CN102925827A - 一种铝合金导线的制备及在线形变热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金导线的制备及在线形变热处理方法，第一步，将制备的铝合金导线牵引到在线固溶冷却水箱中，打开通水开关，使水箱中的冷却水喷射到挤压成形的铝合金导线上进行在线固溶处理，在线固溶温度为400～550℃，冷却水流量为15～20L/min，固溶冷却水箱长度8m，走线速度为20～50m/min；第二步，对固溶后的铝合金导线进行1～4道次连续ECAE，利用连续ECAE变形热进行动态时效；第三步，采用卷取机将时效后的导线进行卷取。本发明将在线固溶方法、连续ECAE大变形和动态时效有机结合，实现了铝合金导线成形和在线形变热处理的一体化和连续化，具有流程短、生产效率高、产品性能好的特点。

Description

一种铝合金导线的制备及在线形变热处理方法

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，特别是涉及一种铝合金导线的制备及在线形变热处理方法。

技术背景

随着我国国民经济的快速发展，作为国民经济的保障，电力工业得到了快速的发展。我国地域宽广，西部电力资源丰富，根据西电东送、南北互供、全国联网的战略部署，在电网的建设中对架空输电导线的要求也越来越高，远距离、大容量、大跨度的新型输电线路的建设势在必行。过去我国高压架空输电线路的导线，普遍采用钢芯铝合金绞线，但是，钢芯铝合金绞线生产工艺落后，导线耐热性能、抗腐蚀能力相对较差，线路的输电容量受到一定限制。随着科学技术的发展，采用高性能铝合金绞线代替钢芯铝合金绞线受到国际普遍关注。　

世界各国研究和应用铝合金导线已有80多年的历史，上世纪20年代，美国、瑞士和德国率先将铝合金导线应用于高压输电线路，法国和日本在50年代也相继应用。由于这种导线技术性能优越，运行效果良好，特别是在超高压线路和大跨越线路上使用效果更好，因而受到世界各国高度重视。我国铝合金导线的研制始于上世纪60年代初期，当时曾在部分地区进行批量试用，但由于初期产品制造工艺不良，疲劳振动性能不能满足要求，试用期间发生断股现象，引起用户的疑虑，试用工作陷于停顿，致使这种导线在我国的研制、应用和推广受到影响。与世界先进工业国家相比，铝合金导线在我国的发展比较迟缓，应用的数量也比较少。后来，我国的一些研究单位和制造厂家在总结经验的基础上，对这种导线的热处理制造工艺不断进行改进，使铝合金导线的质量大幅提高，但是各项技术性能指标仍不是非常理想。

发明内容

针对如上所述，本发明提出一种铝合金导线的制备及在线形变热处理方法，首先进行合金成分设计与合金熔炼，之后将熔炼后的合金液注入到连续流变挤压机，挤压出铝合金导线，利用连续流变挤压成形线材的余温，采用在线固溶冷却水箱对铝合金导线进行在线固溶，并随后利用连续ECAE装置对导线进行进一步形变处理和动态时效，最后卷取获得高性能铝合金导线。

本发明采用以下技术方案：

一种铝合金导线的制备方法，包括如下步骤：

第一步，纯度大于99.7%的工业纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为725～730℃时，向熔化的纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Ce中间合金，合金中各成分所占的质量分数为：Zr 0.05%～1.50%，Ce 0.01%～3.00%，余量为Al，杂质含量低于0.02%；加入中间合金后对熔体进行搅拌，当熔体温度为725～730℃时保温10～20min；

第二步，合金液温度为725℃时向合金熔体中加入熔体质量分数1%的C₂Cl₆进行除渣除气，熔体在725℃静置20min后扒渣，并向熔化炉内通入氩气精炼20min，氩气的压力为1.6～2.5MPa，流量为4.6～5.0L/min；

第三步，精炼后的合金熔体在725℃时导入到中间包保温；

第四步，将精练后的合金熔体在670℃注入到连续流变挤压机，制备出直径为2～10mm的铝合金导线。

一种铝合金导线的在线形变热处理方法，包括如下步骤：

第一步，将制备的铝合金导线牵引到在线固溶冷却水箱中，打开在线固溶冷却水箱通水开关，使水箱中的冷却水喷射到挤压成形的铝合金导线上，对铝合金导线进行在线固溶处理，在线固溶温度为400～550℃，冷却水流量为15～20L/min，固溶冷却水箱长度8m，走线速度为20～50m/min；

第二步，对固溶后的铝合金导线进行1～4道次连续ECAE，利用连续ECAE变形热进行动态时效，工作辊转速为20～50m/min，时效温度控制在150～190℃；

第三步，采用卷取机将时效后的导线进行卷取。

一种铝合金导线的在线形变热处理用的在线固溶冷却水箱，其中，在线固溶冷却水箱包括箱体和支架，在所述箱体上设有入水口、入口引导轮、出水口和出口引导轮，箱体内设有入水管，所述入水管上设有多个喷水管。

本发明的有益效果为：

1、针对在线形变热处理强化，设计了一种新型合金成分，通过在线形变热处理来提高铝导线的性能，具有工艺简便、成本低、容易产业化等优点；

2、本发明采用形变热处理来提高导线性能，形变热处理是将形变强化与热处理强化相结合来提高导线性能的方法。连续ECAE是一种典型的大变形形变强化方法，将连续ECAE与动态时效结合可实现铝合金导线加工过程的在线强化；

3、本发明将在线固溶方法、连续ECAE大变形方法和动态时效有机结合，实现了连续流变挤压成形铝合金导线的在线形变热处理，实现了铝合金导线成形和在线形变热处理的一体化和连续化，具有流程短、生产效率高、产品性能好的特点。

附图说明

图1 为本发明一种制备铝合金导线的在线形变热处理方法示意图；

图2 为在线固溶冷却水箱的结构示意图；

图3为图2的左视示意图；

图4为本发明制备的高强铝合金导线的内部组织图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如图1、图2、图3所示，制备铝合金导线的在线形变热处理装置包括在线固溶冷却水箱2、连续ECAE装置和卷曲机7。在线固溶冷却水箱包括箱体10和支架15，在箱体10上设有入水口8、入口引导轮9、出口引导轮13和出水口14，喷水管11、入水管12设在箱体10内，其中喷水管11为内径20mm，壁厚5mm的圆管，将喷水管弯成圆弧形固定在箱体10内，圆弧直径为300mm，该圆弧形的喷水管内侧有四个间距相等，直径为10mm圆孔，以便水能直接从该圆孔喷出，并排的圆弧形的喷水管间距为200mm，管内水流量速度可达50L/min；入水管12为方形管，其内径截面长为200mm，宽为100mm，壁厚为5mm，入水管12固定在箱体上侧，冷却水流量可达50L/min。入水管12连接入水口8，在入水管12上连通多个喷水管11，制备的铝合金导线经入口引导轮9进入箱体10内，喷水管11喷出的水流使铝合金导线冷后，经出口引导轮进入连续ECAE装置。通过调节冷却水的流量，可控制在线固溶温度。

连续ECAE装置包括工作辊3、导向轮5、进料靴6和底座支架4。铝合金导线1经在线固溶水箱2在线固溶后，进入连续ECAE装置进行1～4道次连续ECAE，利用连续ECAE变形热进行动态时效，最后采用卷取机7将时效后的导线进行卷取。

制备铝合金导线的方法，包括如下步骤：

第一步，进行Al-Zr-Ce合金设计与熔炼，以工业纯铝（纯度大于99.7%）为基础，纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为725℃时，向熔化的纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Ce中间合金，合金中各成分所占的质量分数为：Zr 0.10%，Ce 0.6%，余量为Al，杂质含量低于0.02%，加入中间合金后对熔体进行搅拌，熔体温度为725℃时保温10～20min；

第二步，合金液温度为725℃时向合金熔体中加入熔体质量分数的1%的C₂Cl₆进行除渣除气，熔体在725℃静置20min后扒渣，并向熔化炉内通入氩气精炼20min，其压力为2.0MPa，流量为4.6L/min。

第三步，精炼后的合金熔体在725℃时导入到中间包保温。

第四步，将精练后的合金熔体在670℃注入到连续流变挤压机，制备出直径为5mm的铝合金导线。

铝合金导线的在线形变热处理方法，包括如下步骤：

第一步，打开在线固溶冷却水箱通水开关，将导线牵引到冷却水箱中，使水箱中冷却水喷射到挤压成形的导线上，对铝合金导线进行在线固溶处理，在线固溶温度为400℃， 冷却水流量为15L/min，固溶冷却水箱长度2m，走线速度为20m/min；

第二步，对固溶后的铝合金导线进行2道次连续ECAE，利用连续ECAE变形热进行动态时效，工作辊转速为20m/min，时效温度控制在180℃；

第三步，采用卷取机将时效后的导线进行卷取。

如图4所示，采用本发明方法制备了组织性能良好的铝合金导线，其组织得到明显细化，力学性能得到显著提高，其抗拉强度为224Mpa，伸长率为7%，等效导电率为59%IACS。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种铝合金导线的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，纯度大于99.7%的工业纯铝在加热炉中加热熔化后，在温度为725～730℃时，向熔化的纯铝熔体中加入Al-Zr、Al-Ce中间合金，合金中各成分所占的质量分数为：Zr 0.05%～1.50%，Ce 0.01%～3.00%，余量为Al，杂质含量低于0.02%；加入中间合金后对熔体进行搅拌，当熔体温度为725～730℃时保温10～20min；

第二步，合金液温度为725℃时向合金熔体中加入熔体质量分数1%的C₂Cl₆进行除渣除气，熔体在725℃静置20min后扒渣，并向熔化炉内通入氩气精炼20min，氩气的压力为1.6～2.5MPa，流量为4.6～5.0L/min；

第三步，精炼后的合金熔体在725℃时导入到中间包保温；

第四步，将精练后的合金熔体在670℃注入到连续流变挤压机，制备出直径为2～10mm的铝合金导线。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金导线的在线形变热处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，将制备的铝合金导线牵引到在线固溶冷却水箱中，打开在线固溶冷却水箱通水开关，使水箱中的冷却水喷射到挤压成形的铝合金导线上，对铝合金导线进行在线固溶处理，在线固溶温度为400～550℃，冷却水流量为15～20L/min，固溶冷却水箱长度8m，走线速度为20～50m/min；

第二步，对固溶后的铝合金导线进行1～4道次连续ECAE，利用连续ECAE变形热进行动态时效，工作辊转速为20～50m/min，时效温度控制在150～190℃；

第三步，采用卷取机将时效后的导线进行卷取。

3.一种铝合金导线的在线形变热处理用的在线固溶冷却水箱，其特征在于：在线固溶冷却水箱包括箱体和支架，在所述箱体上设有入水口、入口引导轮、出水口和出口引导轮，箱体内设有入水管，所述入水管上设有多个喷水管。

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