DE3012009C2

DE3012009C2 - Verwendung einer AlMnSi-Legierung

Info

Publication number: DE3012009C2
Application number: DE19803012009
Authority: DE
Inventors: Heinz Jürgen Dr. 6370 Oberursel Althoff
Original assignee: VEREINIGTE DEUTSCHE METALLWERKE AG 6000 FRANKFURT DE; Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3012009A1; EP0037132A1

Description

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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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 ihre

Eigenschaften und Anwendungsbereiche erwähnt sind.

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.

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 befindet

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.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verwendung einer AlMnSi-Legierung mit 0,2 bis 2% Mangan, 0,6 bis 3% Silizium, 0,2 bis 1 % Eisen, 0 bis G,2% Kupfer, 0 bis 0,2% Magnesium, Rest Aluminium einschließlich insgesamt höchstens 0,2% nicht vermeidbarer, herstellungsbedingter Verunreinigungen zur Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen für Leitzwecke, die aus einem Gußblock nach der üblichen Glühung bei 400 bis 620°C durch Warm- und/oder Kaltumformung hergestellt werden und abschließend bei 300 bis 450⁰C einer Glühung bis zur vollständigen Rekristallisation unterworfen werden, eine Zugfestigkeit von mindestens 120 N/mm² und eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 29 m/Ω mm² aufweisen, wobei diese Mindestwerte im Anwendungsbereich bis 450⁰C reversibel erhalten bleiben müssen.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, wobei die Rekristallisationsglühung zur Erzielung optimaler Leitfähigkeitswerte bei etwa 300°C durchgeführt wird, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, wobei die Rekristallisationsglühung zur Erzielung optimaler Festigkeitswerte bei etwa 450° C durchgeführt wird, für den Zweck nach Anspruch 1.

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