CN103981399A - 用于制作电缆的铝合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制作电缆的铝合金材料，包含以下元素，以重量百分比计：Cu0.2-0.4％；Fe0.7-0.9％；Si0.05-0.15％；Mg0.05-0.1％；Zn0.01-0.05％；B0.01-0.04％；Ti0.001-0.02％；Cr0.001-0.005％；余量为铝及不可避免的杂质。采用本发明材料制作的电缆导体柔韧性能强，保证了铝合金电缆在实际应用的安全性能达到甚至超过铜芯电缆，同时给铝合金电缆的实际安装应用带来了非常大的优势，铝合金电缆在安装过程中更易弯折，有效的减少安装成本，降低事故风险。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，更具体地说，涉及一种用于制作电缆的铝合金材料。
背景技术
我国铝资源非常丰富，因此价格便宜，2009年10月份，铜的价格约为5万元/吨，铝的价格约为1.5万元/吨。我国70年代就曾实行“以铝代铜”的政策。但是铝的导电性能比铜略差，电阻率约为铜的1.68倍，使得铝芯电缆的载流量比铜芯电缆小而电压降比铜芯电缆大。普通铝丝的一个重要缺点是脆度高，在安装时只要有一定角度的扭转，导体就会产生裂纹，裂口就会发热、腐蚀，这是出现火灾的重要原因。
铜芯电缆的特点是密度高，重量约为铝的3.3倍且价格高，增加了一次投资成本，而且导体的柔韧性能差，安装时不方便，容易“变形反弹”。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于制作电缆的铝合金材料，可以解决普通铝缆和铜缆的导体柔韧性能差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于制作电缆的铝合金材料，包含以下元素，以重量百分比计：
余量为铝及不可避免的杂质。
实施本发明的用于制作电缆的铝合金材料，具有以下有益效果：
1、在纯铝中添加铜(Cu)、铁(Fe)、镁(Mg)、锌(Zn)、钛(Ti)、铬(Cr)、硅(Si)等元素，大大提高了物理性能和工艺性能，弥补了纯铝电缆的不足。本发明材料制作的铝合金电缆导体比铜柔韧得多，而且不像铜那样容易“变形反弹”。其导体柔韧性能强，这一强的柔韧性能保证了铝合金电缆在实际应用的安全性能达到甚至超过铜芯电缆，同时给铝合金电缆的实际安装应用带来了非常大的优势。
2、纯铝电缆弯曲性能很差，弯曲很容易发生断裂、折断，因而频繁引发事故。本发明材料制作的铝合金电缆的最小弯曲半径为7倍电缆外径，远远优于GB/T12706的“电缆安装时的最小弯曲半径”中规定的10倍～20倍电缆外径，因而铝合金电缆在安装过程中更易弯折，有效的减少安装成本，降低事故风险。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。
本发明用于制作电缆的铝合金材料包含以下元素，以重量百分比计：
余量为铝及不可避免的杂质。
本发明中添加的合金元素具有以下技术效果：
1、铜元素
铜是重要的合金元素，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。
2、硅元素
Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577℃时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65％。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。
若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73:1。设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此比例配置镁和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。
Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si在铝中的最大溶解度为1.85％，且随温度的降低而减速小。
3、镁元素
Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6％，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。
镁对铝的强化是明显的，每增加1％镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。如果加入1％以下的锰，可能补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。
4、锌元素
Al-Zn合金系平衡相图富铝部分275℃时锌在铝中的溶解度为31.6％，而在125℃时其溶解度则下降到5.6％。
锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在 应力腐蚀开裂、倾向，因而限制了它的应用。
在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5％提高到12％时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。镁的含量超过形成Mg/Zn2相所需超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。
如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基强化效果在所有铝合金中最大，也是航天、航空工业、电力工业上的重要的铝合金材料。
5、铁和硅
铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅铸造合金中，均作为合金元素加的，在基它铝合金中，硅和铁是常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。
6、钛和硼
钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时，钛的临界含量约为0.15％，如果有硼存在则减速小到0.01％。
7、铬
铬在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常见的添加元素。600℃时，铬在铝中溶解度为0.8％，室温时基本上不溶解。
铬在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。
铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35％，并随合金中过渡元素的增加而降低。
实施例：
表1为实施例1-3所采用的成分列表(各组分的单位是wt％)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 铝(Al) | 98.744 | 98.677 | 98.555 |
| 铜(Cu) | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
| 铁(Fe) | 0.9 | 0.8 | 0.7 |
| 硅(Si) | 0.05 | 0.10 | 0.15 |
| 镁(Mg) | 0.07 | 0.05 | 0.10 |
| 锌(Zn) | 0.01 | 0.05 | 0.03 |
| 硼(B) | 0.02 | 0.01 | 0.04 |
| 钛(Ti) | 0.005 | 0.010 | 0.020 |
| 铬(Cr) | 0.001 | 0.003 | 0.005 |
| 抗拉强度(Mpa) | 112.6 | 111.3 | 113.8 |
| 伸长率(％) | 27.6 | 29 | 30.2 |
| 硬度(HB) | 240 | 233 | 251 |
上述铝合金材料制作铝合金电缆时采用的是AA8030系列合金导体，采用适量的合金配方，通过特殊的合成和退火等工艺控制，大大提高了物理性能和工艺性能，弥补了纯铝电缆的不足。铝合金电缆导体比铜柔韧得多，而且不像铜那样容易“变形反弹”。其导体柔韧性能强，这一强的柔韧性能保证了铝合金电缆在实际应用的安全性能达到甚至超过铜芯电缆，同时给铝合金电缆的实际安装应用带来了非常大的优势。
硬态纯铝的伸长率为0.5～2.0％，而铝合金经退火工序处理后，电缆延伸率提高了30％，比传统的铜缆具有更强的柔韧性，安装时所需要的拉力比铜缆小很多。铝合金比铜柔韧性高30％，反弹性比铜低40％。
纯铝电缆弯曲性能很差，弯曲很容易发生断裂、折断，因而频繁引发事故。铝合金电缆的最小弯曲半径为7倍电缆外径，远远优于GB/T12706的“电缆安装时的最小弯曲半径”中规定的10倍～20倍电缆外径，因而铝合金电缆在 安装过程中更易弯折，有效的减少安装成本，降低事故风险。
在实际检验判断中，直接的手折叠测试即可感受到铝合金导体非常柔韧，可以反复折叠或像绳子一样反复缠绕，破坏性剧烈折叠铝合金单丝，实验结论最少需要18次往返才能出现裂痕或断裂现象，而普通的铝芯单丝一般折叠三下出裂痕，五下绝对要断裂。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种用于制作电缆的铝合金材料，其特征在于，包含以下元素，以重量百分比计：
余量为铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于制作电缆的铝合金材料，其特征在于，包含以下元素，以重量百分比计：
3.根据权利要求1所述的用于制作电缆的铝合金材料，其特征在于，包含以下元素，以重量百分比计：
4.根据权利要求1所述的用于制作电缆的铝合金材料，其特征在于，包含以下元素，以重量百分比计：
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