一種添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳輸電力的架空線(xiàn)，除了需有必要的導(dǎo)電率傳輸電流和必要的強(qiáng)度來(lái)承受自重 及風(fēng)、冰所加的負(fù)荷以外，還應(yīng)考慮到彈性模量、線(xiàn)性膨脹系數(shù)、蠕變屈服性能和抗腐蝕性 等重要特性。對(duì)于電力線(xiàn)來(lái)說(shuō)，銅被明顯地選為導(dǎo)體材料，是因?yàn)樗哂懈邔?dǎo)電率和較 好的機(jī)械特性和抗腐蝕性。但是，通過(guò)對(duì)最重要的特性的測(cè)試顯示，鋁是用作架空線(xiàn)最 合適的導(dǎo)體材料。
[0003] 鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率及強(qiáng)度分別為銅導(dǎo)體的61%和39%然而，由于它的密度小，鋁 導(dǎo)體的重量只有相同體積銅導(dǎo)體重量的30%，所以鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率與重量之比及強(qiáng)度與 重量之比，都優(yōu)于相同重量的銅導(dǎo)體。因而，鋁導(dǎo)休具有更好的強(qiáng)度和導(dǎo)電性或從另一 方面說(shuō)，在同樣的導(dǎo)電性與強(qiáng)度的綜合性能條件下，鋁可以由比銅更輕的重量來(lái)獲得。 從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，鋁的密度比銅小。通常鋁的價(jià)格要比銅便宜得多，更重要的是這些金 屬是以重量計(jì)價(jià)的聲所以相同重量情況下鋁比銅具有更好的經(jīng)濟(jì)性。因此在輸電領(lǐng)域，鋁 導(dǎo)線(xiàn)得到較快發(fā)展和廣泛運(yùn)用。目前，世界各地的輸電架空輸電線(xiàn)路主要采用鋼芯鋁合金 絞線(xiàn)（ACSR)。典型代表如美國(guó)1350EU370E，日本58TACSR、60TACSR。即使是印度、孟加拉 國(guó)等發(fā)展中國(guó)家，也有較大用量。20世紀(jì)50~60年代，法國(guó)、美國(guó)、日本和比利時(shí)等國(guó) 家對(duì)鋁合金導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，認(rèn)為鋁合金具有良好的導(dǎo)電性能、焊接性能、耐蝕性 能、導(dǎo)電容量大、抗拉強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、弧垂特性好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，繼而研發(fā)出高強(qiáng)度鋁合 金線(xiàn)（AAAC)，這種鋁合金導(dǎo)線(xiàn)具有抗拉強(qiáng)度大，重量輕，耐腐蝕，弧垂性能好等優(yōu)點(diǎn)，在很多 國(guó)家也被廣泛采用。如日本在80年代應(yīng)用鋁合金導(dǎo)線(xiàn)達(dá)全部導(dǎo)線(xiàn)用量的40%，歐美也達(dá) 到30%以上。 我國(guó)從60年代開(kāi)始研制和開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鋁合金線(xiàn)，但我國(guó)傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線(xiàn)導(dǎo)電率偏低， 耐熱性能相對(duì)較弱，線(xiàn)路的輸電容量受到限制。據(jù)電力部門(mén)統(tǒng)計(jì)，國(guó)家電網(wǎng)損耗占電網(wǎng)傳輸 電量的8. 9%以上，地方電網(wǎng)可達(dá)20%，而且國(guó)內(nèi)的鋁合金導(dǎo)線(xiàn)在生產(chǎn)中常出現(xiàn)拉伸斷裂問(wèn) 題。所以我國(guó)的鋁合金導(dǎo)線(xiàn)占架空導(dǎo)線(xiàn)的比例很小，有著很大的發(fā)展?jié)摿?。因此研發(fā)高強(qiáng) 度高電導(dǎo)的鋁合金導(dǎo)線(xiàn)成為國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni 合金及其制備工藝，以獲得性能優(yōu)異的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的制 備工藝，包含以下步驟：分別澆鑄質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Y) =7. 5%的Al-Y、Al-Sc中間合金、7. 5%的 Al-Y-Sc中間合金，然后鋁錠原料加熱升溫到780°C ~800°C，待熔化后，去除鋁液表面的渣 子，再加熱到780°C ~800°C后，用鋁薄包裹好的中間合金A1-Y或Al-Sc添加到鋁液中，加入 后攪拌均勻，攪拌時(shí)間為3min~5min，后去除表面浮雜物，最后燒鑄成型。
[0006] 在保溫的同時(shí)，需將模具在400°C進(jìn)行預(yù)熱。
[0007] Y的添加量為0· 15-0. 25, Sc的添加量為0· 05-0. 25。
[0008] 本發(fā)明的有益效果： 1) 添加適量的稀土 Y和Sc均可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的導(dǎo)電率，可能是稀土元 素可以使Si、Fe由固溶態(tài)變?yōu)槲龀鰬B(tài)。對(duì)于稀土 Y，添加量需控制在w (Y) =0. 10%~0. 25% ; 對(duì)于稀土 Sc，添加量需控制在w (Sc) =0· 10%~0· 20%，其中Sc的效果優(yōu)于Y ; 2) 添加一定量的單一稀土 Y和Sc，可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的抗拉強(qiáng)度，且稀土 Y效果強(qiáng)于Sc ; 3) 單獨(dú)添加稀土 Y時(shí)，w (Y) =0. 20%時(shí)，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的綜合性能最佳；單獨(dú) 添加稀土 Sc時(shí)，w (Sc) =0. 15%時(shí)Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的綜合性能最佳； 4) 在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中添加稀土 Y和Sc，其宏觀組織中粗大的柱狀晶變細(xì)變短， 并且中心出現(xiàn)等軸晶； 5) 添加稀土 Y、Sc均可細(xì)化Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金試樣的晶粒，且稀土 Y的細(xì)化效果強(qiáng) 于稀土 Sc。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為稀土元素 Y的加入量與導(dǎo)電率的關(guān)系曲線(xiàn)； 圖2為稀土元素 Sc的加入量與導(dǎo)電率的關(guān)系曲線(xiàn)； 圖3為稀土元素 Y的加入量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)； 圖4為稀土元素 Sc的加入量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 確定分別澆鑄質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Y)=7. 5%的Al-Y、A1-Sc中間合金、7. 5%的Al-Y-Sc中 間合金。
[0011] A1-RE中間合金的制備方法為：純鋁放入剛玉坩堝中，用井式電阻爐加熱 熔化，待純鋁完全熔化后，將稀土金屬破碎，烘干并用鋁箔包好，750°C時(shí)加入鋁液，在 800°C ± 1(TC保溫2h左右，其間不斷攪拌，直至稀土金屬碎塊完全熔入，最后澆入模具備 用。稀土元素的燒損控制在1~3%左右，因而實(shí)驗(yàn)中的加入量可看作為實(shí)際含量，最終分別 制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Y) =7. 5%的A1-Y中間合金和質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Sc) =7. 5%的Al-Sc中間合 金。
[0012] 把計(jì)算好比例的鋁錠原料放入坩堝加熱升溫到780°C ~800°C，待熔化后，去除鋁 液表面的渣子，再加熱到780°C ~800°C后，用鋁薄包裹好稱(chēng)量好的中間合金添加到鋁液中， 加入后攪拌均勻，攪拌時(shí)間為3mirT5min。攪拌完成后將井式電阻爐蓋蓋好，使熔體回升到 熔煉溫度800°C左右，保溫幾分鐘后去除表面浮雜物，最后澆鑄成直徑Φ為11mm、長(zhǎng)度L為 120mm的圓柱試樣。在保溫的同時(shí)，需將模具在400°C左右進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱主要為了減少鋁 液和模具壁的溫差，從而提高鋁液的充型能力。預(yù)熱完成后取出模具馬上澆鑄，澆鑄時(shí)要有