DE102007034096B4

DE102007034096B4 - Verfahren zum Strangpressen von Drähten mit metallisch blanker Oberfläche aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung

Info

Publication number: DE102007034096B4
Application number: DE200710034096
Authority: DE
Inventors: Thomas Pfeffer; Reinhold Czieslick; Karl Goertz
Original assignee: Umicore AG and Co KG
Current assignee: Umicore AG and Co KG
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2027-07-22
Also published as: DE102007034096A1

Abstract

Verfahren zum Strangpressen von Drähten (5) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung mit metallisch blanker Oberfläche, wobei Kupfer oder Kupferlegierung in Form eines Gußbolzens (1) vorliegen und bei einer Temperatur oberhalb 500°C mit Hilfe einer Strangpresse (2) durch eine Matrize (4) mit wenigstens einer Matrizenöffnung zu einem oder mehreren Drähten (5) extrudiert und in einer Kühlzone (II) abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die aus der Matrize (4) austretenden heißen Drähte (5) in einer direkt an die Matrize (4) anschließenden Reckzone (I) mit einem Schutzgas weitgehend vor Kontakt mit Luftsauerstoff geschützt und anschließend in der Kühlzone (II) durch ein temperiertes Wasserbad (6) bei Temperaturen oberhalb von 60°C gezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strangpressen von Drähten aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die hierfür geeigneten Kupferlegierungen sind zum Beispiel in der Norm DIN EN 1044 genormt. Sie enthalten neben Kupfer als Legierungszusätze Cadmium, Zink, Silizium, Zinn, Mangan, Nickel, Silber, Phosphor und weitere Nichteisen-Metalle. Aus diesen Legierungen werden gewöhnlich Drähte mit Durchmessern von 1 bis 5 mm hergestellt.
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Drähten und Stäben aus Kupfer oder Kupferlegierungen werden zum Beispiel in den deutschen Offenlegungsschriften DE 39 29 287 A1 und DE 196 02 054 A1 sowie in den US-Patenten US 2,290,684 und US 2,795,520 beschrieben. Ausgangspunkt für die Herstellung der Drähte sind in der Regel zylindrische Gußblöcke, die auf 550 bis 600°C erwärmt und mit einer Strangpresse zu einem oder mehreren Drähten extrudiert werden. Die hierbei erhaltenen Rohdrähte müssen gewöhnlich durch weitere Zieh- oder Walzprozesse auf die gewünschten Enddurchmesser gebracht werden.
Kupfer oder Kupfer-Legierungen bilden bei hohen Temperaturen ein dunkle Oxidhaut aus Cu(II)-oxid an der Oberfläche und neigen bei großen Formänderungen während der Zieh- oder Walzprozesse zur Versprödung. Ohne weitere Vorkehrungen zur Vermeidung dieser Probleme müssen die aus der Strangpresse austretenden Rohdrähte zur Entfernung der Oxidhaut in verdünnter Schwefelsäure gebeizt und anschließend mit Wasser gespült werden. Die Versprödung durch nachfolgende Ziehprozesse kann durch Glühen rückgängig gemacht werden. Die zitierten Patentdokumente vermeiden die Bildung der Oxidhaut durch Besprühen der aus der Strangpresse austretenden heißen Drähte mit kaltem Wasser aus geeigneten Sprühdüsen, um „metallisch blanke” Drähte zu erhalten.
Es hat sich gezeigt, daß das Besprühen mit kaltem Wasser teilweise zu fleckigen Oberflächen der Drähte führt. Außerdem sind die so hergestellten Drähte spröde und können nicht ohne vorheriges Glühen in anschließenden Ziehprozessen verarbeitet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es daher, ein Verfahren zum Strangpressen von Drähten aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung mit metallisch blanker Oberflä che anzugeben, welches ausgehend von einem Gußblock metallisch blanke Drähte liefert. Unter „metallisch blank” wird im Rahmen dieser Erfindung verstanden, daß sich an der Oberfläche der Drähte kein schwarzes Cu (II) oxid befindet, sondern nur das unvermeidliche rote Cu (I) oxid.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Hauptanspruch angegebene Verfahren. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von den aus dem Stand der Technik bekannten Extrusionsverfahren aus. Kupfer oder Kupferlegierung werden in Form eines Gußbolzens in eine Strangpresse eingelegt und bei einer Temperatur oberhalb von 500°C durch eine Matrize mit wenigstens einer Matrizenöffnung gepreßt und danach in einer Kühlzone abgekühlt.
Erfindungsgemäß werden der oder die aus der Matrize austretenden heißen Drähte in einer direkt an die Matrize anschließenden Reckzone mit einem Schutzgas weitgehend vor Kontakt mit Luftsauerstoff geschützt. Ist die Reckzone von der Umgebung durch ein geeignetes Gehäuse abgetrennt, so genügt es, das Gehäuse mit dem Schutzgas zu befüllen und eventuelle Gasverluste von Zeit zu Zeit auszugleichen. Bei offener Reckzone muß sie vom Schutzgas kontinuierlich durchflutet werden, um die Oxidation der heißen Drähte zu verhindern. Als Schutzgase eignen sich Argon oder Stickstoff, bevorzugt wird Stickstoff verwendet.
In der Reckzone ist die Temperatur des Drahtes unmittelbar hinter dem Austritt aus der Matrize immer noch so hoch, daß der Draht eine plastische Beschaffenheit aufweist und mit relativ geringem Kraftaufwand in die Länge gezogen werden kann. Hierbei werden die Querschnittsabmessungen des Drahtes ausgehend von den Querschnittsabmessungen der Matrizenöffnung auf einen Sollquerschnitt vermindert. Dieser Vorgang unterliegt einer Fertigungstoleranz, die durch Regelung der auf den Draht wirkenden Kraft minimiert werden kann. Eine weitere Funktion der Reckzone ist die Trennung der heißen Matrize von der nachfolgenden Kühlzone.
Nach Verlassen der Reckzone werden die Drähte in der Kühlzone in einem temperierten Wasserbad bei Temperaturen oberhalb von 60, bevorzugt oberhalb von 80°C auf unter 100°C abgekühlt werden. Zu diesem Zweck werden die Drähte bevorzugt innerhalb von 1 bis 10 Sekunden durch das Wasserbad gezogen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Wasserbad beständig verwirbelt wird, um zu verhindern, daß sich auf den heißen Drahtoberflächen Gasbläschen bilden. Das kann zum Beispiel dadurch geschehen, daß die Drähte quer zur Extrusionsrichtung mit heißem Wasser angeströmt werden.
Die Ziehgeschwindigkeit für die Drähte hinter der Reckzone beträgt bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5, insbesondere zwischen 0,7 und 1,0 m/s.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert Drähte mit einer „metallisch blanken” Oberfläche, wie sie für die Weiterverarbeitung in nachgeschalteten Ziehprozessen erforderlich ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient die einzige Figur. Sie zeigt den prinzipiellen Aufbau zur Durchführung des Verfahrens. Bezugsziffer (1) bezeichnet den Gußbolzen aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Er befindet sich in der Strangpresse (2) und wird durch eine hier nicht gezeigte externe Beheizung auf einer Temperatur von zum Beispiel 600°C gehalten. Mit dem Stempel (3) wird der Gußbolzen durch eine Öffnung in einer Matrize (4) gepreßt. Der extrudierte Rohdraht ist mit Bezugsziffer (5) bezeichnet. An die Matrize (4) schließt die Reckzone (I) an, in der der Draht nur mäßig abgekühlt wird. Zur Vermeidung einer Oxidation des Drahtes wird die Reckzone zum Beispiel mit einem Schutzgas befüllt oder durchflutet. In der anschließenden Kühlzone (II) wird der noch heiße Draht auf eine Temperatur unter 100°C abgekühlt, indem er durch ein temperiertes Wasserbad (6) geführt wird, welches auf einer Temperatur von mindestens 60°C gehalten wird. Das Wasserbad ist in Draufsicht auf die Wasseroberfläche dargestellt. Die von gegenüberliegenden Seiten auf den Rohdraht (5) gerichteten Pfeile stellen eine Anströmung des Drahtes mit Wasser aus mehreren Düsen dar, die längs des Drahtes im Wasserbad angeordnet sind. Das hierfür notwendige Wasser wird im Kreis geführt. Zu diesem Zweck befindet sich am Boden des Wasserbades ein Auslauf, über den eine Pumpe Wasser absaugt und über die Anströmdüsen dem Wasserbad wieder zuführt. Die Quer-Anströmung der Drähte verhindert, daß sich auf den Drahtoberflächen Gasbläschen festsetzen und zu einer fleckigen Oberfläche führen.
Die beschriebenen Maßnahmen

• Schutz des frisch extrudierten Drahtes in der Reckzone vor Oxidation durch Befüllen oder Durchfluten der Reckzone mit einem Schutzgas,
• Abkühlen des Rohdrahtes in einem auf wenigstens 60°C temperierten Wasserbad und
• Verwirbeln des Wasserbades, um das Anhaften von Gasbläschen an der Drahtoberfläche zu verhindern

Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders gut zur Kombination mit anderen Verfahrensmaßnahmen mit dem Ziel, in einem kontinuierlichen Arbeitsgang aus einem Gußblock einen gebrauchsfertigen Draht mit metallisch blanker Oberfläche herzustellen.
In der im folgenden beschriebenen Versuchsserie wurden Rohdrähte aus der Kupferlegierung Ag40Cu30Zn28Sn2 (Bezeichnung nach DIN EN 1044: AG 105) mit metallisch blanker Oberfläche gezogen. Diese Rohdrähte wurden sodann auf einen Drahtdurchmesser von 1,5 mm fertiggezogen.
Ein 10 kg Gußbolzen aus der genannten Kupferlegierung wurde in einer Strangpresse durch eine Matrize mit zwei runden Matrizenöffnungen von jeweils 2,9 mm Durchmesser zu zwei parallelen Drähten extrudiert. In der Reckzone wurden die Drahtdurchmesser durch Anlegen einer geregelten Zugkraft auf ein Sollmaß von 1,7 mm verringert. Die Reckzone wurde durch Durchströmen mit Stickstoff vor Luftsauerstoff geschützt. Die Reckzone mündete direkt in ein temperiertes Wasserbad. Zur Verwirbelung des Wassers war das Bad mit einer Querstromeinrichtung ausgerüstet. Die Geschwindigkeit der durch das Wasserbad geführten Drähte betrug 1 m/s.

Es wurden mehrere Gußbolzen mit der beschriebenen Apparatur bei unterschiedlichen Temperaturen des Wasserbades extrudiert. Die so extrudierten Drähte mit blanker Oberfläche wurden anschließend in einer Ziehapparatur von 1,7 mm auf 1,5 mm Durchmesser heruntergezogen und ihr Ziehverhalten qualitativ bewertet. Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle. Tabelle: Ziehverhalten der extrudierten Drähte in Abhängigkeit von der Temperatur des Wasserbades

	Versuch Nr. 1	Versuch Nr. 2	Versuch Nr. 3	Versuch Nr. 4
Wassertmperatur	20°C	40°C	60°C	80°C
Ziehverhalten	Draht ist spröde. Häufige Drahtbrüche beim Ziehen	Gelegentliche Drahtbrüche beim Ziehen	Draht kann ohne Brüche gezogen werden	Gut

Claims

Verfahren zum Strangpressen von Drähten (5) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung mit metallisch blanker Oberfläche, wobei Kupfer oder Kupferlegierung in Form eines Gußbolzens (1) vorliegen und bei einer Temperatur oberhalb 500°C mit Hilfe einer Strangpresse (2) durch eine Matrize (4) mit wenigstens einer Matrizenöffnung zu einem oder mehreren Drähten (5) extrudiert und in einer Kühlzone (II) abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die aus der Matrize (4) austretenden heißen Drähte (5) in einer direkt an die Matrize (4) anschließenden Reckzone (I) mit einem Schutzgas weitgehend vor Kontakt mit Luftsauerstoff geschützt und anschließend in der Kühlzone (II) durch ein temperiertes Wasserbad (6) bei Temperaturen oberhalb von 60°C gezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (5) innerhalb von 1 bis 10 Sekunden durch das Wasserbad (6) gezogen und abgekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserbad (6) zur Vermeidung von Gasblasen auf der Drahtoberfläche ständig verwirbelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung von Gasblasen auf der Drahtoberfläche verhindert wird, indem entlang der Drähte (5) ein Querstrom erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Drähte (5) hinter der Reckzone (I) zwischen 0,5 und 1,5 m/s beträgt.