NL8201207A - Werkwijze voor het vervaardigen van aluminium walsdraad. - Google Patents

Description

i 82.3078/Ti/sme

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van aluminium walsdraad.

Door Aanvraagster wordt als uitvinder genoemd: Leo Cloostermans-Hu- waert.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van walsdraad uit door precipitatie hardhaar aluminium.

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder toepasbaar op aluminium voor elektrisch geleiderdraad, dat wil zeggen alumi-5 nium dat kan verwerkt worden tot draad met een soortelijke weer-stand van maximum 32,8 milliohm x mm /m, doch is niet beperkt tot dit type van aluminium dat als legeringselementen voor neerslag, 0,3 tot 0,9# magnesium, 0,25 tot 0,75# silicium en 0 tot 0,60# ijzer bevat, terwijl de rest bestaat uit aluminium en onzuiverheden 10 (dat wil zeggen elementen in een hoeveelheid van minder dan 0,05#), gewichtspercentages. Walsdraad is, zoals bekend, het uitgangspro-dukt voor het daaropvolgend trekken of walsen, waarbij de dwarsdoorsnede van het aluminiumdraad verminderd wordt. Walsdraad heeft over het algemeen een diameter van 5 tot 20 millimeter, in de meeste 15 gevallen tussen 7 en 12 millimeter, en een treksterkte die aanzienlijk lager is dan de treksterkte van het eindprodukt dat verkregen is door trekken, bijvoorbeeld voor bovengenoemd aluminium voor elektrisch gelesdingsdraad, een treksterkte van minder dan 250 New-ton/mm , in elk geval minder dan 300 N/mm . Zoals bekend, wordt 20 het draad na het trekken onderworpen aan een verouderingsbewerking tijdens welke er precipitaten worden gevormd van de legeringselementen die nog in oplossing zijn gebleven, en deze verouderingsbewerking verbetert de mechanische en elektrische eigenschappen van het draad.

25 Het gebruikelijk produktieproces van aluminium walsdraad omvat een eerste stap van warmwalsen, waarin rollen walsdraad worden gevormd, gevolgd door een discontinue oplossingsbehandeiing en afschrikking van de rollen die door warmwalsen zijn verkregen. Wanneer de rollen gewoon na het walsen worden afgekoeld, slaan de legerings- 8201207 t > - 2 - elementen neer met als resultaat dat er geen legeringselementen meer in oplossing zijn voor de daaropvolgende veroudering. Dat is de reden waarom deze elementen opnieuw in oplossing worden gebracht na het walsen, en gedwongen worden om in o/erverzadigde oplossing 5 te blijven na de onmiddellijk daaropvolgende afschrikbewerking.

Deze oplossingsbehandeling vergt veel dure verwarmingsenergie en vereist bovendien dat de vervaardiging op een discontinue wijze wordt uitgevoerd. Dit is de reden waarom men reeds heeft voorgesteld de eerste stap van het warmwalsen op een zo hoog mogelijke 10 temperatuur te beëindigen, om een maximum hoeveelheid aan legeringselementen in oplossing te houden, en het walsdraad af te schrikken, onmiddellijk en in een continu proces stroomafwaarts van de uitgang van de wals, tot op een afschriktemperatuur, op zulke wijze dat deze legeringselementen in oververzadigde oplossing 15 blijven.

Bij een dergelijke afschriktemperatuur is de beweeglijkheid van de atomen zo laag, dat de metallografische structuur nagenoeg vastzit in de toestand waarin ze is (afgezien van de verouderingsverschijnselen): de legeringselementen die in oververzadigde op-20 lossing zijn gebleven, zullen dat blijven en de precipitaten en dislocaties veranderen niet. Voor een gegeven legering heeft het gebied der "afschriktemperaturen" bijgevolg een bovenste grens die echter geen strikt absolute grens is: deze bovenste grens wordt bepaald door een voldoende onbeweeglijkheid van de atomen die geen 25 substantiële verandering van de metallografische structuur teweegbrengt gedurende een tijdsperiode van de orde van grootte van een continu behandelingsproces van aluminium, dat wil zeggen van de orde van grootte van één minuut. De aanvaardbare grens voor ieder type van legering is voldoende bekend bij de vakman. Voor het 30 bovengenoemde aluminium voor elektrisch geleidingsdraad kan de maximum-afschriktemperatuur op 260° C gebracht worden, hoewel ook deze grens geen absolute grens is.

8201207 ~<a ..... ............... ....... ' '" * f - 3 -

Ook is reeds voorgesteld een eerste warmwalsstap toe te passen die op een zo hoog mogelijke temperatuur eindigt, om een maximum aan legeringselementen in oplossing te houden, gevolgd door een afschrikking tijdens welke men het metaal vervormt, en ervoor zorgt 5 dat het metaal vervormd wordt gedurende de periode waarin het tem-peratuurgebied doorlopen wordt tussen de maximum-afschriktempera-tuurgrens en de minimum-temperatuurgrens voor warmvervorming.

Ondanks het feit dat er een afschrikking werd uitgevoerd, werd waargenomen dat de legeringselementen in oplossing toch gedurende 10 deze thermomechanische bewerkingen neersloegen.

De hoeveelheid legeringselementen die in oplossing werden gehouden voor de daaropvolgende verouderingsstap bleek veel minder dan wenselijk, en dit scheen een nadeel te zijn. Maar er werd vastgesteld dat het op die manier verkregen walsdraad van zulke soort 15 was dat, ai naargelang de neerslag gedeeltelijk of totaal was, de noodzaak van veroudering na het daaropvolgend trekken óf gedeeltelijk óf totaal uitgeschakeld was. Bijgevolg bestond het verwachte nadeel niet, en een walsdraad werd verkregen met eigenschappen die het mogelijk maakten gemakkelijker te voldoen aan de vereisten voor 20 de mechanische en elektrische kenmerken van het draad dat uit zulk walsdraad getrokken is. Bovendien werd de dure stap van de oplos-singsbehandeling vermeden; het proces werd continu.

De uitvinding heeft als doel een alternatief voor dit laatstgenoemde proces te verschaffen, dat dezelfde voordelen oplevert, 25 en zo een extra graad van vrijheid geeft in de keuze van de parameters van het proces voor het verkrijgen van de gewenste combinaties van treksterkte, ductiliteit en geleidbaarheid.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat een eerste uitsluitend thermische stap (dit betekent: niet met gelijktijdige bewerking of 30 vervorming) waarin een continue streng van genoemd aluminium (die, bijvoorbeeld, een wals in gedeeltelijk afgekoelde toestand verlaat, of die een continu gietwiel of een extrusiepers verlaat) wordt 8201207 . * ' - 4 - afgeschrikt in een continu proces tot op een afschriktemperatuur, zoals hierboven bepaald, waarbij een gerestaureerde structuur wordt verkregen met de legeringselementen in oververzadigde oplossing. Met "gerestaureerde structuur" wordt een metallografische 5 structuur bedoeld waarin de korrels, die uitgerekt zijn door een vervormingsstap, zich onder invloed van de hitte hebben herschikt tot een min of meer isotropische structuur, die de structuur is die na warmvervorming wordt verkregen. Een minimumhoeveelheid aan legeringselementen in oververzadiging is ook noodzakelijk, bijvoor-10 beeld ten minste 30# van de precipiteerbare elementen bij de temperatuur voor oplossingsbehandeling. Het afschrikken is bijgevolg voldoende snel en begint vanop een voldoende hoge temperatuur om dit doel te bereiken.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt echter gekenmerkt 15 door een tweede stap, thermomechanisch en stroomafwaarts van de eerste in dezelfde continue bewerking, waarin genoemde streng mechanisch wordt bewerkt bij een verouderingstemperatuur, en door het feit dat het aldus verkregen walsdraad daarna, vóór elke andere bewerking, aan een verouderingsbewerking wordt onderworpen.

20 Onder "verouderingstemperatuur" wordt verstaan een temperatuur binnen een temperatuurgebied waarvan de maximumgrens gelijk is aan de maximum-afschriktemperatuurgrens, zoals hierboven bepaald, en waarvan de minimumgrens hieronder wordt bepaald. Een verouderingstemperatuur is bijgevolg een temperatuur waarop de atomen onbeweeg-25 lijk blijven, afgezien van verouderingsverschijnselen die optreden in een tijdsperiode langer dan de duur van een continu proces, dat wil zeggen van de orde van grootte van één minuut. Wanneer echter de structuur onderworpen wordt aan een bewerking bij verouderingstemperatuur, is opgemerkt dat de precipitatie van de legeringsele-30 menten tijdens zulke bewerking en tijdens een daaropvolgende veroudering een metallografische structuur oplevert die, na koudver-vorming tot draad, een zeer goede draadkwaliteit vertoont en die, 8201207 . . 3 ί - 5 - gedeeltelijk of volledig, al naargelang er nog legeringselementen in oververzadigde oplossing zijn, de noodzaak uitschakelt om na het draadtrekken te verouderen. Zulke mechanische bewerking bij ver-ouderingstemperatuur is bij voorkeur een walsbewerking die de dwars-5 doorsnede reduceert.

Voor een gegeven aluminiumlegering wordt nu de minimumgrens voor de verouderingstemperatuur hieronder als volgt bepaald. Het is bekend bij een aluminiumlegering van een gegeven samenstelling, in een niet-koudvervormde toestand, maar met legeringselementen in 10 oververzadigde toestand door oplossingsbehandeling en afschrikking tot op afschriktemperatuur, wanneer zulke aluminiumlegering aan veroudering wordt onderworpen, eerst een stijging van de treksterkte tot op de maximumwaarde zal vertonen, en dan een daling van haar treksterkte. Dit is toe te schrijven aan het feit dat de legerings-15 elementen tijdens het verouderen neerslaan terwijl de reeds bestaande precipitaten zich verder conglomereren. Het eerste effekt, waardoor de treksterkte gaat stijgen, overheerst aanvankelijk, terwijl het tweede effekt, waardoor de treksterkte gaat dalen, op het einde overheerst. De minimumgrens voor de verouderingstemperatuur, voor 20 een gegeven aluminiumlegering met een bepaalde hoeveelheid legeringselementen in oververzadigde oplossing, is de temperatuur waarop het aluminium, in niet-koudbewerkte toestand, zijn maximum-treksterkte na drie dagen bereikt (de koud-bewerkte structuur bereikt haar maximum vroeger wegens de verzachting van de koudbewerkte structuur).

25 Voor het bovengenoemde aluminium voor elektrisch geleidingsdraad is deze minimumgrens ongeveer 130° C.

Een belangrijk punt in het proces is dat de tweede stap wordt uitgevoerd onmiddellijk na de afschrikbewerking van de eerste stap (om geen enkele verandering van de structuur toe te laten wanneer 30 men het tussenprodukt gedurende bepaalde tijd zonder behandeling laat), en bijgevolg in dezelfde continue bewerking als bij de eerste stap. Te dien einde verdient het de voorkeur het afschrikken van de 8201207 - 6 - f * eerste stap uit te voeren tot op een verouderingstemperatuur, zoals hierboven bepaald, zodat men de tweede stap zonder enige tussen-verwarming kan beginnen.

De verouderingsbewerking die volgt op genoemde mechanische 5 bewerkingsstap bij verouderingstemperatuur kan rechtstreeks worden gedaan bij de uitgang van het instrument dat een dergelijke mechanische bewerking uitvoert, bijvoorbeeld bij vrije afkoeling van het walsdraad aan de omringende lucht, en dit veroorzaakt een precipi-tatie van het geheel of enkel van een gedeelte van de legeringsele-10 menten die nog in oververzadiging gebleven zijn. Gesteld kan worden dat een veroudering plaatsheeft wanneer een aanzienlijk gedeelte, bijvoorbeeld de helft van de hoeveelheid precipiteerbare elementen na het afschrikken, inderdaad na zulke veroudering precipiteert. Het verdient nochtans de voorkeur een totale precipitatie uit te voeren, 15 om iedere noodzaak tot veroudering na het draadtrekken uit te schakelen en om alle veranderingen van eigenschappen van het walsdraad na vervaardiging te vermijden. Wanneer de temperatuur aan de uitgang van het instrument dat de mechanische bewerking op verouderingstemperatuur uitvoert, de minimumgrens van verouderingstemperaturen 20 nadert, zal het soms noodzakelijk zijn de afkoeling van het walsdraad bij genoemde uitgang te vertragen (dat wil zeggen trager dan de vrije afkoeling tot op de oringende lucht). Dit wordt gedaan door het walsdraad met warmte-isolators te omringen, bijvoorbeeld de gevormde draadrollen in te sluiten in voldoende gesloten containers 25 om afkoeling door luchtconvectie te vermijden. Het walsdraad kan ook gedurende een bepaalde tijdsperiode, door verwarming, op genoemde uitgangstemperatuur gehouden worden, of de temperatuur kan zelfs tot boven de uitgangstemperatuur gebracht worden, zodat er dan nadien een veroudering kan uitgevoerd worden.

30 De continue streng die bij het begin van de eerste stap van het proces wordt gebruikt, kan een streng zijn die een warmvormingsinstru-ment verlaat, zoals een extrusiepers of een gietwiel. Zulke warm- 8201207 ' ' ... * % - 7 - vormingsbewerking zal bij voorkeur een continue gietbewerking omvatten die een gietstreng oplevert die naar de ingang van een wals gericht wordt, en een warmwalsproces waarbij de dwarsdoorsnede van genoemde streng wordt gereduceerd voor het vormen van genoemde 5 streng. Met ,,warm"-walsen wordt een walsbewerking bedoeld met restauratie gedurende de bewerking of onmiddellijk daarna, vóór het daaropvolgende afschrikken. Voor het bovengenoemde aluminium voor elektrisch geleidingsdraad, betekent dit een walsbewerking met uit-gangstemperaturen van meer dan 350° C. De temperatuur bij de ingang 10 van de wals zal bij voorkeur een temperatuur zijn die hoger ligt dan de temperatuur voor oplossingbehandeling, dit betekent, voor het aluminium voor elektrisch geleidingsdraad, een temperatuur hoger dan 470° C.

De uitvinding is bijzonder toepasbaar op aluminium voor elektrisch 15 geleidingsdraad waarvan de samenstelling hierboven is gegeven. In een voorkeurswijze zal een continu proces worden toegepast dat in volgorde van stroomafwaarts tot stroomopwaarts omvat: een continue gietbewerking, het inbrengen van de streng die het instrument voor continue gieting verlaat en op een temperatuur van meer dan 470° C 20 in de eerste wals, het continu walsen bij een temperatuur van meer dan 350° C voor het vormen van de continue streng, het continu afschrikken van genoemde streng bij de uitgang van genoemde eerste wals, het inbrengen van genoemde streng die het afschrikinstrument verlaat en bij een temperatuur van meer dan 130° C in een tweede 25 wals, het continu walsen bij een temperatuur van meer dan 130° C, en de veroudering door vrije afkoeling door de omringende lucht. De ingangstemperatuur van de tweede wals dient zo te worden geregeld, dat de uitgangstemperatuur van de wals schommelt tussen 155 en 185° C, en bij voorkeur 175° C is.

30 Een Al-Mg-Si van het type 6201 is bijvoorbeeld gebruikt met de volgende samenstelling: Mg: 0,60$; Si: 0,55$; Fe: 0,18$; Zn: 0,006$;

Cu: 0,004$, Mn: 0,015$; Ti: 0,001$; V: 0,004$. Echter kan ook een 8201207 r ί - 8 - aluminium gebruikt worden dat rijker of armer is aan legeringselemen-ten, afhankelijk van de kosten die men zich kan veroorloven of die moeten bespaard worden voor een betere of minder goede kwaliteit wegens de samenstelling. Maar dit tast de mogelijkheden de kwaliteit 5 van de gekozen legering te verbeteren door toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding niet aan.

De legering van bovengenoemde samenstelling wordt na het verlaten van het continue gietwiel in de vorm van een gietstreng met 2 een dwarsdoorsnede van ongeveer 2000 mm , ingébracht bij een tempe-10 ratuur van 490° C in een eerste continue wals met 9 passen. Ze verlaat deze wals in de vorm van een ronde streng met een diameter van 15 mm en bij een temperatuur van 430° C. Bij deze temperatuur zijn de meeste legeringselementen nog in oplossing, want in evenwichtstoestand is slechts 20$ van het mangaan en het silicium, 15 precipiteerbaar in de vorm van Mg2Si, dan in neergeslagen vorm.

Deze streng, die de eerste continue wals verlaat met een snelheid van ongeveer 2,4 m/sec, wordt dan gericht naar de ingang van een tweede continue wals, waarvan de ingang zich op ongeveer 2 meter van de uitgang van de eerste bevindt. Tussen beide gaat de streng 20 door een buis van 30 mm diameter en 1 meter lengte, die gevoed wordt in tegenstroom met een afkoelende emulsie, waarvan het debiet op zulke wijze wordt geregeld dat de streng de buis verlaat bij een temperatuur van 220° C. Andere wijzen van afschrikken kunnen ook toegepast worden, bijvoorbeeld door emulsiestralen gericht op de 25 staaf, zodat de temperatuur op de gewenste temperatuur geregeld kan worden.

De tweede continue wals omvat vier stappen met gelijke dwars-doorsnedereductie, die de streng reduceert tot walsdraad van 9,5 mm diameter, dat genoemde tweede wals verlaat bij een temperatuur van 30 175° C en met een snelheid van ongeveer ó meter per seconde. Het walsdraad wordt daarna opgerold en de rol wordt geplaatst in een container van vuurvaste steen. Het belangrijke punt is dat de con- 8201207 ' * '* S’ - 9 - tainer gesloten is zodat afkoeling door vrije luchtconvectie rondom de rol vermeden wordt. In het geval van het voorbeeld had de afkoeling een snelheid van 2° C per uur.

De verkregen eigenschappen kunnen nu vergeleken worden met de 5 eigenschappen van walsdraad met dezelfde samenstelling/ verkregen met de gebruikelijke werkwijze, nl.s continu gieten gevolgd door een continu walsen, opwikkelen tot rollen die vrij afkoelen in de omringende lucht, daarna een oplossingsbehandeling waarin de rollen gedurende 8 uur en bij een temperatuur van 550° C in een oven ge-10 houden worden, en dan het afschrikken van de rollen tot op een temperatuur van ongeveer 45° C.

Deze twee types van walsdraad met een diameter van 9,5 mm, de ene volgens de uitvinding, en de andere volgens de gebruikelijke werkwijze worden dan getrokken tot draad, tot op een diameter van 15 3,6 mm en dan verder tot 3,15 mm. Het met de gebruikelijke werkwijze verkregen getrokken draad wordt daarna onderworpen aan een veroude-ringsbewerking gedurende 5 uur bij 160° C.

De vergelijkende resultaten zijn de volgende:

Volgens de uitvinding Traditionele werk-__wijze

20 R dT P R \ Ü~ P

'm "".............. 1 1 M ....................... m n ι i .......... » " " ί '

Walsdraad 304 7,75 31,10 196 21

Na het trekken tot op 348 5 3110 285 4,5 34,9 3,6 mm

Na het trekken tot op O.o 7 c n» 10 25 3,6 mm + veroudering

Na het trekken tot op 3é2 + 5 31 u 290 4 34 n 3.15 mm ’

Na het trekken tot op _ _ 350 7 31,95 3.15 mm + veroudering ; '___ _ '_ 2 30 R = treksterkte in Newton/mm <r= ductiliteit {%) _ 2

Jr = soortelijke weerstand (iminm /m) 8201207

' Ί V

- 10 -

De uitvinding is niet beperkt tot de werkwijze volgens het voorbeeld, en de samenstelling van het aluminium evenmin. Het is binnen het kader der uitvinding mogelijk als een aluminium met precipiteer-bare legeringselementen, de legeringen Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu en Al-Mg-Si te gebruiken.

8201207

Claims (14)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van door precipitatie hardhaar aluminium, omvattende een eerste, uitsluitend thermische bewerkings-stap waarin een continue streng van het aluminium wordt afgeschrikt in een continu proces tot op een afschriktemperatuur, waarbij een 5 gerestaureerde structuur verkregen wordt met de legeringselementen in oververzadigde oplossing, gekenmerkt door een tweede stap die thermomechanisch is en stroomafwaarts van de eerste in eenzelfde continue bewerking wordt uitgevoerd, waarin genoemde streng mechanisch wordt bewerkt bij een verouderingstemperatuur 10 terwijl men het aldus verkregen walsdraad daarna, vóór elke andere bewerking, aan een verouderingsbewerking onderwerpt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, ra e t het kenmerk, dat men de verouderingsbewerking uitvoert gedurende een vrije koeling van het walsdraad aan de omringende lucht onmiddellijk na de 15 mechanische bewerkingsstap bij verouderingstemperatuur.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, me t het kenmerk, dat men de verouderingsbewerking uitvoert gedurende een vertraagde afkoeling van het walsdraad, onmiddellijk na de mechanische bewerkingsstap bij verouderingstemperatuur.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men de verouderingsbewerking uitvoert door het walsdraad, door verwarming, op verouderingstemperatuur te houden, onmiddellijk na de mechanische bewerkingsstap bij verouderingstemperatuur.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het 25 kenmerk, dat de mechanische bewerkingsstap bij verouderingstemperatuur een walsbewerking is met reductie van de dwarsdoorsnede. 8201207 - 12 - - * r

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de continue streng gebruikt bij het begin van genoemde eerste stap een streng is die een warmvormingsinstrument verlaat.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat genoemde warmvorming een continue gietbewerking omvat die een gietstreng oplevert die naar de ingang van een wals wordt gericht, en een warmwalsbewerking waardoor de dwarsdoorsnede-oppervlakte van genoemde gietstreng wordt gereduceerd voor het vormen van genoemde 10 streng.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat men de ingangstemperatuur van genoemde streng houdt op een temperatuur hoger dan die voor oplossingsbehandeiing.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het 15 kenmerk, dat men aluminium gebruikt bestaande uit een legering van Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg-Zn-Cu en Al-Mg-Si.

10. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat men de streng afschrikt in de eerste stap tot op een verouderingstemperatuur.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat men aluminium gebruikt dat 0,3 tot 0,9$ magnesium, 0,25 tot 0,75$ silicium en 0 tot 0,60$ ijzer bevat, terwijl de rest bestaat uit aluminium en onzuiverheden.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, 25 dat men in genoemde tweede stap de streng mechanisch bewerkt bij een temperatuur schommelend tussen 130° C en 260° C. 8201207 - - l -Tf - 13 -

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dot men de streng mechanisch bewerkt in een continue wals, die verlaten wordt door het walsdraad bij een uitgangstemperatuur schommelend tussen 155° C en 185° C, het walsdraad oprolt en de aldus ge- 5 vormde rollen achteraf in een gesloten container afkoelt,

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat men als continue streng, gebruikt bij het begin van genoemde eerste stap, een streng gebruikt die een continue wals verlaat waarin het aluminium mechanisch wordt bewerkt bij een temperatuur die 10 varieert van een temperatuur hoger dan 470° C bij de ingang van de wals tot op een temperatuur die niet lager is dan 350 C bij de uitgang. 8201207