DE3012009C2 - Use of an AlMnSi alloy - Google Patents
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Description
3030th
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer AlMnSi-Legierung zur Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen für Leitzwecke, die eine Zugfestigkeit von mindestens 120 N/mm2 und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 29 m/Ω mm2 aufweisen müssen.The invention relates to the use of an AlMnSi alloy for the production of semi-finished products and finished parts for conductive purposes, which must have a tensile strength of at least 120 N / mm 2 and an electrical conductivity of at least 29 m / Ω mm 2 .
Für Leitzwecke werden in Deutschland die genormten E-Al und E-Al-Mg-Si Standardwerkstoffe eingesetzt. E-Al besitzt im Zustand F 16 nach DIN 40 501 zwar eine für Aluminiumwerkstoffe sehr hohe elektrisehe Leitfähigkeit von mindestens 34,5 m/Ω mm2, andererseits aber nur eine sehr geringe Festigkeit. Durch starke Kaltverfestigung lassen sich bei diesem Werkstoff zwar Zugfestigkeitswerte von ca. 180 N/mm2 (im Zustand F 17 nach DiN 40 501) erreichen, diese Festigkeit kann jedoch nur in einem Temperaturbereich bis höchstens 8O0C wirklich ausgenutzt werden, da bei höheren Temperaturen je nach Einwirkungsdauer mit einer Entfestigung bis in den vollständig weichen Zustand gerechnet werden muß. Aus diesem Grund ist so der Anwendungsbereich für E-Al bei Freileitungen beispielsweise auf eine Grenztemperatur von höchstens 80°C eingeschränkt.The standardized E-Al and E-Al-Mg-Si standard materials are used in Germany for guidance purposes. In the F 16 state according to DIN 40 501, E-Al has a very high electrical conductivity of at least 34.5 m / Ω mm 2 for aluminum materials, but on the other hand it has only a very low strength. By strong work hardening can be in this material, although tensile strength of about 180 N / mm 2 (in the state F 17 according to DIN 40 501) reach, however, this strength can actually be exploited to a maximum of 8O 0 C only in a range of temperatures because at higher Temperatures, depending on the duration of exposure, a softening to the completely soft state must be expected. For this reason, the area of application for E-Al in overhead lines is restricted to a limit temperature of at most 80 ° C, for example.
Bei dem zweiten gebräuchlichen Werkstoff, E-Al-Mg-Si, können durch Aushärtung zwar Mindestzugfestigkeitswerte von 215 N/mm2 erreicht werden, wobei gleichzeitig aber die elektrische Leitfähigkeit auf einen Mindestwert von 30 m/Ω mm2 reduziert ist. Aber auch bei diesem Werkstoff besteht bei längerdauernder Erwärmung auf Temperaturen über 8O0C die Gefahr bo einer allmählichen Erweichung durch Überalterung, wobei die Zugfestigkeit im vollständig weichen Zustand bis auf 100 N/mm2 absinken kann.With the second common material, E-Al-Mg-Si, minimum tensile strength values of 215 N / mm 2 can be achieved through hardening, but at the same time the electrical conductivity is reduced to a minimum value of 30 m / Ω mm 2 . But even with this material is by prolonged heating at temperatures above 8O 0 C the risk bo a gradual softening by aging, the tensile strength may decrease in the fully soft condition up to 100 N / mm 2.
Ferner ist zu berücksichtigen, daß eine Anwendungsgrenztemperatur für einen Werkstoff zugleich bedeutet, daß schon bei der Herstellung und Weiterverarbeitung daraus hergestellter Gegenstände sorgfältig darauf eeachtet werden muß, daß die Grenztemperatur nicht überschritten wird. So ist es beispielsweise bei Werkstoffen mit einer Grenztemperatur von 8O0C nicht möglich, eine Kunststoffisoüerung aufzubringen, deren Verarbeitung höhere Temperaturen erfordert Ferner ist es nicht möglich, solche Werkstoffe zu emaillieren oder ay löten.Furthermore, it must be taken into account that an application limit temperature for a material also means that during the production and further processing of objects made from it, care must be taken that the limit temperature is not exceeded. So it is for example the case of materials with a threshold temperature of 8O 0 C is not possible to apply a Kunststoffisoüerung whose processing requires higher temperatures Further, it is not possible to enamel such materials or ay solder.
Daraus resultiert die Aufgabe, einen Aluminiumwerkstoff bereitzustellen, der hinsichtlich der Zugfestigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit mit den bekannten Werkstoffen vergleichbar ist, bei dem diese Eigenschaften aber bis zu einer wesentlich höheren Anwendungstemperatur reversibel erhalten bleiben. Angestrebt wird in erster Linie also nicht eine Verbesserung der Zugfestigkeitswerte bzw. der elektrischen Leitfähigkeit als solcher, sondern die Bereitstellung eines Aluminiumwerkstoffs mit vergleichbaren Mindestwerten, dessen Verarbeitungs- und Anwendungsbereich aber nicht wie bei den bekannten Werkstoffen auf Temperaturen bis höchstens 8O0C eingeschränkt ist.This results in the task of providing an aluminum material that is comparable to the known materials in terms of tensile strength and electrical conductivity, but in which these properties are reversibly retained up to a significantly higher application temperature. So do not improve the tensile strength and the electric conductivity as such, but the provision is aimed primarily of an aluminum material having similar minimum values, whose processing and application is not as restricted in the known materials to temperatures no higher than 8O 0 C.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine AlMnSi-Legierung mit 0,2 bis 2% Mangan, 0,6 bis 3% Silizium, 0,2 bis 1 % Eisen, 0 bis 0,2% Kupfer, 0 bis 0,2% Magnesium, Rest Aluminium, einschließlich insgesamt höchstens 0,2% nicht vermeidbarer herstellungsbedingter Verunreinigungen zu verwenden, wobei aus einem Gußblock nach der üblichen Glühung bei 400 bis 6200C durch Warm- und/oder Kaltumformung Halbzeuge oder Fertigteile hergestellt und diese abschließend bei 300 bis 4500C einer Glühung bis zur vollständigen Rekristallisation unterworfen werden.To solve this problem, the invention proposes an AlMnSi alloy with 0.2 to 2% manganese, 0.6 to 3% silicon, 0.2 to 1% iron, 0 to 0.2% copper, 0 to 0.2 % Magnesium, the remainder aluminum, including a total of at most 0.2% unavoidable production-related impurities, whereby semi-finished products or finished parts are produced from a cast block after the usual annealing at 400 to 620 0 C by hot and / or cold forming and these finally at 300 to 450 0 C of an annealing until complete recrystallization are subjected.
Derartige Halbzeuge oder Fertigteile weisen eine Zugfestigkeit von mindestens 120 N/mm2 und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 29 m/Ω mm2 auf, wobei diese Mindestwerte im Anwendungsbereich bis 4500C reversibel erhalten bleiben. Die Halbzeuge oder Fertigteile befinden sich in einem thermodynamisch stabilen Zustand, so daß die eingestellten Festigkeits- und Leitfähigkeitswerte mit Sicherheit auch bei einer Temperaturbeanspruchung oberhalb 8O0C zumindest bis zu der jeweils angewendeten Temperatur der Rekristallisationsglühung reversibel erhalten bleiben. Such semi-finished products or finished parts have a tensile strength of at least 120 N / mm 2 and an electrical conductivity of at least 29 m / Ω mm 2 , these minimum values being reversibly retained in the application range up to 450 ° C. The semi-finished or finished parts are in a thermodynamically stable state so that the adjusted strength and conductivity values with security retained reversible even at a temperature stress above 8O 0 C, at least up to the respectively applied temperature recrystallization annealing.
Kommt es bei der Verwendung der Legierung auf optimale Leitfähigkeitswerte an, so wird die Rekristallisationsglühung vorzugsweise bei etwa 3000C durchgeführt. Kommt es jedoch bei der Verwendung der Legierung auf optimale Festigkeitswerte an, so wird die Rekristallisationsglühung zweckmäßigerweise bei etwa 450° C durchgeführt.If, during the use of the alloy in an optimum conductivity values, the recrystallization annealing is preferably carried out at about 300 0 C. However, if optimum strength values are important when using the alloy, recrystallization annealing is expediently carried out at around 450 ° C.
Aus D. Altenpohl, Aluminium und Aluminiumlegierungen (1965), S. 685 bis 699, sind AIMn-Legierungen bekannt, die im rekristallisierten Zustand eine Zugfestigkeit von 90 bis 110 N/mm2 und eine elektrische Leitfähigkeit von 23 bis 25 m/Ω mm2 aufweisen. Diese Legierungen genügen ersichtlich den hier gestellten Anforderungen nicht. Aus der gleichen Literaturstelle ist ferner bekannt, AIMn-Legierungen einer abschließenden Rekristallisationsglühung zu unterwerfen, nachdem zuvor der Gußblock wie üblich vor dem Warmumformen bei etwa 6000C geglüht worden ist.AIMn alloys are known from D. Altenpohl, Aluminum and Aluminum Alloys (1965), pp. 685 to 699, which in the recrystallized state have a tensile strength of 90 to 110 N / mm 2 and an electrical conductivity of 23 to 25 m / Ω mm 2 have. These alloys obviously do not meet the requirements set here. From the same reference, AIMn alloys is further known to be subjected to a final recrystallization annealing after the ingot has been annealed as usual before the hot forging at about 600 0 C before.
Aus dem Aluminium Taschenbuch (1974), S. 953, ist unter der Bezeichnung D 3005 eine Aluminiumknetlegierung bekannt, die 0,6% Silizium, 0,7% Eisen, 0,2% Kupfer, 1 bis 1,5% Mangan, 0,2 bis 0,5% Magnesium und Aluminium als Rest enthält. Diese Legierung entspricht in etwa der erfindungsgemäß zu verwendenden, ohne daß in dieser Druckschrift nähere Angaben über ihreFrom the Aluminum Taschenbuch (1974), p. 953, there is a wrought aluminum alloy under the designation D 3005 known to contain 0.6% silicon, 0.7% iron, 0.2% copper, 1 to 1.5% manganese, 0.2 to 0.5% magnesium and Contains aluminum as the remainder. This alloy roughly corresponds to that to be used according to the invention, without that in this publication more information about their
Eigenschaften und Anwendungsbereiche erwähnt sind.Properties and areas of application are mentioned.
Schließlich ist aus D. Altenpohl, Aluminium von innen betrachtet (1970) eine Übersicht über Vorgänge im Gefüge und Atomanordnung im Verlauf de- wichtigsten Stadien der Fertigung von Walzhalbzeugen bekanntgeworden (siehe Tabelle im Anhang), aus der sich die Abfolge der Verfahrensschritte herleiten läßt, die neben der Zusammensetzung bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung einzuhalten sind. Es handelt sich jedoch nur um eine allgemeine Obersicht, ohne konkreten Bezug auf eine bestimmte Legierung oder die Erzielung bestimmter Eigenschaften.Finally, an overview of processes in the Structure and atomic arrangement became known in the course of the most important stages in the manufacture of semi-finished rolled products (see table in the appendix), from which the sequence of procedural steps can be derived the composition of the alloy to be used according to the invention must be observed. It deals However, it is only a general overview, without specific reference to a specific alloy or the Achieving certain properties.
Anhand des in der Figur dargestellten Diagramms werden weitere Einzelheiten und Vorteile beschrieben, die sich bei er erfindungsgemäßen Verwendung der AlMnSi-Legierung unter Beachtung der Herstellungsmaßnahmen ergeben. In dem Diagramm sind die bei Raumtemperatur gemessenen Werte für die Zugfestigkeit und die Leitfähigkeit dargestellt, die sirh nach einer zweistündigen Rekristallisationsglühung bei der jeweils angewandten Temperatur ergeben. Im kaltverfestigten Zustand hat der Werkstoff eine Zugfestigkeit von annähernd 250 N/mm2 bei einer elektrischen Leitfähigkeit von knapp 30 m/Ω mm2. Mit diesen Werten ist der erfindungsgemäß zu verwendende Werkstoff durchaus vergleichbar mit E-Al-Mg-Si in ausgehärtetem Zustand. Nach einer Rekristallisationsglühung bei 3000C sinkt die Zugfestigkeit auf den vorgegebenen Mindestwert von 120 N/mm2, während die elektrische Leitfähigkeit auf 30,7 m/Ω mm2 ansteigt. Bei einer Rekristallisationsglü- jo hung von 300 bis 500° C steigt die Zugfestigkeit eiwa stetig bis auf über 160 N/mm2, während die elektrische Leitfähigkeit ebenfalls nahezu stetig auf unter 28 m/Ω mm2 absinkt. Der unter den vorgegebenen Bedingungen ausnutzbare Temperaturbereich für die Rekristallisationsglühung wird daher zweckmäßigerweise nach oben auf 450° C beschränkt um ein zu starkes Absinken der elektrischen Leitfähigkeit zu vermeiden. Bei dieser Glühtemperatur liegt die Leitfähigkeit noch bei knapp 29 m/Ω mm2, während die Zugfestigkeit bereits auf über Ϊ40 N/mm2 angestiegen ist Das Diagramm läßt erkennen, daß für den jeweiligen Anwendungsfall durch Variation der Temperatur der Rekristallisationsglühung eine optimale Kombination von Zugfestigkeit und elektrischer Leitfähigkeit eingestellt werden kann. Es sei noch einmal wiederholt daß die so eingestellten Eigenschaften unabhängig von der Temperatur, bei der die Halbzeuge oder Fertigteile eingesetzt werden, reversibel erhalten bleiben, weil sich das Werkstoffgefüge in einem thermodynamisch stabilen Zustand befindetWith the aid of the diagram shown in the figure, further details and advantages are described which result from the use of the AlMnSi alloy according to the invention, taking into account the manufacturing measures. The diagram shows the tensile strength and conductivity values measured at room temperature, which result after two hours of recrystallization annealing at the temperature used in each case. In the work-hardened state, the material has a tensile strength of approximately 250 N / mm 2 with an electrical conductivity of just under 30 m / Ω mm 2 . With these values, the material to be used according to the invention is absolutely comparable with E-Al-Mg-Si in the hardened state. After recrystallization annealing at 300 ° C., the tensile strength drops to the specified minimum value of 120 N / mm 2 , while the electrical conductivity increases to 30.7 m / Ω mm 2 . With a recrystallization annealing from 300 to 500 ° C, the tensile strength increases steadily to over 160 N / mm 2 , while the electrical conductivity also drops almost continuously to below 28 m / Ω mm 2. The temperature range that can be used for the recrystallization annealing under the given conditions is therefore expediently limited to an upper limit of 450 ° C. in order to avoid an excessive decrease in the electrical conductivity. At this annealing temperature, the conductivity is just under 29 m / Ω mm 2 , while the tensile strength has already risen to over Ϊ40 N / mm 2 and electrical conductivity can be adjusted. It should be repeated once more that the properties set in this way are reversibly retained regardless of the temperature at which the semi-finished products or finished parts are used, because the material structure is in a thermodynamically stable state
Das Diagramm läßt weiter erkennen, daß der Werkstoff selbstverständlich auch ohne vorherige Rekristallisation eingesetzt werden kann, wenn es auf eine besonders hohe Zugfestigkeit ankommt und bei der Anwendung die Raumtemperatur mit Sicherheit nicht wesentlich überschritten wird. Insoweit würde der Werkstoff aber den gleichen einschränkenden Bedingungen unterliegen, wie die eingangs erwähnten bekannten Werkstoffe.The diagram also shows that the material can of course also be used without prior Recrystallization can be used when a particularly high tensile strength is important and when Use the room temperature is certainly not significantly exceeded. To that extent would the However, the material is subject to the same restrictive conditions as those mentioned at the beginning known materials.
Bei Halbzeugen und Fertigteilen, die erfindungsgemäß verwendet werden, liegt man stets auf der sicheren Seite; die sich nach vollständiger Rekristallisation einstellenden Mindestwerte für Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit sind auch dann noch gewährleistet, wenn bei deren Verarbeitung wie Aufbringen einer Isolierung, Emaillieren, Löten etc. höhere Temperaturen angewendet werden müssen.With semi-finished products and finished parts that are used according to the invention, one is always on the safe side Page; the minimum values for strength and electrical properties that arise after complete recrystallization Conductivity are still guaranteed even if during processing such as applying a Insulation, enamelling, soldering etc. higher temperatures must be applied.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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