180857. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumhuzal előállítására
3 180857 4 eljárás kidolgozása, amellyel a kohóalumínium további hőkezelések nélkül is, vagy legfeljebb egyszeri viszonylag alacsony hőmérsékletű kezelés után alkalmassá válik megfelelő mechanikai jellemzőjű alumíniumhuzal előállítására. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy a kohóalumíniumban jelen lévő egyes fémes szennyezők, és mindenekelőtt a vas, a kobalt, és a nikkel megfelelő feltételek között alkalmasak olyan fizikai folyamatok beindítására, amelyek végeredményben a mechanikai jellemzők jelentős javulását hozzák. Felismerésünk lényege a következő: Az alumíniumban jelen levő olyan fémes szennyezők (például Ti, Si, Ni, Fe) miatt, amelyek a folyékony halmazállapotú alumíniumban oldódnak, a szilárd aluminiumfázis kiválása nem egy adott hőmérsékleti ponton, mégpedig a tiszta alumínium 660 C°-os olvadáspontján következik be, hanem egy viszonylag széles, a szennyezőanyagok mennyiségétől és minőségétől erősen függő, akár 20 C° szélességet is elérő hőmérséklettartományban. Az első olvadásponttól indulva a hőmérséklet csökkenése során a szilárd alumíniumfázis mellett első exoterm folyamatban megjelenik egy első szilárd fázis, amely a szennyezők által az alumíniummal alkotott szilárd oldatnak felel meg. A folyamat lefutó ágát elérve az alumínium túlnyomó része (kb. 90%-a) már kikristályosodott, létrehozta az ún. alumíniummátrixot, amely a villamos tulajdonságok alapvető hordozója. A hőmérséklet további csökkenésekor 650 C° alatt újból csak az anyagösszetétel által meghatározott hőmérséklettartományban második exoterm folyamatban újabb, általában eutektikus összetételű szilárd fázis alakul ki, amely a vizsgálatok szerint az alumínium mechanikai jellemzőinek leromlását okozza. A második exoterm folyamat az első után zajlik le és kb. 620 C° hőmérsékletig befejeződik. Felismerésünk szerint, ha ennek a második szilárd fázisnak az összetételét a metastabil eutektikum (túltelített oldatok) irányába tudjuk eltolni, akkor a kohóalumínium mechanikai tulajdonságai jelentősen javulnak. Úgy találtuk, hogy ez az eltolás a hűtés jelentős mérvű felgyorsításával biztosítható. Ha azonban a kohóalumínium gyors hűtését közvetlenül az olvadáspont alatt megkezdjük, akkor az alumínium kristályszerkezete kedvezőtlenül módosul, az alumíniummátrix felépítése olyan, ami a villamos vezetőképesség leromlását okozza. Ezt a folyamatot felismerésünk szerint úgy kerülhetjük el, hogy az alumíniummátrix kívánatos kristályos szerkezetének természetes folyamatban bekövetkező gyakorlati kialakulása után, a kristályosodás első exoterm folyamatának lefutó ágában indítjuk a gyors hűtést. Felismerésünk alapján alumíniumhuzal előállítására olyan eljárást dolgoztunk ki, amelyben legfeljebb 0,7% szennyezőelemet tartalmazó kohóaluminiumot megolvasztunk, az olvadékot folyamatosan öntjük és 102 K/s nagyságrendű természetes hűlési sebességgel bekövetkezett dermedés után a huzalt hengerléssel vagy sajtolással majd hidegalakítással előállítjuk és a találmány szerint a dermedés közben fellépő első exoterm folyamat befejező szakaszában a kohóalumíniumot olyan hőkapacitású folyékony vagy szilárd hűtőközeggel érintkeztetjük, hogy a hűtési sebesség az adott feltételek mellett lejátszódó spontán dermedési folyamatot jellemző hűlési sebességnek legalább 2,5-szerese legyen. A találmány szerinti eljárást megolvasztott alumíniumból kiindulva foganatositjuk. Ebből a szempontból mindegy, hogy az olvasztás az alumíniumgyártás szokásos eljárási lépéseként történik meg, vagy pedig már megszilárdult alumíniumot melegítünk fel olvadáspontig, vagy olvadáspont alatti hőmérsékletig és nyomással biztosítjuk olvadását. A hűtési sebességet általában 103 K/s-nál nagyobb értékűre állapítjuk meg. A találmány szerinti eljárás segítségével kohóalumíniumból előnyös mechanikai tulajdonságokkal jellemzett alumíniumhuzalok állíthatók elő, amelyek hajlékonysága egyszeri hőkezelés után jelentősen túllépi az eddig ismert alumíniumhuzalokét és megközelíti a vörösréz huzalokét, esetleg azokéval egyenértékű. A találmány szerinti eljárást a továbbiakban egy foganatosítási példa alapján ismertetjük részletesen. A találmány szerinti eljárás foganatosításakor legalább 99,3% Al-tartalmú kohóalumíniumból indulunk. A kohóalumínium olvadáspontja összetételtől függően általában 640 és 660 C° között van, míg összetétele például: A1 Fe Si Cu Ti + V + Mti + Cr Co Ni egyéb 1. minta 99,40 0,35 0,10 0,02 0,02 0,09 — 0,02 2. minta 99,30 0,35 0,10 0,02 0,02 — 0,18 0,03 A kohóalumíniumot megolvasztjuk (például az alumíniumgyártás folyamatában vezetjük el). Belőle mintát veszünk és az adott összetétel mellett olvadékfázisból az aluminium olvadáspontjától követjük a hűlés folyamatát. A folyamat megfigyeléséhez például a differenciális termoanalízis módszerét alkalmazzuk, amikor szükség esetén melegítéssel is biztosítjuk a lassú kb. 8 K/min körüli hűlési sebességet. A hűlés során 620.. .660 C° hőmérséklettartományban egymást követően két exoterm folyamatot figyelünk meg, amelyek közül az első maximumhőmérsékletét meghatározzuk. A folyamatot olyan módon is követjük, hogy lefutó ágában, még a szilárd oldat kialakulásának befejezése előtt egy hőmérsékletértéket meghatározunk, amely a hűtés meggyorsításának kezdőpontja lesz. A folyamatos öntés során a cseppfolyós anyag először üzemi feltételek között, tehát mintegy 20.. .200 K/s hűlési sebességgel hűl. Áramában jól meghatározható az a hely, ahol hőmérséklete a kijelölt értéket veszi fel. Itt kell az ismert lehetőségek felhasználásával (például olajon átvezetve) olyan mérvű hűtést alkalmazni, hogy az adott feltételek között a hűlés folyamatához képest a hűtés legalább 2,5-szeres sebességgel legyen jellemezve, értéke elérje a mintegy 103 K/s nagyságot. Az így kapott szilárd anyagból ezt követően szokásos módon állítjuk elő az alumíniumhuzalt. Példa Alumíniumhuzal előállításához kiindulási anyagként rudat állítunk elő az alumíniumöntés technológiájában jól ismert folyamatos Properzi-eljárással. A folyékony alumíniumot a forgó ún. Properzi-kerék felületére öntjük, amelyen megfelelő vályú van kialakítva. A kerék felülete alatt hűtővizet tartalmazó csővezeték van, amivel a felület hűtése biztosított. A példaként megvalósított eljárásban a Properzi-kereket az 1. minta szerinti összetételű alumíniumból 5 mm átmérőjű rúd előállítására használtuk fel. A folyékony alumíniumot tartalmazó öntőüstöt úgy helyeztük el, hogy garatja a forgó Properzi-kerék felső pontja felett a megfelelő magasságban helyezkedjen el, amivel biztosítjuk, hogy a kiömlő alumínium áramának hőmérséklete a kerék kerületét elérve a lehető legpontosabban 650 C° legyen. A Properzi-kerék belsejében az adott esetben 10 C° hőmérsékletre előhűtött vizet áramoltatunk és így a kerék vályújába ömlő alumínium azonnal, a találmány szerint szükséges nagy hűlési sebességgel megdermed. A hűtővíz áramlási sebességének és hőmérsékletének változtatásával a hűtés feltételei jól szabályozhatók. A kapott 5 mm átmérőjű rudat a továbbiakban a szokásos 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
