Knetlegierung

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Als Knetlegierungen bezeichnet man in der Metallurgie der Nichteisenmetalle Legierungen, die sich durch eine ihre Duktilität begünstigende Zusammensetzung für Aufgaben beim Walzen, Pressen, Ziehen, Schmieden von den Gusslegierungen auf Aluminium- oder Kupferbasis unterscheiden.

Abgrenzung gegen Gusslegierungen

Metallurgisch gesehen, wird bei der Herstellung von primären oder sekundären, also im Recyclingverfahren erstellten, Legierungen zwischen Gusslegierung und Knetlegierung unterschieden.

Gusslegierungen werden entweder „auf Vorrat“ zu Barrenformen für den Bedarf der Formgießereien vergossen, oder sie werden den Gießereien unter Erhalt der im Flüssigmetall gebundenen Energie in Thermosbehältern zugeführt (Flüssigmetalltransport). Große Gießereien haben zudem die Möglichkeit, Flüssigmetall aus dem eigenen Schmelzwerk im Pfannentransport per Stapler in die Werksgießerei überzuführen. Diese drei Wege der Bereitstellung von Flüssigmetall für die Formgießerei vereinigen sich in ihrer Zwecksetzung. Aus dem Flüssigmetall werden beim Vergießen in eine Sand- oder metallische Dauerform Gussteile, die dem gewünschten Endzustand, vom wenige Gramm schweren Feingußteil bis zum 250.000 kg schweren Walzenständer weitgehend nahekommen und daher keine, oder nur relativ geringe Nachbearbeitung erfordern.

Halbzeug aus Nichteisen- Knetlegierungen

Knetlegierungen sind ein „Zwischenprodukt“, auch Halbzeug genannt, bei dessen Herstellung im Vergleich mit Gusslegierungen des gleichen Typs einige Besonderheiten bestehen.

In ihrer analytischen Grundzusammensetzung weichen sie von den Gusslegierungen nur wenig ab. Da die Hauptforderung an eine Knetlegierung die Eignung zu Kalt- oder Warmverformung ist, auch die Zerspanbarkeit ist von Bedeutung, kann dies sowohl die Begrenzung des Anteils einiger bei Gusslegierungen nicht störender Begleitelemente verlangen, ebenso aber die Zufügung von Elementen, die geeignet sind, die weitere Verarbeitung der Knetlegierung zu fördern.

In großvolumigen Öfen erschmolzen, werden Knetlegierungen in einfachen geometrischen Ausformungen als Platinen (auch Walzbarren genannt), Ronden oder Pressbolzen, vergossen und erst nach einer das Gefüge durch Umkristallisation beeinflussenden Kalt- oder Warmauslagerung in speziell hierfür dienlichen Öfen in einem Walz- oder Presswerk warm oder kalt weiteren Fertigungsgängen für die zugedachten Verwendungszwecke unterzogen.[1]

Stähle, sowie Knetlegierungen auf Aluminium-oder Kupferbasis stellen zwar die Hauptmenge an Halbzeug, aber auch Nickellegierungen, Silber und Gold werden erst zu Halbzeug, aus dem dann Münzen geprägt oder Schmuck gefertigt wird. Halbzeug aus normierten Kupfer-Zinn-Knetlegierungen wird zu Federbändern verarbeitet, die in verschiedenen Industriezweigen wichtiges Funktionselement sind.

Beispiele von Walzprodukten

Walzprodukte werden unter anderem als einfache oder geformte Bleche im Fahrzeugbau, seien es Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuge verwendet. Im Hochbau finden sie sich in Form gestalterischer Elemente, als Verkleidungen und Abdeckungen. Vielfältige Verwendungsmöglichkeiten finden sich für das Walzprodukt Folien. Insoweit ist die bei Aluminium die häufigste Ausgangsform der im vertikalen Verfahren im Gießhaus (cast house) abgegossene Walzbarren.

Beispiele von Pressprodukten

Pressprodukte, auch Ronden oder Bolzen genannt, werden gleich den Walzbarren im Stranggießverfahren hergestellt, dabei aber durch eine glatte oder profilierte Kokille gezogen. Bei Hohlprofilen wird über einen in die Kokille eingesetzten Dorn aus Grafit gegossen. Eine Teilung der glatten, profilierten, oder hohlen Ronden in Scheiben beliebig wählbarer Stärke ist häufig. Solche Scheiben können zu runden Behältnissen aller Art extrudiert werden, vorzugsweise zu Dosen und deren Deckeln. Aus solchen Scheiben lassen sich sowohl Münzen prägen, als auch bei entsprechender Profilierung des Strangs runde technische Teile aller Art herstellen (z. B. Zahnräder).[2]

Stranggiessen von Aluminium und Knetlegierungen auf Aluminiumbasis

Der Gießvorgang kann diskontinuierlich oder kontinuierlich verlaufen. Beim diskontinuierlichen Verfahren bestimmt die Tiefe des Abkühlbeckens, in das der Strang abgesenkt wird, seine Länge. Das kontinuierliche, oder auch „Endlosverfahren“, kann den genügend gefestigten Strang entweder auf beliebige, auch eine Krümmung erlaubende Längen auslegen, oder ihn nach Erfordernis unter Einsatz der sogenannten „fliegenden Säge“ abteilen.

Starke Durchmesser werden einzeln gegossen, bei schwächeren Durchmessern sind Gießtische mit mehreren in sie eingelassenen Kokillen üblich, wobei 16 gleichzeitig gegossene Stränge eher Norm als Ausnahme sind.

Die Metallzufuhr erfolgt aus dem Warmhalteofen. Bei Aluminium und seinen Legierungen geht der Gießprozess über eine entgasende Schmelzebehandlungsbox (SNIF-Box) weiter und von dieser gelangt das flüssige Metall über eine feuerfest ausgekleidete Gießrinne nebst deren Abzweigungen zu den einzelnen Strängen. In der Gießrinne können noch für die Legierung wichtige Zusätze – in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit automatisch dosiert – zugefügt werden. Meist sind es Titan und Bor enthaltende Vorlegierungen zur Gefügebeeinflussung (Kornfeinungsmittel).

Bandgießen

Eine vom Stranggießverfahren zu unterscheidende Technik ist das Bandgießverfahren, mittels dessen Aluminiumlegierungen in einen veränderbaren Spalt zwischen zwei sich gegenläufig drehenden, kühlenden Trommeln abgegossen werden und als Bänder erstarren ("Caster-Verfahren"). Im Hinblick auf die Verwendung als Dünnblech oder Folien können Walzvorgänge („Stiche“) eingespart werden. Das Halbzeug wird hier – ähnlich dem Verfahren zur Herstellung von Drähten – dem gewünschten Endprodukt angenähert.

Stranggiessen von Kupfer und Legierungen auf Kupferbasis

Messinge haben an der Menge hergestellter Kupferknetlegierungen den größten Anteil, aber auch weitere Kupferlegierungen werden als Halbzeug erstellt, so die oben genannten Kupfer-Nickel-Legierungen, die mit ihrer bei >15 % Nickelanteil eine helle, nicht an Kupfer erinnernde Farbe aufweisen, die bei der Münzherstellung für Höherwertigkeit gegenüber den Kupfermünzen steht.[3] Wichtiger sind die den CuNi-Knetlegierungen einen breiten Anwendungsbereich sichernden physikalischen Eigenschaften.[4]

Bei Messinghalbzeug mit vornehmlich 58 % Kupfergehalt wird zwischen bleihaltigen und bleifreien Legierungen unterschieden. Mit einem Bleigehalt von 2.5 bis 3.5 % wird die Legierung auch Automatenmessing (CuZn39Pb3) genannt. Zufolge ihres variierbaren Bleigehaltes ist sie sowohl kalt als auch warm umformbar, für Gesenkschmieden und Herstellung von Drähten geeignet, darüber hinaus nahezu allgemein verwendbar. [5]

Literatur

  • Stephan Hasse (Hrsg.): Giesserei Lexikon. 17. Auflage, Schiele und Schön, Berlin 1997, ISBN 3-7949-0606-3.
  • Schriftenreihe des DKI (Deutsches Kupferinstitut) (Online-Katalog).
  • Ernst Brunhuber (Übersetzer): Guss aus Kupfer und Kupferlegierungen. Schiele & Schön, Berlin 1986, ISBN 3794904443, S. 99 f.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Im Eisenhüttenwerk wird ebenfalls Halbzeug hergestellt, klassisch als Brammen, moderner in der Regel als Strang oder Ronde
  2. Beispiele zu Kupfer-Zink-Knetlegierungen und ihren Verwendungsmöglichkeiten in: Kupfer-Zink-Legierungen (Messing und Sondermessing). Informationsdruck i.5, Deutsches Kupferinstitut (PDF).
  3. Kupfermünzen sind nur selten noch aus teurem Kupfer, meistens handelt es sich um kupferplattiertes Eisen
  4. DKI Schrift 02.92, s.a.a.O.
  5. Kupfer-Zink-Legierungen (Messing und Sondermessing). Informationsdruck i.5, Deutsches Kupferinstitut (PDF).

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