CN102812140A - 铝合金导体 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题为提供一种铝合金导体,其具有充分的导电率和拉伸强度,并且柔软性、耐挠曲疲劳特性等优异。用于解决上述课题的铝合金导体为以下铝合金导体。一种铝合金导体,该铝合金导体含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si,其余由Al和不可避免的杂质构成,其特征在于,在导体中存在3种金属间化合物A、B、C,化合物A的粒径为0.1μm以上且2μm以下,化合物B的粒径为0.03μm以上且小于0.1μm,化合物C的粒径为0.001μm以上且小于0.03μm,在所述导体中的任意的范围中,化合物A的面积率a、化合物B的面积率b和化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤6%、1%≤c≤10%。
Description
技术领域
本发明涉及用作电配线体的导体的铝合金导体。
背景技术
以往,使用被称作线束(wire harness)的部件作为汽车、电车、飞行器等移动体的电配线体,这种部件在含有铜或铜合金导体的电线上安装有铜或铜合金(例如黄铜)制的端子(连接器),但近年来,在移动体的轻量化中,正在进行使用比铜或铜合金更轻量的铝或铝合金作为电配线体的导体的研究。
铝的比重约为铜的1/3,铝的导电率约为铜的2/3(以纯铜作为100%IACS的基准的情况下,纯铝约为66%IACS),为了在纯铝导体中流通与纯铜的导体相同的电流,需要使纯铝导体的截面积为纯铜导体的约1.5倍,但即使这样,仍然具有重量约为铜的一半这样的优势。
需要说明的是,上述的%IACS表示以国际标准软铜(International AnnealedCopper Standard)的电阻率1.7241×10-8Ωm作为100%IACS时的导电率。
为了将该铝用作移动体的电配线体存在着几个问题,其中有一个是提高耐挠曲疲劳特性。对于移动体的电配线体所使用的铝导体要求耐挠曲疲劳特性,其原因是安装于门等的线束因门的开关而承受反复弯曲应力。对于铝等金属材料,若如门的开关那样反复对其施加、解除负荷,即使是在一次的负荷下不会发生断裂的这样的低负荷,也会在某一反复次数下产生疲劳破坏而发生断裂。若所述铝导体用于开关部时,如果耐挠曲疲劳特性差,则其在使用中可能发生导体断裂,存在着耐久性、信赖性欠缺这样的问题。
一般来说,强度越高的材料,疲劳特性越好。因此,采用强度高的铝导体即可,但要求线束在进行其设置时要容易进行处理(车体上的安装作业),因此一般来说大多使用能够确保10%以上的拉伸断裂伸长率的韧材(退火材)。
由此,对于移动体的电配线体所使用的铝导体,除在处理和安装时所需的强度和为流通较多的电流所需的导电率之外,还要求该材料的耐挠曲疲劳特性优异。
对于具有这样的要求的用途,以输电线用铝合金线材(JIS A1060和JIS A1070)为代表的纯铝系无法充分承受由门等的开关所产生的反复弯曲疲劳。另外,加入了各种各样的添加元素的合金化虽然在强度方面优异,但存在下述问题:因向铝中所添加的元素的固溶现象而导致导电率的下降、柔软性下降;因在铝中形成过剩的金属间化合物而在拉丝加工中发生金属间化合物导致的断线。为此,需要对添加元素进行限定、选择以防止导电率下降和柔软性下降,提高强度和耐挠曲疲劳特性,并且必须不发生断线。
作为移动体的电配线体所使用的铝导体,代表性地有专利文献1~4所述的铝导体。但是,如下所述,无论哪一个专利文献所述的发明均具有进一步要解决的课题。
专利文献1的发明中,未进行最终退火,因此无法确保在车体中的安装作业时所需的柔软性。
专利文献2的发明中,虽然对最终退火有公开,但其条件与对金属间化合物进行控制从而能够在保持优异的柔软性的状态下使耐挠曲疲劳特性和导电率等提高的条件不同。
专利文献3的发明中,含有大量的Si,因此无法适当地控制金属间化合物,这成为拉丝加工等时断线的原因。
专利文献4的发明中,含有0.01%~0.5%的锑(Sb),从环境负荷的观点出发,是正要由替代产品替换的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-19163号公报
专利文献2:日本特开2006-253109号公报
专利文献3:日本特开2008-112620号公报
专利文献4:日本特公昭55-45626号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的课题为提供一种铝合金导体,其具有充分的导电率和拉伸强度,并且柔软性、耐挠曲疲劳特性等优异。
用于解决问题的手段
本发明人反复进行了各种各样的研究,发现对于添加了特定的添加元素的铝合金,通过对铸造冷却速度、中间退火、最终退火等制造条件进行控制,从而能够对3种金属间化合物的粒径和面积率进行控制,制造具备优异的耐挠曲疲劳特性、强度、柔软性和导电率的铝合金导体,基于该见解而完成了本发明。
即,本发明提供以下的解决手段。
(1)一种铝合金导体,该铝合金导体含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si,其余由Al和不可避免的杂质构成,其特征在于,
在所述导体中存在3种金属间化合物A、B、C,
所述金属间化合物A的粒径在0.1μm以上且2μm以下的范围,
所述金属间化合物B的粒径在0.03μm以上且小于0.1μm的范围,
所述金属间化合物C的粒径在0.001μm以上且小于0.03μm的范围,
在所述导体中的任意的范围中,所述金属间化合物A的面积率a、所述金属间化合物B的面积率b和所述金属间化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤6%、1%≤c≤10%。
(2)一种铝合金导体,该铝合金导体含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si、0.01质量%~0.4质量%的Zr,其余由Al和不可避免的杂质构成,其特征在于,
在所述导体中存在3种金属间化合物A、B、C,
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所述金属间化合物B的粒径在0.03μm以上且小于0.1μm的范围,
所述金属间化合物C的粒径在0.001μm以上且小于0.03μm的范围,
在所述导体中的任意的范围中,所述金属间化合物A的面积率a、所述金属间化合物B的面积率b和所述金属间化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤8.5%、1%≤c≤10%。
(3)如(1)或(2)所述的铝合金导体,其中,在所述导体的制造工序的最后,实施包含急热、急冷的工序的连续通电热处理,使拉丝方向的垂直截面中的结晶粒径为1μm~10μm。
(4)如(1)~(3)任一项所述的铝合金导体,其中,该铝合金导体的拉伸强度为100MPa以上,以及导电率为55%IACS以上。
(5)如(1)~(4)任一项所述的铝合金导体,其中,该铝合金导体的拉伸断裂伸长率为10%以上。
(6)如(1)~(5)任一项所述的铝合金导体,其中,该铝合金导体具有再结晶组织。
(7)如(1)~(6)任一项所述的铝合金导体,其特征在于,所述导体在移动体内用作电池缆线、线束或发动机用线材。
(8)如(1)~(7)任一项所述的铝合金导体,其特征在于,所述导体用于车辆、电车或飞行器。
发明效果
本发明的铝合金导体的强度、柔软性和导电率优异,作为移动体所搭载的电池缆线、线束或发动机用导体是有用的,因此能够合适地用于要求优异的耐挠曲疲劳特性的门或箱、发动机罩等。
对于本发明的上述和其它的特征和优点,适当参照附图,由下述记载而能够更加明确。
附图说明
图1是在实施例中所进行的对反复断裂次数进行测定的试验的说明图。
具体实施方式
本发明的优选的第1实施方式是含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si,其余由Al和不可避免的杂质构成的铝合金导体,其中,
在所述导体中存在3种金属间化合物A、B、C,
所述金属间化合物A的粒径在0.1μm以上且2μm以下的范围,
所述金属间化合物B的粒径在0.03μm以上且小于0.1μm的范围,
所述金属间化合物C的粒径在0.001μm以上且小于0.03μm的范围,
在所述导体中的任意的范围中,所述金属间化合物A的面积率a、所述金属间化合物B的面积率b和所述金属间化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤6%、1%≤c≤10%。
在本实施方式中,使Fe的含量为0.4~1.5质量%主要是为了利用由Al-Fe系的金属间化合物产生的各种各样的效果。在655℃,仅有0.05质量%的Fe在铝中固溶,在室温下更少。剩余成分以Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Fe-Si-Mg等金属间化合物的形式结晶或析出。该结晶物或析出物作为结晶粒的微细化材而发挥作用,同时使强度和耐挠曲疲劳特性提高。若Fe的含量过少,则这些效果不充分;若过多,则会因结晶物的粗大化而使拉丝加工性差,无法得到目标的耐挠曲疲劳特性,柔软性也下降。另外,为过饱和固溶状态,导电率也下降。Fe的含量优选为0.6质量%~1.3质量%、进一步优选为0.8质量%~1.1质量%。
在本实施方式中,使Mg的含量为0.1质量%~0.3质量%是因为Mg在铝母材中固溶而对其进行强化,同时其中的一部分与Si形成析出物从而使强度、耐挠曲疲劳特性和耐热性提高。若Mg的含量过少,则效果不充分;若过多,则会引起导电率下降和柔软性下降。另外,若Mg的含量过多,则屈服强度过剩,使成型性、绞股性劣化,加工性变差。Mg的含量优选为0.15质量%~0.28质量%、进一步优选为0.2质量%~0.28质量%。
在本实施方式中,如上所述,使Si的含量为0.04质量%~0.3质量%是因为Si与Mg形成化合物而显示出提高强度、耐挠曲疲劳特性和耐热性的作用。Si的含量过少,则效果不充分;若过多则会引起导电率下降和柔软性下降,使成型性、绞股性劣化,加工性变差。另外,线材制造中的热处理过程中的Si单体的析出为断线的原因。Si的含量优选为0.1质量%~0.3质量%、进一步优选为0.15质量%~0.25质量%。
本发明的优选的第2实施方式为一种铝合金导体,其含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si、0.01质量%~0.4质量%的Zr,其余由Al和不可避免的杂质构成,
上述导体中存在3种金属间化合物A、B、C,
所述金属间化合物A的粒径在0.1μm以上且2μm以下的范围,
所述金属间化合物B的粒径在0.03μm以上且小于0.1μm的范围,
所述金属间化合物C的粒径在0.001μm以上且小于0.03μm的范围,
在所述导体中的任意的范围中,所述金属间化合物A的面积率a、所述金属间化合物B的面积率b和所述金属间化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤8.5%、1%≤c≤10%。
在第2实施方式中,对于合金组成,除上述的第1实施方式的合金组成之外,进一步含有0.01质量%~0.4质量%的Zr。Zr与Al形成金属间化合物,并且在Al中固溶,从而有助于铝合金导体的强度和耐热性的提高。若Zr的含量过少则无法期待其效果;若过多,则熔解温度变高,难以形成拉丝。并且,导致导电率、柔软性的下降,耐挠曲疲劳特性也变差。Zr的含量优选为0.1质量%~0.35质量%、更优选为0.15质量%~0.3质量%。
其它的合金组成和其作用与所述第1实施方式相同。
本发明的铝合金导体中,除规定上述成分以外,通过对金属间化合物的尺寸(粒径)和面积率进行规定,从而能够得到具备所期望的优异的耐挠曲疲劳特性、强度和导电率的铝合金导体。
(金属间化合物的尺寸(粒径)和面积率)
如所述第1和第2实施方式所示,本发明以预定的面积率分别含有粒径不同的3种金属间化合物。此处,金属间化合物是指存在于结晶粒内的结晶物、析出物等的颗粒。主要为例如Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Zr等颗粒,其中,结晶物在熔解铸造时形成、析出物在中间退火和最终退火中形成。需要说明的是,面积率是以面积来表示本合金中所含有的金属间化合物的比例的,可以基于由TEM观察的照片,通过以下详细说明的方法来计算得出。
金属间化合物A主要由Al-Fe构成,一部分含有Al-Fe-Si、Al-Zr等。这些金属间化合物作为结晶粒的微细化材而发挥作用,同时使强度和耐挠曲疲劳特性提高。使金属间化合物A的面积率a为1%≤a≤9%是因为过少则这些效果不充分,过多则因金属间化合物而发生断线,无法得到目标的耐挠曲疲劳特性,柔软性也下降。
金属间化合物B主要由Al-Fe-Si、Al-Zr构成。这些金属间化合物因析出而使强度和耐挠曲疲劳特性提高。在第1实施方式中使金属间化合物B的面积率b为1%≤b≤6%、在第2实施方式中使其为1%≤b≤8.5%是因为过少则这些效果不充分,过多则因析出过剩而成为断线的原因。并且,柔软性也下降。
金属间化合物C可以提高强度,大幅提高耐挠曲疲劳特性。使金属间化合物C的面积率c为1%≤c≤10%是因为过少则这些效果不充分,过多则因析出过剩而成为断线的原因。并且,柔软性也下降。
在本发明的第1和第2实施方式中,为了使3种尺寸的金属间化合物A、B、C的面积率为上述值,需要将各自的合金组成设定为所述的范围。并且,可以通过适当地对铸造冷却速度、中间退火温度、最终退火条件等进行控制来实现。
铸造冷却速度是指从铝合金铸块的凝固开始到200℃为止的平均的冷却速度。作为改变该冷却速度的方法,可以举出例如以下的3种方法。即,(1)改变铁制铸模的尺寸(壁厚)、(2)在铸模下面设置水冷模具从而进行强制冷却(也可以通过改变水量来改变冷却速度)、(3)改变熔液的浇铸量。若铸造冷却速度过慢,则因Al-Fe系的结晶物粗大化,从而导致无法得到目标的组织,容易产生破裂。若过快,则发生Fe的过剩固溶,无法得到目标的组织,导致导电率下降。根据情况不同,还可能发生铸造破裂。铸造冷却速度通常为1℃/秒~20℃/秒、优选为5℃/秒~15℃/秒。
中间退火温度是指在拉丝途中实施热处理时的温度。中间退火主要是为了恢复在拉丝加工中变硬的线材的柔软性而进行的。中间退火温度过低的情况下,再结晶不充分,因此屈服强度过剩,无法确保柔软性,在之后的拉丝加工中发生断线而无法得到线材的可能性变高。过高的情况下,为过度退火状态,发生再结晶粒粗大化,柔软性显著下降,在之后的拉丝加工中发生断线而无法得到线材的可能性变高。中间退火温度通常为300℃~450℃、优选为350℃~450℃。中间退火的时间通常为30分钟以上。若小于30分钟,则再结晶粒形成和成长所需要的时间不足,无法恢复线材的柔软性。优选为1小时~6小时。另外,对于从中间退火时的热处理温度到100℃为止的平均冷却速度没有特别规定,期望为0.1℃/分钟~10℃/分钟。
最终退火是例如通过连续通电热处理而进行的,所述连续通电热处理是通过在连续通过2个电极轮的线材中流通电流而由自身所产生的焦耳热来进行退火的。连续通电热处理包含急热、急冷的工序,能够在控制线材温度和时间的条件下,对线材进行退火。冷却是通过在急热后,使线材连续通过水中而进行的。在退火时的线材温度过低或过高的情况、退火时间过短或过长的一种或两种的情况下,无法得到目标的组织。进一步,在退火时的线材温度过低的情况、退火时间过短的情况的一种或两种的情况下,无法得到车载安装时所需要的柔软性;在退火时的线材温度过高的情况、退火时间过长的情况的一种或两种的情况下,强度下降,耐挠曲疲劳特性也变差。即,使用由线材温度y(℃)、退火时间x(秒)表示的计算式时,需要为在0.03≤x≤0.55的范围中满足24x-0.6+402≤y≤17x-0.6+502的退火条件。线材温度表示线材中达到最高且即将通过水中之前的温度。
需要说明的是,最终退火除连续通电热处理之外,还可以为例如使线材连续通过保持于高温的退火炉中来进行退火的移动退火、或使线材连续通过磁场中来进行退火的感应加热,所述移动退火和感应加热包含急热和急冷过程。气氛和传热系数不同,因此退火条件并非是与连续通电热处理相同的条件,但即使在这些包含急热和急冷过程的移动退火和感应加热的情况下,为了得到通过具有预定的金属间化合物的析出状态而构成的本发明的铝合金导体,以作为代表例的所述的连续通电热处理中的退火条件作为参考,适当地对最终退火条件(热过程)进行控制,由此能够制作本发明的铝合金导体。
(结晶粒径)
在本发明中,使铝合金导体的拉丝方向的垂直截面中的结晶粒径为1μm~10μm。其理由是因为若粒径过小则会残留有部分再结晶组织而使拉伸断裂伸长率明显下降;若过大则形成粗大的组织而使变形举动不均匀,同样会使拉伸断裂伸长率下降,甚至强度也会明显下降。结晶粒径优选为1μm~8μm。
(拉伸强度和导电率)
本发明的铝合金导体的拉伸强度(TS)为100MPa以上、并且导电率为55%IACS以上,优选拉伸强度为100MPa~180MPa、并且导电率为55%IACS~65%IACS,更优选为拉伸强度为100MPa~170MPa、并且导电率为57%IACS~63%IACS。
拉伸强度和导电率是相反的性质,拉伸强度越高则导电率越低,相反地,拉伸强度越低纯铝的导电率越高。考虑铝合金导体的情况下,若拉伸强度小于100MPa,则强度不足(包括处理),难以用作工业用导体。用于动力线的情况下,流通有数十A(安培)的高电流,因此导电率期望为55%IACS以上。
(柔软性)
本发明的铝合金导体具有充分的柔软性。这能够通过进行所述的最终退火而得到。如上所述,使用拉伸断裂伸长率作为柔软性的指标,优选使其为10%以上。其原因为,如上所述,若拉伸断裂伸长率过小则难以进行电配线体设置时的处理(例如车体上的安装作业)。另外,若拉伸断裂伸长率过大,则强度不足,在处理时经受不住,会成为断线的原因,因此期望为50%以下。拉伸断裂伸长率更优选为10%~40%、进一步优选为10%~30%。
本发明的铝合金导体可以通过经由[1]熔解、[2]铸造、[3]热或冷加工(槽型辊加工等)、[4]拉丝加工、[5]热处理(中间退火)、[6]拉丝加工、[7]热处理(最终退火)的各工序来制造。
[1]熔解
为了得到本发明的铝合金组成,按照使Fe、Mg、Si和Al,或Fe、Mg、Si、Zr和Al为所期望的浓度的分量进行铸锭。
[2]铸造和[3]热或冷加工(槽型辊加工等)
接着,例如使用组合有铸造轮和传动带的普罗佩兹式的连续铸造压延机,一边以进行了水冷的铸模连续地对熔液进行铸造一边进行压延,形成约的棒材。此时的铸造冷却速度如上所述,通常为1℃/秒~20℃/秒。铸造和热压延可以通过使铸造冷却速度为1~20℃/秒的坯料铸造和挤出法等进行。
[4]拉丝加工
接着,实施表面的去皮,形成的棒材,对其进行拉丝加工。此处,将拉丝加工前的导体截面积作为A0、拉丝加工后的导体截面积作为A1,则由η=ln(A0/A1)表示的加工度期望为1以上且6以下。若小于1,则在下一工序的热处理时,再结晶粒粗大化,强度和拉伸断裂伸长率明显下降,这也会成为断线的原因。若超过6,则在品质方面存在下述问题:加工固化过度而难以进行拉丝加工,在拉丝加工中发生断线等。通过进行线材表面的去皮可以使表面清洁化,但也可以不进行。
[5]热处理(中间退火)
对进行了冷拉丝的加工材实施中间退火。中间退火的条件如上所述,通常为300℃~450℃、30分钟以上。
[6]拉丝加工
进一步实施拉丝加工。此时,加工度也因所述的理由而期望为1以上且6以下
[7]热处理(最终退火)
利用连续通电热处理,对进行了冷拉丝的加工材进行最终退火。如上所述,在使用由线材温度y(℃)、退火时间x(秒)表示的计算式时,退火条件在0.03≤x≤0.55的范围中满足24x-0.6+402≤y≤17x-0.6+502。
如上所述,通过实施热处理而制作得到的本发明的铝合金导体具有再结晶组织。再结晶组织是指由下述结晶粒构成的组织状态,所述结晶粒是由塑性加工而导入的位移等的晶格缺陷少的结晶粒。通过具有再结晶组织,拉伸断裂伸长率、导电率恢复,并且能够得到充分的柔软性。
实施例
基于以下实施例进一步详细地说明本发明。需要说明的是,本发明并不限于以下所示的实施例。
实施例1~14、比较例101~114、201、202
对于Fe、Mg、Si和Al,或Fe、Mg、Si、Zr和Al,按照表1-1和表2-1所示的量(质量%),使用普罗佩兹式的连续铸造压延机,一边以进行了水冷的铸模连续地对熔液进行铸造一边进行压延,形成约的棒材。此时的铸造冷却速度为1℃/秒~20℃/秒(在比较例中包含0.2℃/秒、50℃/秒的比较例)。
接着,实施表面的去皮,形成的棒材,对其进行拉丝加工,从而使其为接着,如表1-1和表2-1所示,以300℃~450℃的温度(在比较例中包含200℃、550℃的比较例)对该进行了冷拉丝的加工材实施0.5小时~4小时(在比较例中包含0.1小时的比较例)的中间退火,进一步在实施例1~12、比较例101~114、201、202中进行拉丝加工直至为在实施例13中进行拉丝加工直至为在实施例14中进行拉丝加工直至为
最后,在温度为477℃~629℃(在比较例中包含465℃的比较例)、时间为0.03秒~0.54秒的条件下进行连续通电热处理作为最终退火。对于温度,使用光纤型放射温度计(Japan Sensor株式会社制)对线材的温度达到最高时挨着水面上的温度进行测定。
对于制作的各种实施例和比较例的线材,利用以下所述的方法对各特性进行测定。其结果示于表1-2和表2-2。
(a)结晶粒径
将在拉丝方向垂直切割得到的试验材的横截面埋入树脂中,进行机械研磨后,进行电解研磨。电解研磨条件如下:研磨液为高氯酸20%的乙醇溶液、液温为0℃~5℃、电压为10V、电流为10mA、时间为30秒~60秒。接着,为了得到结晶粒衬度,使用2%氟硼酸,在电压为20V、电流为20mA、时间为2分钟~3分钟的条件进行阳极氧化精制。利用200倍~400倍的光学显微镜对该组织进行拍照,进行基于交叉法的粒径测定。具体来说,在所拍照的照片上任意画出直线,对该直线的长度和晶粒边界交叉的数量进行测定,从而求出平均粒径。需要说明的是,评价时,改变直线的长度和条数,以便能够数出50个~100个粒径。
(b)金属间化合物的尺寸(粒径)和面积率
使用电解研磨薄膜法(双喷射研磨法)将实施例和比较例的线材制作为薄膜,使用透射电子显微镜(TEM),以6000倍~30000倍的倍率对任意的范围进行观察。接着,使用能量分散X射线检出器(EDX),将电子射线集中于金属间化合物,检测出Al-Fe、Al-Fe-Si、Al-Zr系等的金属间化合物。
金属间化合物的尺寸由拍照得到的照片的标度进行判断,并将形状换算为相当于等体积的球,从而算出金属间化合物的尺寸。金属间化合物的面积率a、b、c通过下述方法求出:基于所拍照的照片,设定为能够数出约5个~10个的金属间化合物A、20个~50个的金属间化合物B、50个~100个的金属间化合物C的范围,从而由各自的金属间化合物的尺寸和个数计算出金属间化合物的面积,将各自的金属间化合物面积除以作为计算对象的范围的面积,从而求出金属间化合物的面积率。
对于面积率,以0.15μm作为基准厚度,根据上述薄片的试料厚度算出面积率。试料厚度与基准厚度不同的情况下,将试料厚度换算为基准厚度,即通过使基于拍照得到的照片而算出的面积率乘以(基准厚度/试料厚度),从而算出面积率。在本实施例和比较例中,试料厚度是通过对由照片观察得到的等厚条纹的间隔进行观察而算出的,所有的试料均几乎为0.15μm。
(c)拉伸强度(TS)和拉伸断裂伸长率
基于JIS Z 2241,每个实施例和比较例各自选取3条进行试验,求出其平均值。
(d)导电率(EC)
在保持于20℃(±0.5℃)的恒温槽中,对于长度为300mm的试验片,每个实施例和比较例各自选取3条,使用四端子法来测定电阻率,算出其平均导电率。端子间距离为200mm。
(e)反复断裂次数
以常温时的应变幅度为±0.17%作为耐挠曲疲劳特性的基准。耐挠曲疲劳特性因应变幅度而变化。应变幅度大的情况下,疲劳寿命变短;应变幅度小的情况下,疲劳寿命变长。应变幅度可以通过图1所述的线材1的线径和弯曲治具2、3的曲率半径来决定,因此可以通过任意设定线材1的线径和弯曲治具2、3的曲率半径来实施耐挠曲疲劳试验。
使用藤井精机株式会社(现株式会社Fujii)制造的交变挠曲疲劳试验机,使用能够对线材给予±0.17%的弯曲应变的治具,实施反复弯曲,由此测定反复断裂次数。反复断裂次数是通过每个实施例和比较例各自选取4条来进行测定,求出其平均值。如图1的说明图所示,使弯曲治具2和3之间隔开1mm插入线材1,以类似于沿着治具2和3的方式进行反复运动。为了能够实施反复弯曲,线材的一端固定于按压治具5,另一端上悬挂有约10g的重物4。试验中,按压治具5摆动,因此固定于其上的线材1也摆动,从而能够实施反复弯曲。采用下述结构:在1.5Hz(1秒内往返1.5次)的条件下进行反复,线材试验片1断裂时,重物4掉落下来,停止计数。
假设使用15年而每1天的开关次数为10次的情况下,开关次数为54750次(一年按365天计算)。实际所使用的电线并非单线,而是股线结构,并进一步进行了被覆处理,因此对于电线导体的负担为几分之一。作为单线的评价值,优选为能够确保充分的耐挠曲疲劳特性的60000次以上的反复断裂次数、更优选为80000次以上。
表1-1
(实施例)
表1-2
(实施例)
表2-1
(比较例)
表2-2
(比较例)
由表1-1、表1-2、表2-1和表2-2的结果可知以下内容。
在比较例101~107中,铝合金的添加成分为本发明的范围外。在比较例101中,Fe过少,因此金属间化合物A和B变少,拉伸强度、反复断裂次数差。在比较例102中,Fe过多,因此在拉丝加工中发生断线。在比较例103中,Mg过少,因此金属间化合物C少,反复断裂次数差。在比较例104中,Mg过多,因此金属间化合物C多,反复断裂次数、导电率差。在比较例105中,Si过少,因此金属间化合物C少,反复断裂次数差。在比较例106中,Si过多,因此在拉丝加工中发生断线。在比较例7中,Zr过多,因此金属间化合物B多,导电率和反复断裂次数差。
比较例108~114和比较例201~202示出了铝合金导体中的金属间化合物的面积率为本发明的范围外、或在制造中发生断线的情况。此处,示出了由于铝合金的制造条件的原因而无法得到本发明所规定的铝合金导体的示例。在比较例108中,未进行最终退火,因此在拉丝加工中发生断线。在比较例109中,铸造冷却速度过快,金属间化合物A变少,金属间化合物B变多,导电率、反复断裂次数差。在比较例110~112中,未进行最终退火,因此在拉丝加工中发生断线。在比较例113中,因最终退火工序中的软化不足而为未退火状态,无法观察到金属间化合物,因此拉伸断裂伸长率差。在比较例114中,最终退火温度过高,因此金属间化合物C少,拉伸强度、反复断裂次数和拉伸断裂伸长率差。比较例201~202是使用分批式退火炉来进行最终退火的示例,其中,金属间化合物C少,反复断裂次数差。
与此相对,在实施例1~14中,可以得到拉伸强度、导电率、拉伸断裂伸长率(柔软性)、反复断裂次数(耐挠曲疲劳特性)优异的铝合金导体。
以上将本发明与其实施方式一同进行了说明,但认为只要我们没有特别指定,则我们的发明并非限定于说明的任何细节中,应该可以在不违反附加的权利要求书所示的发明的精神和范围的前提下作出广泛的解释。
本申请要求基于2010年2月26日在日本进行了专利申请的日本特愿2010-043488的优先权,以参考的形式将其内容引入作为本说明书记载的一部分。
符号说明
1试验片(线材)
2、3弯曲治具
4重物
5按压治具
Claims (8)
1.一种铝合金导体,该铝合金导体含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si,其余由Al和不可避免的杂质构成,其特征在于,
在所述导体中存在3种金属间化合物A、B、C,
所述金属间化合物A的粒径在0.1μm以上且2μm以下的范围,
所述金属间化合物B的粒径在0.03μm以上且小于0.1μm的范围,
所述金属间化合物C的粒径在0.001μm以上且小于0.03μm的范围,
在所述导体中的任意的范围中,所述金属间化合物A的面积率a、所述金属间化合物B的面积率b和所述金属间化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤6%、1%≤c≤10%。
2.一种铝合金导体,该铝合金导体含有0.4质量%~1.5质量%的Fe、0.1质量%~0.3质量%的Mg、0.04质量%~0.3质量%的Si、0.01质量%~0.4质量%的Zr,其余由Al和不可避免的杂质构成,其特征在于,
在所述导体中存在3种金属间化合物A、B、C,
所述金属间化合物A的粒径在0.1μm以上且2μm以下的范围,
所述金属间化合物B的粒径在0.03μm以上且小于0.1μm的范围,
所述金属间化合物C的粒径在0.001μm以上且小于0.03μm的范围,
在所述导体中的任意的范围中,所述金属间化合物A的面积率a、所述金属间化合物B的面积率b和所述金属间化合物C的面积率c分别满足1%≤a≤9%、1%≤b≤8.5%、1%≤c≤10%。
3.如权利要求1或权利要求2所述的铝合金导体,其中,在所述导体的制造工序的最后,实施包含急热、急冷的工序的连续通电热处理,使拉丝方向的垂直截面中的结晶粒径为1μm~10μm。
4.如权利要求1~3任一项所述的铝合金导体,其中,该铝合金导体的拉伸强度为100MPa以上,并且导电率为55%IACS以上。
5.如权利要求1~4任一项所述的铝合金导体,其中,该铝合金导体的拉伸断裂伸长率为10%以上。
6.如权利要求1~5任一项所述的铝合金导体,其中,该铝合金导体具有再结晶组织。
7.如权利要求1~6任一项所述的铝合金导体,其特征在于,所述导体在移动体内用作电池缆线、线束或发动机用线材。
8.如权利要求1~7任一项所述的铝合金导体,其特征在于,所述导体用于车辆、电车或飞行器。
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