jern, og resten aluminium og urenheter. Med en slik legering .utføres den kontinuerlige ekstrudering forut for en bråkjø-lingsoperasjon ned.til en temperatur under 260°C, under hvilken bråkjøling aluminiumen valses for oppnåelse av stangtråden..

Alternativt .utføres den kontinuerlige ekstrudering forut for '..et- rent termisk bråk jølingstf inn, .dvs. uten noe mekanisk bearbeidingstrinn og ned til en temperatur under 260°-C, fulgt av ét annet termomekanisk trinn, der aluminiumen bearbeides ved,en temperatur i- området fra 130-260°C, og de,r.etter, før eventuel-le påfølgende bearbeidingstrinn, utsettes for en eldningsoperasjon. Fortrinnsvis følger det annet, trinn umiddelbart på det første i■eri' og samme kontinuerlige operasjon.- I de tidligere

-søknader med samme oppfinner (LU 80 656 og LU 83 249) er det forklart at en' slik behandling,der bråkjølingen foretas etter et varmbearbeidingstrinn ved en temperatur så-høy som.mulig, fortrinnsvis over 470°C, og med en minimal nedkjøling for å holde flest mulig legeringselementer i oppløsning før brå-kjøling, gir en meget fordelaktig metallografisk struktur. Det er i denne forbindelse at et slikt varmbearbeidingstrinn kan utføres i forni .åv ekstruderingsoperasjonen som det henvises til i.denne forbindelse. Dette er meget fordelaktig, ettersom dette er et bearbeidingstrinn der metallet ikke nedkjøles, men derimot varmes opp. Og des suten.oppnås fordelene ifølge foreliggende oppfinnelse.-Det skal bemerkes at hovedformålet med' eks.truderingsop.e-■rasjonen er å -forbedre aluminiumens metallograf iske .struktur, og ikke nødvendigvis- å. redusere, tverrsnittet til den støpte

stang som innføres i den kontinuerlige ékstrud.eringspresse. , .Om ønskelig kan ekstruderingsdysens tverrsnittsform;gjøres -større enn tverrsnittet av den støpte stang. Dette forhold kan tilpasses! samsvar med den mest ønskelige utgangs- og inngangs-hastighet og tverrsnitt av metallet ved enden av støpehjulet, henholdsvis valseverkets inngang.

Metallet som brukes i foreliggende oppfinnelse kan være rent aluminium såvel som en aluminiumlegering-, dvs. en legering der aluminium utgjør den dominerende komponent. Men slike me-taller ,er her angitt under den generelle betegnelse "aluminium".

Det vil'være klart åt andre varianter eller ekvivalenter av foreliggende .oppfinnelse kan utledes av foreliggende oppfinnelse uten at disse faller utenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (9)

1. Kontinuerlig fremgangsmåte for fremstill ing av et langstrakt aluminiumprodukt, hvilken prosess omfatter en kon-tinuerli <g>- støpeoperasjon til en 'stang, fulgt av'en kontinuerlig valsing. av den støpte stang, k' .a r a k t e. r i s e r' t ved at stangen., mellom den kontinuerlige støpeoperasjon.og valseoperasjonen., utsettes for en kontinuerlig ekstruderingsoperasjon .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert , ved at den kontinuerlige ekstruderingsoperasjon ■ utføres ved en ekstrudering ved friksjon.-

3. Fremgangsmåte- ifølge krav- 1 eller- 2, kar ak te-ri s e r,t ved at -ekstruderingsdyseåpningen har en flat rektangulær form.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at ekstruderingsdyseåpnin- .gens tverrsnittsform er større enn tverrsnittsformen til den støpte stang.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den kontinuerlige støping utføres i et støpehjul hvis krans omfatter et -spor som. er dekket av et bøyelig belte slik at der dannes en kanal for " størkning, ■'.idet avkjø lingen ved beltesiden forsinkes i forhold til avkjø -lingen ved kranssiden., bortsett fra en vanns-tråle som' er rettet mot beltet ved inngangen til størkningskanalen.

'6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5,. karakterisert ved . åt aluminiumen er en Ai-Mg-Si-legering for elektrisk ledningstråd.

7... Fremgangsmåte ifølge: krav 6, . karakterisert ved . at den kontinuerlige ekstruderingsoperasjon går forut for .et bråkjølingstrinn ned til en temperatur under 260°C, under hvilket bråkjølingstrinn aluminiumen valses for. 'levering av stangtråd.

8. " Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakteri sert ved at den kontinuerlige ekstruderingsoperasjon går forut for et rent termisk' bråk.jølingstrinn ned til en temperatur under 260°C, fulgt av et termomekanisk trinn der aluminiumen bearbeides ved en temperatur i området fra l30°C til 260°C <;> og deretter,, før ytterligere bearbeiding, utsettes for en eldningsoperasjon.

9. Anordning for bruk ved fremgangsmåten- ifølge et av" kravene 1 til 8, omfattende i rekkefølge fra oppstrømssiden til nedstrømssiden,.. et kontinuerlig stø peapparat for fremstilling av en støpt stang og et kontinuerlig valseverk, - karakterisert ved at anordningen meilom det kontinuerlige støpeapparat og valseverket, videre omfatter en kontinuerlig'ekstruderingspresse. 10. - Anordning ifølge krav 8, karakterisert 'ved at den kontinuerlige ekstruderingspresse er et hjul ' for' ekstrudering ved friksjon