发明内容
本发明的目的在于提供一种质轻、有优异电导率、拉伸强度、加工性、抗蠕变性能的汽车线用Al-Fe-Cu-Mg-Sb合金及其制备方法及其制备而得的汽车线束。
上述目的通过以下方案实现:
一种汽车线用Al-Fe-Cu-Mg-Sb合金,包括以下成分:
Fe,含量为0.2-1.4wt%,
Cu+Mg,含量为0.01-0.5wt%,
Sb,含量为0.001-0.2wt%,
余量为Al和不可避免的杂质。
所述的合金还含有不超过0.1wt%的Si。(以下内容顺序有调整)
所述的合金中还含有0.1-0.3wt%的RE,其中Ce、La占稀土总量的50%以上。
所述的铝合金电阻率不大于0.028264Ω·mm2/m,断裂伸长率不低于10%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为1×10-3(%/h)或更低,且90度疲劳弯折次数达到30或更高。
所述的汽车线用Al-Fe-Cu-Mg-Sb合金的制备方法,通过熔炼、铸造、轧制而成铝合金杆。
所述的利用汽车线用Al-Fe-Cu-Mg-Sb合金而制得的汽车线束,通过熔炼、铸造、轧制而成铝合金杆,再经拉制、束绞、软化而成铝合金导体线芯,导体线芯外挤包一层绝缘而制得。
所述的导体线芯由10-1000根0.2-0.5mm的单丝束绞而成。
所述的绝缘层外挤包一层护套;所述绝缘和护套材料采用聚氯乙烯、聚氯乙烯-丁腈聚合物、聚酰胺、氟化乙丙烯或聚丙烯材料。
所述的汽车线束可用于-40-150℃环境下。
所述的汽车线束可用作移动体载体中的蓄电池线缆、线束或发动机用线缆。
本发明的有益效果为:
本发明优选Fe、Cu、Mg、Sb作为合金的添加元素,通过加入Fe元素,可以改善合金的机械强度和拉伸性能,Fe还能明显的提高高温抗蠕变性能,以及提高合金的抗疲劳性能,Cu的加入有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果,合金中铜含量在0.01%-0.3%最适宜,若超过这个范围,则会削弱其时效强化效果及其抗蚀性。Mg的加入和硅能形成铝硅镁系合金,强化相为MgSi,可以提高合金强度,然后过量的Mg则会使合金变脆,在微拉过程中线材易断裂,因此,通过合理搭配Cu、Mg的加入在0.01%-0.5%范围内,可以在提高合金的强度以及高温蠕变性能的同时,改善其抗疲劳性能。
Sb与铝形成的高熔点化合物在合金凝固过程中呈弥散质点首先析出,其质点的晶体结构可作为异质晶核,大量的弥散晶核促使晶粒细化,提高合金的屈服极限,由于铝合金凝固温度范围宽,偏析倾向大,缓冷时低熔点的初生富铝α相支晶由于比重轻而上浮,高熔点的富铁、镁、铜液体则沉积到铸件底部而最后凝固。凝固末期,支晶形成网路,残余液相由于能润湿晶面而上升,流入支晶以补缩凝固收缩,从而出现底部缩空、缩松的问题,影响合金的塑性,而在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物,这些化合物的密度与合金液的相近,当合金凝固时,他们首先析出,形成网络框架,悬浮于合金液中,对富铝相的上浮和富铁、镁、铜相的下落起阻碍作用从而抑制了合金的比重偏析易造成下表面收缩的缺陷,使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线。
本发明对Si的含量作了限定,是因为过多的Si会导致拉伸性能降低,影响到电缆的加工性能,并且可能会降低导体的疲劳弯曲性能,且过多的Si还会降低电性能。
本发明中Fe含量为0.2-1.4wt%,Cu+Mg含量为0.01-0.05wt%,Sb含量为0.001-0.2wt%,以及含量不超过0.1wt%的Si和含有0.1-0.3wt%的RE,其中Ce、La占稀土总量的50%以上,通过这样制定合金配方,既可以改善合金的性能,又不至于过多的量会恶化的合金的性能,特别是电性能和延伸性能,通过合理的配比关系来很好的保障合金的性能匹配,本发明优选的RE元素,其中Ce、La占RE总含量中的50%以上,稀土可以显著提高合金的电性能,本发明中稀土加入铝合金中,使铝合金熔铸时增加成分过冷,细化晶粒,减少二次晶间距,减少合金中的气体和夹杂,并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力,增加流动性,有利于浇铸成锭,对工艺性能有着明显的影响,还能起到提高合金抗疲劳弯曲性能的效果,延长了电缆的使用寿命,优选Ce和La,是因为这两种元素在本发明中效果较其他稀土元素改善效果更明显。同时铝合金材料通过熔炼、铸造、固溶与时效处理、轧制工艺后,使得铝合金电阻率不大于0.028264Ω·mm2/m,断裂伸长率不低于10%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为1×10-3(%/h)或更低,且90度疲劳弯折次数达到30或更高。
通过本发明制备而成的汽车线束,既实现了作为导体所必须的电气性能,又克服了铝合金作为汽车线束导体存在的加工性能、抗蠕变性能和抗疲劳性能方面的不足,并实现了作为汽车线束的所要求的轻量化问题,在技术经济效益方面具有非常重要的意义。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种汽车线用铝合金,组分及各组分的重量百分比如下(总重量:1T):
组分 |
Fe |
Cu+Mg |
Sb |
Si |
RE |
Al |
重量(Kg) |
2 |
0.1 |
0.01 |
/ |
/ |
997.89 |
重量百分比(%) |
0.2 |
0.01 |
0.001 |
/ |
/ |
99.789 |
上述铝合金材料中,优选添加有一定量的Sb,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物,这些化合物的密度与合金液的相近,当合金凝固时,他们首先析出,形成网络框架,悬浮于合金液中,对富铝相的上浮和富铁、镁、铜相的下落起阻碍作用从而抑制了合金的比重偏析易造成下表面收缩的缺陷,使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线。
优选添加一定量的Cu,有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果,合金中铜含量在0.01%-0.3%最适宜,若超过这个范围,则会削弱其时效强化效果及其抗蚀性。Mg的加入和硅能形成铝硅镁系合金,强化相为MgSi,可以提高合金强度,然后过量的Mg则会使合金变脆,在微拉过程中线材易断裂,因此,通过合理搭配Cu、Mg的加入在0.01%-0.5%范围内,可以在提高合金的强度以及高温蠕变性能的同时,改善其抗疲劳性能。
应用上述铝合金材料制备铝合金线芯的方法,具体步骤如下:
a、熔铸:按上述比例加入铝合金成分,在730℃下熔炼处理后,在670℃进行铸锭,再经过固溶处理和时效处理轧制成合金杆,这里的时效处理优选在140℃或更高的温度下进行,
b、拉丝:将由a得到的合金杆进行温度150-180℃,4-6小时的中间退火,这是为了保证合金的强度的同时,提高其拉伸性能,耐弯曲性能,增强合金可塑性,提高后续工艺效率。这里我们将合金杆拉丝至Ф0.2mm的合金单丝。
c、退火:将由b制得的单丝束绞后在退火炉中,于280-320℃下保温5-8小时,退火时间达到要求后,从退火温度降至100℃的时间为15分钟以上,这样处理条件下,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线,另外固溶体形式的Fe量少,使得退火导体的导电性能优异。
上述铝合金通过材料,通过熔炼、铸造、固溶和时效处理、轧制工艺后,得到的铝合金电阻率为0.027817Ω·mm2/m,导电率62%IACS,断裂伸长率为18%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为0.94×10-3(%/h),且90度疲劳弯折次数达到31。
实施例2
一种汽车线用铝合金,组分及各组分的重量百分比如下(总重量:1T):
上述铝合金材料中,通过Si的含量做了比较,适量的Si有提高再结晶温度以及细化晶粒的作用,而超过一定含量则会降低其导电性能,并且在实施过程中,发现Si含量过多的样品在拉丝过程中易断裂。
应用上述铝合金材料制备铝合金线芯的方法,具体步骤如下:
a、熔铸:按上述比例加入铝合金成分,在730℃下熔炼处理后,在670℃进行铸锭,再经过固溶处理和时效处理轧制成合金杆,这里的时效处理优选在140℃或更高的温度下进行,
b、拉丝:将由a得到的合金杆进行温度150-180℃,4-6小时的中间退火,这是为了保证合金的强度的同时,提高其拉伸性能,耐弯曲性能,增强合金可塑性,提高后续工艺效率。这里我们将合金杆拉丝至Ф0.2mm的合金单丝。
c、退火:将由b制得的单丝束绞后在退火炉中,于280-320℃下保温5-8小时,退火时间达到要求后,从退火温度降至100℃的时间为15分钟以上,这样处理条件下,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线,另外固溶体形式的Fe量少,使得退火导体的导电性能优异。
上述铝合金通过材料,通过熔炼、铸造、固溶和时效处理、轧制工艺后,得到的样品1的铝合金电阻率为0.028258Ω·mm2/m,导电率61.02%IACS,断裂伸长率为18%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为0.90×10-3(%/h),且90度疲劳弯折次数达到30;样品2的铝合金电阻率为0.029901Ω·mm2/m,导电率58%IACS,断裂伸长率为6%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为1.20×10-3(%/h),90度疲劳弯折次数达到26。因此,本技术方案中将Si含量限定为不大于0.1wt%。
实施例3
一种汽车线用铝合金,组分及各组分的重量百分比如下(总重量:1T):
组分 |
Fe |
Cu+Mg |
Sb |
Si |
RE |
Al |
重量(Kg) |
12.0 |
5.0 |
2.0 |
0.50 |
2.5 |
978.00 |
重量百分比(%) |
1.20 |
0.50 |
0.20 |
0.05 |
0.25 |
97.80 |
上述铝合金材料中,优选添加一定量的RE元素,其中Ce、La占RE总含量中的50%,稀土可以显著提高合金的电性能,本发明中稀土加入铝合金中,使铝合金熔铸时增加成分过冷,细化晶粒,减少二次晶间距,减少合金中的气体和夹杂,并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力,增加流动性,有利于浇铸成锭,对工艺性能有着明显的影响,还能起到提高合金抗疲劳弯曲性能的效果,延长了电缆的使用寿命,优选Ce和La,是因为这两种元素在本发明中效果较其他稀土元素改善效果更明显。
应用上述铝合金材料制备铝合金线芯的方法,具体步骤如下:
a、熔铸:按上述比例加入铝合金成分,在730℃下熔炼处理后,在670℃进行铸锭,再经过固溶处理和时效处理轧制成合金杆,这里的时效处理优选在140℃或更高的温度下进行,
b、拉丝:将由a得到的合金杆进行温度150-180℃,4-6小时的中间退火,这是为了保证合金的强度的同时,提高其拉伸性能,耐弯曲性能,增强合金可塑性,提高后续工艺效率。这里我们将合金杆拉丝至Ф0.2mm的合金单丝。
c、退火:将由b制得的单丝束绞后在退火炉中,于280-320℃下保温5-8小时,退火时间达到要求后,从退火温度降至100℃的时间为15分钟以上,这样处理条件下,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线,另外固溶体形式的Fe量少,使得退火导体的导电性能优异。
上述铝合金通过材料,通过熔炼、铸造、固溶和时效处理、轧制工艺后,得到的铝合金电阻率为0.027888Ω·mm2/m,导电率62%IACS,断裂伸长率为14%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为0.86×10-3(%/h),且90度疲劳弯折次数达到33。
实施例4
一种汽车线用铝合金,组分及各组分的重量百分比如下(总重量:1T):
组分 |
Fe |
Cu+Mg |
Sb |
Si |
RE |
Al |
重量(Kg) |
8.0 |
4.0 |
1.0 |
0.70 |
2.3 |
984.00 |
重量百分比(%) |
0.80 |
0.40 |
0.10 |
0.07 |
0.23 |
98.40 |
上述铝合金材料中,优选添加一定量的RE元素,其中Ce、La占RE总含量中的50%以上,稀土可以显著提高合金的电性能,本发明中稀土加入铝合金中,使铝合金熔铸时增加成分过冷,细化晶粒,减少二次晶间距,减少合金中的气体和夹杂,并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力,增加流动性,有利于浇铸成锭,对工艺性能有着明显的影响,还能起到提高合金抗疲劳弯曲性能的效果,延长了电缆的使用寿命,优选Ce和La,是因为这两种元素在本发明中效果较其他稀土元素改善效果更明显。
应用上述铝合金材料制备铝合金线芯的方法,具体步骤如下:
a、熔铸:按上述比例加入铝合金成分,在730℃下熔炼处理后,在670℃进行铸锭,再经过固溶处理和时效处理轧制成合金杆,这里的时效处理优选在140℃或更高的温度下进行,
b、拉丝:将由a得到的合金杆进行温度150-180℃,4-6小时的中间退火,这是为了保证合金的强度的同时,提高其拉伸性能,耐弯曲性能,增强合金可塑性,提高后续工艺效率。这里我们将合金杆拉丝至Ф0.2mm的合金单丝。
c、退火:将由b制得的单丝束绞后在退火炉中,于280-320℃下保温5-8小时,退火时间达到要求后,从退火温度降至100℃的时间为15分钟以上,这样处理条件下,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线,另外固溶体形式的Fe量少,使得退火导体的导电性能优异。
上述铝合金通过材料,通过熔炼、铸造、固溶和时效处理、轧制工艺后,得到的铝合金电阻率为0.027239Ω·mm2/m,导电率63%IACS,断裂伸长率为13%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为0.83×10-3(%/h),且90度疲劳弯折次数达到35。
实施例5
一种汽车线用铝合金,组分及各组分的重量百分比如下(总重量:1T):
组分 |
Fe |
Cu+Mg |
Sb |
Si |
RE |
Al |
重量(Kg) |
12 |
4.8 |
1.2 |
0.40 |
1.6 |
980.00 |
重量百分比(%) |
1.2 |
0.48 |
0.12 |
0.04 |
0.16 |
98.00 |
上述铝合金材料中,优选添加一定量的RE元素,其中Ce、La占RE总含量中的60%以上,稀土可以显著提高合金的电性能,本发明中稀土加入铝合金中,使铝合金熔铸时增加成分过冷,细化晶粒,减少二次晶间距,减少合金中的气体和夹杂,并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力,增加流动性,有利于浇铸成锭,对工艺性能有着明显的影响,还能起到提高合金抗疲劳弯曲性能的效果,延长了电缆的使用寿命,优选Ce和La,是因为这两种元素在本发明中效果较其他稀土元素改善效果更明显。
应用上述铝合金材料制备铝合金线芯的方法,具体步骤如下:
a、熔铸:按上述比例加入铝合金成分,在730℃下熔炼处理后,在670℃进行铸锭,再经过固溶处理和时效处理轧制成合金杆,这里的时效处理优选在140℃或更高的温度下进行,
b、拉丝:将由a得到的合金杆进行温度150-180℃,4-6小时的中间退火,这是为了保证合金的强度的同时,提高其拉伸性能,耐弯曲性能,增强合金可塑性,提高后续工艺效率。这里我们将合金杆拉丝至Ф0.2mm的合金单丝。
c、退火:将由b制得的单丝束绞后在退火炉中,于280-320℃下保温5-8小时,退火时间达到要求后,从退火温度降至100℃的时间为15分钟以上,这样处理条件下,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线,另外固溶体形式的Fe量少,使得退火导体的导电性能优异。
上述铝合金通过材料,通过熔炼、铸造、固溶和时效处理、轧制工艺后,得到的铝合金电阻率为0.028003Ω·mm2/m,导电率61%IACS,断裂伸长率为17%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为0.77×10-3(%/h),且90度疲劳弯折次数达到34。
实施例6
一种汽车线用铝合金,组分及各组分的重量百分比如下(总重量:1T):
组分 |
Fe |
Cu+Mg |
Sb |
Si |
RE |
Al |
重量(Kg) |
6.0 |
3.0 |
0.87 |
0.5 |
2.0 |
987.63 |
重量百分比(%) |
0.6 |
0.3 |
0.087 |
0.05 |
0.2 |
98.763 |
上述铝合金材料中,优选添加一定量的RE元素,其中Ce、La占RE总含量中的60%以上,稀土可以显著提高合金的电性能,本发明中稀土加入铝合金中,使铝合金熔铸时增加成分过冷,细化晶粒,减少二次晶间距,减少合金中的气体和夹杂,并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力,增加流动性,有利于浇铸成锭,对工艺性能有着明显的影响,还能起到提高合金抗疲劳弯曲性能的效果,延长了电缆的使用寿命,优选Ce和La,是因为这两种元素在本发明中效果较其他稀土元素改善效果更明显。
应用上述铝合金材料制备铝合金线芯的方法,具体步骤如下:
a、熔铸:按上述比例加入铝合金成分,在730℃下熔炼处理后,在670℃进行铸锭,再经过固溶处理和时效处理轧制成合金杆,这里的时效处理优选在140℃或更高的温度下进行,
b、拉丝:将由a得到的合金杆进行温度150-180℃,4-6小时的中间退火,这是为了保证合金的强度的同时,提高其拉伸性能,耐弯曲性能,增强合金可塑性,提高后续工艺效率。这里我们将合金杆拉丝至Ф0.2mm的合金单丝。
c、退火:将由b制得的单丝束绞后在退火炉中,于280-320℃下保温5-8小时,退火时间达到要求后,从退火温度降至100℃的时间为15分钟以上,这样处理条件下,在铝合金中加入Sb后,能同合金中的铝、铁、镁、铜形成稳定的多元化合物使合金具有超塑性有利于拉制成非常细的合金线,另外固溶体形式的Fe量少,使得退火导体的导电性能优异。
上述铝合金通过材料,通过熔炼、铸造、固溶和时效处理、轧制工艺后,得到的铝合金电阻率为0.027697Ω·mm2/m,导电率62%IACS,断裂伸长率为16%,温度140℃、120MPa压应力条件下,1-100小时的平均蠕变速度为0.72×10-3(%/h),且90度疲劳弯折次数达到36。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的保护范围内所作的任何修改、等同替换等,均应包含在本发明的保护范围之内。