一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制備方法，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，電力需求量也迅速增加，為了滿足國家西電東送、南北互通、全國聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略部署，電線電纜作為電力行業(yè)的基礎(chǔ)材料，其需求量與日倶增。目前，我國的高壓架空輸電線路導(dǎo)線普遍采用鋼芯鋁絞線，但是鋼芯鋁絞線的重量大、耐熱性能差、載流量受到限制、電能損失大，不能滿足電力發(fā)展的需要。耐熱鋁合金導(dǎo)線具有重量輕、弧垂小、耐熱性好、載流量大等優(yōu)點，該導(dǎo)線從20世紀(jì)50年代就開始在國際上使用，特別適合超高壓線路和大跨越線路，在線路弧垂相同的情況下，可以增加鐵塔的檔距或者降低鐵塔的高度來減少土地占用和線路建設(shè)成本，但是我國的耐熱鋁合金導(dǎo)線的使用率很低。目前，國內(nèi)的耐熱鋁合金導(dǎo)線的主要問題是導(dǎo)電性能、耐熱性能和力學(xué)性能等方面不能兼顧。
[0003]鋁合金中添加Sc元素能夠顯著提高鋁合金的高溫強度和再結(jié)晶溫度，因為Sc能夠與A1形成穩(wěn)定的A13Sc相，A13Sc相與鋁基體的錯配度較小，能夠有效抑制晶粒長大，提高A1合金的高溫強度；A13Sc相可以有效釘扎位錯、亞晶界與晶界，在回復(fù)過程中能夠阻礙再結(jié)晶形核核心的長大，從而有效阻礙再結(jié)晶的發(fā)生，提高再結(jié)晶溫度。但是Sc價格昂貴，大幅度提高了合金導(dǎo)線的成本。Zr元素與Sc元素有很多相同的特征，通常將Sc、Zr復(fù)合添加到招合金中，Zr能替換A13Sc相中的Sc原子，形成熱穩(wěn)定性更高的A13(Sc, Zr)相，且Al3(Sc,Zr)相的強化效果優(yōu)于Al3Sc相，進一步提高了合金的再結(jié)晶溫度和抗拉強度；而且Zr的價格相對Sc便宜很多，添加Zr來減少合金中Sc的含量，能夠降低合金的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制備方法，設(shè)計了合金成分，通過連續(xù)流變擠壓工藝制備鋁合金桿，繼而通過拉拔制備出高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:Sc:0.01-0.18%, Zr:0.06_0.5%，其余是A1和不可避免的雜質(zhì)元素，其中不可避免雜質(zhì)元素中每種雜質(zhì)元素含量不超過材料總質(zhì)量的0.08%。
[0006]一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)熔煉:采用電解鋁水或者純鋁錠，將其加熱到700-750°C，將中間合金加入熔體，待合金完全熔化后，將熔體溫度升高至700-750°C，并保溫5-10min，然后用精煉劑對熔體進行精煉，扒渣后對熔體通入氬氣進行精煉5-15min，最后將熔體在700-750°C保溫5_15min ；
[0008](2)連續(xù)流變擠壓成形:在650_750°C將熔體澆注到連續(xù)流變擠壓機的入口，制備出直徑為5-20mm的鋁合金導(dǎo)電桿；
[0009](3)拉拔:采用硬質(zhì)合金模對鋁合金導(dǎo)電桿進行冷拔加工，得到直徑為0.5-10mm高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線。
[0010]作為優(yōu)選，步驟(1)中所述電解鋁水或者純鋁錠純度不低于99.7%。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(1)中所述中間合金，為ΑΙ-Sc中間合金和Al-Zr中間合金。
[0012]作為優(yōu)選，步驟(1)中所述精煉劑為鋁合金精煉劑和C2C16。
[0013]作為優(yōu)選，步驟(1)中所述通入氬氣的壓力為1.0-4.0MPa，流量為3.0-5.5L/min。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(2)中所述連續(xù)流變擠壓的工藝參數(shù)為:擠壓輥轉(zhuǎn)速為20_100r/min，流變擠壓成形澆注溫度為650-750 °C。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(3)中所述冷拔過程的拉拔速度為:0.1-lm/so
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下顯著特點:
[0018](1)在保證導(dǎo)線導(dǎo)電率的同時有效提高了導(dǎo)線的抗拉強度和延伸率，本發(fā)明制備的鋁合金導(dǎo)線20°C等效導(dǎo)電率為60.2 % IACS，抗拉強度為21 IMPa，伸長率為7.6%，顯著優(yōu)于現(xiàn)有耐熱鋁合金導(dǎo)線的性能；
[0019](2)合金導(dǎo)線在230°C父111后的強度殘存率高于97%，4001€ Xlh后的強度殘存率高于95%，長期運行溫度能達(dá)到230°C以上，提高了導(dǎo)線的運行溫度；
[0020](3)本發(fā)明采用連續(xù)流變擠壓制備鋁合金桿，工藝流程短，成本低，產(chǎn)品性能好，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明制備的耐熱鋁合金導(dǎo)線的TEM微觀組織金相圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示:其中圖1 (a)為流變擠壓制備的Al-Sc-Zr合金導(dǎo)電桿的TEM微觀組織，從圖中可以看出Al-Sc-Zr合金導(dǎo)線內(nèi)部均勻分布著大量納米尺寸的A13(Sc，Zr)析出相，Al3(Sc,Zr)相能夠強烈地釘扎位錯，具有明顯的析出強化作用，且Al3(Sc，Zr)相在高溫下具有良好的穩(wěn)定性，提高了合金導(dǎo)線的耐熱性能；圖l(b)-(d)為不同拉拔變形量的合金導(dǎo)線的TEM微觀組織，比較后發(fā)現(xiàn)合金導(dǎo)線內(nèi)部的位錯密度隨著拉拔變形量的增大而增大，而析出相的尺寸和形貌在拉拔變形過程中沒有發(fā)生變化，經(jīng)過位錯與析出相的耦合強化作用，合金導(dǎo)線的強度進一步提高。
[0023]—種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的化學(xué)成分為:Sc 0.1%，Zr 0.15%，余量為A1和不可避免的雜質(zhì)元素，每種雜質(zhì)元素含量不超過總質(zhì)量的0.08%。
[0024]一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備步驟如下:
[0025]第一步，根據(jù)上述高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的合金成分，采用純度不低于99.7 %的電解鋁水、Al-2Sc(wt.% )中間合金和Al-5Zr(wt.% )中間合金配料。在鋁水溫度為700-750°C時加入Al-Sc中間合金和Al_Zr中間合金，然后攪拌熔體并保溫lOmin ;
[0026]第二步，待合金全部熔化后，在700-750 °C向合金熔體中加入(:2(:16進行除渣除氣，扒渣后通入氬氣精煉lOmin，氬氣的壓力為2.5MPa，流量為4.2L/min，扒渣后將熔體加熱到700-750Γ保溫 lOmin ；
[0027]第三步，在擠壓輥轉(zhuǎn)速為30r/min，熔體溫度為700-750°C時，將合金熔體澆注到連續(xù)流變擠壓機的入口，制備出直徑為10mm的鋁合金導(dǎo)電桿；
[0028]第四步，采用硬質(zhì)合金模將鋁合金導(dǎo)電桿冷拔到直徑為3.0mm的鋁合金導(dǎo)線，拉拔速度為0.2m/So
[0029]采用本發(fā)明方法制備的直徑為3.0mm的鋁合金導(dǎo)線，其抗拉強度為211MPa，伸長率為7.6%，20°C等效導(dǎo)電率為60.2% IACS，230°C Xlh的強度殘存率為97.5%，400°C X lh的強度殘存率為95.3%，長期運行溫度達(dá)到230°C以上，屬于高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線。
[0030]需要強調(diào)的是:以上僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線，其特征在于:其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:Sc:0.01-0.18%, Zr:0.06-0.5%，其余是A1和不可避免的雜質(zhì)元素。2.如權(quán)利要求1所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線，其特征在于:所述不可避免雜質(zhì)元素中每種雜質(zhì)元素含量不超過材料總質(zhì)量的0.08%。3.一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，包括以下步驟: (1)熔煉:采用電解鋁水或者純鋁錠，將其加熱到700-750°C，將中間合金加入熔體，待合金完全熔化后，將熔體溫度升高至700-750°C，并保溫5-10min，然后用精煉劑對熔體進行精煉，扒渣后對熔體通入氬氣進行精煉5-15min，最后將熔體在700-750°C保溫5_15min ; (2)連續(xù)流變擠壓成形:在650-750°C將熔體澆注到連續(xù)流變擠壓機的入口，制備出直徑為5-20mm的鋁合金導(dǎo)電桿； (3)拉拔:采用硬質(zhì)合金模對鋁合金導(dǎo)電桿進行冷拔加工，得到直徑為0.5-10mm高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線。4.如權(quán)利要求3所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述電解鋁水或者純鋁錠純度不低于99.7%。5.如權(quán)利要求3所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述中間合金，為Al-Sc中間合金和Al-Zr中間合金。6.如權(quán)利要求3所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述精煉劑為鋁合金精煉劑和C2C16。7.如權(quán)利要求3所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述通入氬氣的壓力為1.0-4.0MPa，流量為3.0-5.5L/min。8.如權(quán)利要求3所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述連續(xù)流變擠壓的工藝參數(shù)為:擠壓輥轉(zhuǎn)速為20-100r/min，流變擠壓成形澆注溫度為 650-750 Γ。9.如權(quán)利要求3所述的一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述冷拔過程的拉拔速度為:0.1-lm/so
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制備方法。該鋁合金導(dǎo)線的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Sc：0.01-0.18％，Zr：0.06-0.5％，其余是Al和不可避免的雜質(zhì)元素。其制備方法為：(1)采用純度不低于99.7％的純鋁水、Al-Sc中間合金和Al-Zr中間合金熔煉配置合金熔體；(2)將合金熔體澆注到連續(xù)流變擠壓機的入口，通過連續(xù)流變擠壓制備出鋁合金導(dǎo)電桿；(3)將鋁合金導(dǎo)電桿進行冷拔加工，最終得到直徑為0.5-10mm高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線。本發(fā)明制備的直徑為3mm的鋁合金導(dǎo)線的抗拉強度達(dá)211MPa，延伸率達(dá)7.6％，20℃下的等效導(dǎo)電率超過60％IACS，230℃×1h的強度殘存率高于97％，400℃×1h的強度殘存率高于95％。本發(fā)明通過合金成分設(shè)計與加工，制備出導(dǎo)電率高、強度高、耐熱性良好的高強特耐熱鋁合金導(dǎo)線。
【IPC分類】C22C1/03, C22C21/00
【公開號】CN105274397
【申請?zhí)枴緾N201510698345
【發(fā)明人】管仁國, 王祥, 鐵鏑
【申請人】東北大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月23日