CN104561694B - 一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法 - Google Patents

一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及供电材料的生产技术，是一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法，其特征是：选用型材坯料的化学成份重量配比为：Si0.45，Fe0.01-0.35，Cu0.01-0.1，Mn0.01-0.1，Mg0.55-1.2，Zn0.01-0.1，Ti0-0.1，Cr0.1，RE0.1-0.2，Sc0.05-0.1，余量为Al，然后将上述成份的坯料进行挤压成型，再经热处理工艺成品；本发明生产的电流传输型材在机械性能、电学性能、长期使用强度性能、耐热性能等指标同时大大超过了国家标准，广泛用于生产电力电气零部件，地铁导电轨，起重机电气滑触线，电讯结构部件等传输电流的材料。

Description

一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法
技术领域
本发明涉及供电材料的生产技术，尤其是一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法。
背景技术
现今电力高、低压电气零件、线路金具及连接附件、变电站导电管母线、高速列车、城市地铁导电轨、厂矿企业起重机电气滑触线、电讯结构部件、LED灯具及家用电器等均采用“6”系镁硅变形铝合金型材作为传输电流的材料。“6”系镁硅变形铝合金型材与铜比具有经济性、与钢比有良好的导电性、耐腐蚀性、可焊性。镁硅变形铝合金型材作为电流传输材料及零配件方面的应用越来越广泛。这类型材要求同时既要有高电导率和电学性能，又要有电气零配件易于切削加工和装配的硬度，超长架空使用挠度控制良好，长期使用，耐受150℃以上高温，且高强度不显著降低的机械性能。但目前市场上供应的“6”系镁硅变形铝合金型材往往无法同时满足上述诸多方面要求。一般能达到的标准值为：抗拉强度200Mpa，屈服强度195Mpa，延伸率8%，电导率≥32MS/m，长期工作耐热温度70℃，短期（1h）230℃耐温强度保持率≥90%。随着科学技术的飞速发展，现有性能的电流传输型材已不能满足工业生产发展的需要。
发明内容
本发明的目的就是要进一步提高电流传输型材的综合性能，满足工业生产发展的需要，提供一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法。
本发明的具体方案是：一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法，其特征是：选用型材坯料的化学成份重量配比为：Si0.45，Fe0.01-0.35，Cu0.01-0.1，Mn0.01-0.1，Mg0.55-1.2，Zn0.01-0.1，Ti0-0.1，Cr0.1，RE0.1-0.2，Sc0.05-0.1，余量为Al；按以下工艺步骤进行生产：
（1）采用上述化学成分的实心圆铸锭，在装炉前将铸锭表面的灰尘、铝屑等杂物清理干净；铸锭的加热稳定至480-530℃，铸锭保温4-5h进行挤压，采用专用的模具进行挤压保持模具温度480-490℃，挤压速度为1-3m/min，将铸锭挤压成电流传输型材毛料；将挤压好的型材毛料按批捆好整齐的摆放在料筐里，检查挤压毛料是否有壁厚不均、气泡、裂纹，内外表面擦伤等缺陷，发现有上述质量问题及时反映有关人员做能否使用的鉴定，严重的要及时挑出；对挤压型材毛料按根从头部切掉200mm后切30±2mm的低倍试片；并在低倍试片和型材毛料端面上打合金牌号、批号、根号，并将低倍试片送理化实验室做低倍检查；当低倍组织检查合格后，方可切毛料；在每个切成的毛料上打上合金牌号、批号，并应将毛料上锯切的毛刺和铝屑清除干净，然后整齐的摆放在料筐内；
（2）将步骤（1）的型材毛料装炉固溶淬火，毛料并在圆形竖式炉内加热，加热温度515-520℃，且保温2-3h，水冷；加热过程做到每半小时测一次温，并将测温结果记录；（3）为保证该合金型材强度、韧性、硬度和电导率，将淬火后的型材毛料先进行矫直，后进行人工时效，将型材整齐摆放到料筐里在台车式炉内加热，加热温度180℃，且保温7h，后升温至195℃再保温2h空冷出炉。
本发明中所述所述步骤（1）中所采用的专用模具由上模和下模采用螺栓对接而成，在上模中制有开口在下并向凹的空腔，空腔中设有中心柱和四块均布的径向筋板形成蝶形焊合腔结构，在上模顶面开有四个均布的扇形分流孔与蝶形焊合腔连通；所述下模上部开有凹形焊合室，下部开有圆形成型出料孔，所述下模焊合室的侧壁向外倾斜15°角张开设置。
本发明中选用型材坯料的化学成分重量配比最佳为：Si0.45，Fe0.35，Cu0.1，Mn0.1，Mg0.8，Zn0.1，Ti0.1，Cr0.1，RE0.2，Sc0.08，余量为Al。
本发明通过合理控制合金微量元素的种类和数量，添加稀土RE0.1-0.2%，Sc0.05-0.1%，充分发挥Al-RE，Al-Sc微量元素具有优良物理化学性能的作用，为生产高性能电流传输型材提高基材保证。同时进行模具结构创新，采用蝶形焊合腔结构，加大焊合腔容积10-12%，增强厚壁型材的焊合质量。特别是通过设计最佳热处理工艺，改善合金的物理化学特性，强化合金的特性作用，从而保证了获取强度高，耐热性能好，电导率高的电流传输型材。
本发明设计合理，工艺先进，采用本发明方法生产的电流传输型材性能优良，在机械性能、电学性能、长期使用强度性能、耐热性能等各况指标同时超过了国家标准，可满足工业生产快速发展的特殊需要，其中：抗拉强度≥240MPa，提高了20%，屈服强度≥220MPa，提高了12.82%，延伸率12-12.5%，提高了50%，电导率≥33.33MS/m，提高了4.16%，长期工作耐热温度≥150℃，提高了114.29%，短期（1h）230℃耐温强度保持率≥98%，提高了8.89%。
附图说明
图1是专用模具的总体结构主剖视图；
图2是上模的俯视图；
图3是上模的仰视图；
图4是下模的俯视图；
图5是下模的仰视图；
图6是圆柱形电流传输型材的主体示意图；
图中：1—上模，2—下模，3—成型出料孔，4—焊合室，5—蝶形焊合腔，6—中心柱，7—扇形分流孔，8—径向筋板，9—圆柱形电流传输铝型材。
具体实施方式
例1：采用本发明生产如图6所示一种圆柱形电流传输铝型材9的生产方法是：首先选用型材坯料的化学成份重量配比为：Si0.45，Fe0.01，Cu0.01，Mn0.01，Mg0.55，Zn0.01，Ti0，Cr0.1，RE0.1，Sc0.05，余量为Al；按以下工艺步骤进行生产：
（1）采用上述化学成分的实心圆铸锭，在装炉前将铸锭表面的灰尘、铝屑等杂物清理干净；铸锭的加热稳定至480℃，铸锭保温5h进行挤压，采用专用的模具进行挤压保持模具温度480℃，挤压速度为3m/min，将铸锭挤压成电流传输型材毛料；将挤压好的型材毛料按批捆好整齐的摆放在料筐里，检查挤压毛料是否有壁厚不均、气泡、裂纹，内外表面擦伤等缺陷，发现有上述质量问题及时反映有关人员做能否使用的鉴定，严重的要及时挑出；对挤压型材毛料按根从头部切掉200mm后切30±2mm的低倍试片；并在低倍试片和型材毛料端面上打合金牌号、批号、根号，并将低倍试片送理化实验室做低倍检查；当低倍组织检查合格后，方可切毛料；在每个切成的毛料上打上合金牌号、批号，并应将毛料上锯切的毛刺和铝屑清除干净，然后整齐的摆放在料筐内；
（2）将步骤（1）的型材毛料装炉固溶淬火，毛料并在圆形竖式炉内加热，加热温度515℃，且保温3h，水冷；加热过程做到每半小时测一次温，并将测温结果记录；（3）为保证该合金型材强度、韧性、硬度和电导率，将淬火后的型材毛料先进行矫直，后进行人工时效，将型材整齐摆放到料筐里在台车式炉内加热，加热温度180℃，且保温7h，后升温至195℃再保温2h空冷出炉。
本实施例中所采用的专用模具（参见图1-5），由上模1和下模2采用螺栓对接而成，在上模1中制有开口在下并向凹的空腔，空腔中设有中心柱6和四块均布的径向筋板8形成蝶形焊合腔5结构，在上模1顶面开有四个均布的扇形分流孔7与蝶形焊合腔5连通；所述下模2上部开有凹形焊合室4，下部开有圆形成型出料孔3，所述下模焊合室4的侧壁向外倾斜15°角张开设置。
由此生产的电流传输铝型材的性能指标为：抗拉强度为240MPa，屈服强度为230MPa，延伸率为12%，电导率为33.33MS/m，长期工作耐热温度为150℃，短期（1h）230℃耐温强度保持率≥98%。
例2：采用本发明生产如图6所示一种T型电流传输铝型材9的生产方法是：首先选用型材坯料的化学成份重量配比为：Si0.45，Fe0.35，Cu0.1，Mn0.1，Mg1.2，Zn0.1，Ti0.1，Cr0.1，RE0.2，Sc0.1，余量为Al；按以下工艺步骤进行生产：
（1）采用上述化学成分的实心圆铸锭，在装炉前将铸锭表面的灰尘、铝屑等杂物清理干净；铸锭的加热稳定至530℃，铸锭保温4h进行挤压，采用专用的模具进行挤压保持模具温度490℃，挤压速度为1m/min，将铸锭挤压成电流传输型材毛料；将挤压好的型材毛料按批捆好整齐的摆放在料筐里，检查挤压毛料是否有壁厚不均、气泡、裂纹，内外表面擦伤等缺陷，发现有上述质量问题及时反映有关人员做能否使用的鉴定，严重的要及时挑出；对挤压型材毛料按根从头部切掉200mm后切30±2mm的低倍试片；并在低倍试片和型材毛料端面上打合金牌号、批号、根号，并将低倍试片送理化实验室做低倍检查；当低倍组织检查合格后，方可切毛料；在每个切成的毛料上打上合金牌号、批号，并应将毛料上锯切的毛刺和铝屑清除干净，然后整齐的摆放在料筐内；
（2）将步骤（1）的型材毛料装炉固溶淬火，毛料并在圆形竖式炉内加热，加热温度520℃，且保温2h，水冷；加热过程做到每半小时测一次温，并将测温结果记录；（3）为保证该合金型材强度、韧性、硬度和电导率，将淬火后的型材毛料先进行矫直，后进行人工时效，将型材整齐摆放到料筐里在台车式炉内加热，加热温度180℃，且保温7h，后升温至195℃再保温2h空冷出炉。
本实施例中所采用的专用模具结构基本同例1，只需将下模圆形成型出料孔改为T型截面即可。
由此生产的电流传输铝型材的性能指标为：抗拉强度为240MPa，屈服强度为220MPa，延伸率12%，电导率为33.33MS/m，长期工作耐热温度为150℃，短期（1h）230℃耐温强度保持率≥98%。
例3：采用本发明生产如图6所示一种工字型电流传输铝型材9的生产方法是：首先选用型材坯料的化学成份重量配比为：Si0.45，Fe0.35，Cu0.1，Mn0.1，Mg0.8，Zn0.1，Ti0.1，Cr0.1，RE0.2，Sc0.08，余量为Al；按以下工艺步骤进行生产：
（1）采用上述化学成分的实心圆铸锭，在装炉前将铸锭表面的灰尘、铝屑等杂物清理干净；铸锭的加热稳定至510℃，铸锭保温4.5h进行挤压，采用专用的模具进行挤压保持模具温度486℃，挤压速度为2m/min，将铸锭挤压成电流传输型材毛料；将挤压好的型材毛料按批捆好整齐的摆放在料筐里，检查挤压毛料是否有壁厚不均、气泡、裂纹，内外表面擦伤等缺陷，发现有上述质量问题及时反映有关人员做能否使用的鉴定，严重的要及时挑出；对挤压型材毛料按根从头部切掉200mm后切30±2mm的低倍试片；并在低倍试片和型材毛料端面上打合金牌号、批号、根号，并将低倍试片送理化实验室做低倍检查；当低倍组织检查合格后，方可切毛料；在每个切成的毛料上打上合金牌号、批号，并应将毛料上锯切的毛刺和铝屑清除干净，然后整齐的摆放在料筐内；
（2）将步骤（1）的型材毛料装炉固溶淬火，毛料并在圆型竖式炉内加热，加热温度518℃，且保温2.5h，水冷；加热过程做到每半小时测一次温，并将测温结果记录；（3）为保证该合金型材强度、韧性、硬度和电导率，将淬火后的型材毛料先进行矫直，后进行人工时效，将型材整齐摆放到料筐里在台车式炉内加热，加热温度180℃，且保温7h，后升温至195℃再保温2h空冷出炉。
本实施例中所采用的专用模具结构基本同例1，只需将下模圆形成型出料孔改为工字型截面即可。
由此生产的工字型电流传输型材性能指标为：抗拉强度为260MPa，屈服强度为230MPa，延伸率12.5%，电导率为34.5MS/m，长期工作耐热温度为210℃，短期（1h）230℃耐温强度保持率≥98%。

Claims (3)

1.一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法，其特征是：选用型材坯料的化学成份重量配比为：Si0.45，Fe0.01-0.35，Cu0.01-0.1，Mn0.01-0.1，Mg0.55-1.2，Zn0.01-0.1，Ti0-0.1，Cr0.1，RE0.1-0.2，Sc0.05-0.1，余量为Al；按以下工艺步骤进行生产：
（1）采用上述化学成分的实心圆铸锭，在装炉前将铸锭表面的灰尘、铝屑杂物清理干净；铸锭的加热稳定至480-530℃，铸锭保温4-5h进行挤压，采用专用的模具进行挤压保持模具温度480-490℃，挤压速度为1-3m/min，将铸锭挤压成电流传输型材毛料；将挤压好的型材毛料按批捆好整齐的摆放在料筐里，检查挤压毛料是否有壁厚不均、气泡、裂纹，内外表面擦伤缺陷，发现有上述质量问题及时反映有关人员做能否使用的鉴定，严重的要及时挑出；对挤压型材毛料按根从头部切掉200mm后切30±2mm的低倍试片；并在低倍试片和型材毛料端面上打上合金牌号、批号、根号，并将低倍试片送理化实验室做低倍检查；当低倍组织检查合格后，方可切毛料；在每个切成的毛料上打上合金牌号、批号，并应将毛料上锯切的毛刺和铝屑清除干净，然后整齐的摆放在料筐内；
（2）将步骤（1）的型材毛料装炉固溶淬火，毛料并在圆形竖式炉内加热，加热温度515-520℃，且保温2-3h，水冷；加热过程做到每半小时测一次温，并将测温结果记录；（3）为保证该合金型材强度、韧性、硬度和电导率，将淬火后的型材毛料先进行矫直，后进行人工时效，将型材整齐摆放到料筐里在台车式炉内加热，加热温度180℃，且保温7h，后升温至195℃再保温2h空冷出炉。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法，其特征是：所述步骤（1）中所采用的专用模具由上模和下模采用螺栓对接而成，在上模中制有开口在下并向凹的空腔，空腔中设有中心柱和四块均布的径向筋板形成蝶形焊合腔结构，在上模顶面开有四个均布的扇形分流孔与蝶形焊合腔连通；所述下模上部开有凹形焊合室，下部开有成型出料孔，所述下模焊合室的侧壁向外倾斜15°角张开设置。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐热高电导率的电流传输铝型材的生产方法，其特征是：选用型材坯料的化学成分重量配比为：Si0.45，Fe0.35，Cu0.1，Mn0.1，Mg0.8，Zn0.1，Ti0.1，Cr0.1，RE0.2，Sc0.08，余量为Al。
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