CN104715803A - 一种铝合金细丝的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金细丝的制造方法，包括以下步骤：a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，拉拔加工的拉拔速度为10-40m/s；b)二次拉拔：将步骤a)得到的铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，拉拔加工的拉拔速度为5-30m/s；c)三次拉拔：将步骤b）得到的所述铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，拉拔加工的拉拔速度为5-30m/s；d)热处理工艺：对步骤c）得到的铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理。本发明的铝合金细丝的制造方法，能将铝合金材料拉制成具有卓越的机械性能和抗疲劳性能的单丝，并且单丝线径符合GB/T3956中五类/六类导体要求，可以作为柔性导体使用。

Description

一种铝合金细丝的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金细丝的制造方法。

背景技术

随着我国的经济迅猛发展，我国也已跃升为世界第一大电线电缆制造及消费国。铝是电线电缆的导体材料之一，但由于纯铝导体材料本身强韧配合较差，传统的拉制工艺很难将其拉制到很细，即使勉强拉制成功，其机械性能又难以满足要求，所以在电缆的导体标准GB/T3956-2008(等同国际标准IEC60228：2004)中，铝及铝合金虽然是可用作导体的材料之一，但仅用作第一类（实心导体）和第二类（绞合圆形或绞合成型）导体，这两类导体由于柔韧性较差，仅用作固定敷设电缆的导体，而对柔韧性要求高的电缆，如GB/T5013《额定电压450/750及以下橡皮绝缘电缆》系列电缆标准，均规定导体材料为GB/T3956-2008中第五类或第六类导体材料，此两类导体均明确规定应为软铜线构成。

众所周知，我国富铝贫铜，铜作为国家战略储备资源，长期以来对外依存度较高，价格高居不下，电缆行业一直是铜材消耗的主力军，如果能在更多的电缆产品里使用铝合金作为导体材料，将产生巨大的经济效益和社会效益。

目前无论是纯铝还是铝合金，导体的单丝线径通常都是在1.0mm以上，其组成的导体类型按照标准规定均为二类导体，单丝制备均由较大型的拉丝机拉制杆材一步完成，目前市场上还没有铝或者铝合金导体作为柔性导体（五类/六类）的先例。

近年来，随着技术的发展，通用电缆（中国）生产的AA8030铝合金导体由于其较纯铝显著提升的机械性能在工业及民用配电领域得到了广泛应用，但依然是作为二类导体使用。如果通过特定的拉制工艺和热处理工艺能进一步将铝合金材料例如AA8030铝合金导体拉制成具有卓越的机械性能和抗疲劳性能的单丝，并且单丝线径符合GB/T3956-2008中五类/六类导体要求的话，那么可以预见的是，更多的行业更多的电缆产品将可以使用该种材料作为导体。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种铝合金细丝的制造方法，包括以下步骤：

a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，拉拔加工的拉拔速度为10-40m/s；

b)二次拉拔：将步骤a)得到的铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，拉拔加工的拉拔速度为5-30m/s；

c)三次拉拔：将步骤b）得到的铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，拉拔加工的拉拔速度为5-30m/s；

d)热处理工艺：对步骤c）得到的铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理，其中

在上述升温过程中，铝合金细丝被加热升至300℃-400℃，所需加热时间为2-3小时；

在上述保温过程中，铝合金细丝的温度保持在300℃-400℃的范围内，在此温度下保持时间为10-15小时；

在上述降温过程中，将铝合金细丝置于空气中自然冷却。

较佳地，上述步骤d)中，在升温过程中，铝合金细丝被加热升至340℃±10℃，所需加热时间为2-3小时；在保温过程中，铝合金细丝的温度保持在340℃±10℃的范围内，在此温度下保持时间为10-15小时。

根据本发明提供的铝合金细丝的制造方法，热处理的时间与温度对产品的性能具有决定的作用，需要按工艺要求严格控制，以获得符合标准要求的产品。发明人通过研究发现，上述热处理工艺，加热升温并保持温度在300℃-400℃的范围内（更佳地在340℃±10℃的范围内）一段时间后冷却，铝合金细丝的去应力效果最好，经过上述热处理工艺后的铝合金细丝具有较好的柔韧性和较高的抗拉强度。

较佳地，步骤a)中，拉拔加工的拉拔速度为15-30m/s；步骤b)中，拉拔加工的拉拔速度为10-20m/s；步骤c)中，拉拔加工的拉拔速度为10-20m/s。

较佳地，步骤a)中，拉拔加工的拉拔速度为20-30m/s；步骤b)中，拉拔加工的拉拔速度为10-15m/s；步骤c)中，拉拔加工的拉拔速度为10-15m/s。

随着拉拔速度的提高，冷拉拔加工对于铝合金细丝机械性能的影响，主要表现在铝合金丝发热，强度升高而弯曲性能下降。发明人通过研究发现，上述拉拔速度范围可以兼顾拉拔效率与机械性能，既使铝合金拉拔加工保持在一个合理的速度范围，又可避免因为“时效”硬化而使铝合金线被拉断而中止生产的情形。

铝合金导线必须具备一定的导电率和强度，这是两个基本要求。一般来说降低导电率可以提高强度。反之亦然。通过本发明的铝合金细丝制造方法，多次拉拔加工后得到的铝合金细丝，具有强度高（＞200Mpa），延伸率低（1-3%）等优点。进一步，通过热处理工艺后可以得到同时兼备优异的机械性能和导电性能的铝合金细丝，其断裂伸长率>=10%，单丝的抗拉强度为>=100MPa，导电率>=61%IACS。

如上的铝合金细丝的制造方法：在步骤a)中，铝合金杆的直径为8.0-9.5mm，拉拔加工得到的铝合金线的直径为2.5-5.2mm；在步骤b)中，铝合金线的直径为2.5-5.2mm，拉拔加工得到的铝合金丝的直径为0.5-1.5mm；在步骤c)中，铝合金丝的直径为0.5-1.5mm，拉拔加工得到的铝合金细丝的直径为0.1-0.3mm。

在本发明中，采用初次拉拔、二次拉拔、三次拉拔对多次拉拔加工进行限定，它们的区别在于每次拉拔加工中进出线径的范围，初次拉拔进出线径较大，二次拉拔次之，三次拉拔最小，但在实际生产过程中各个生产厂家的定义可以各不相同，使用者可以依据自己的需求定义进出线范围。

在本发明中，拉拔加工的过程就是将金属线材经过模具使其截面积减小长度增大的加工过程，也可以称为金属导线的拉制过程。

更进一步，根据本发明的铝合金细丝的制造方法，铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.25%-1.0%的铁，含量为0.03-0.15%的硅，含量为0.04%-0.30%的铜，含量为0.01%-0.22%的镁，含量为0.05%-0.10%的锌，含量为0.001%-0.04%的硼。

较佳地，铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.30%-0.8%的铁，含量为0.10%的硅，含量为0.15%-0.30%的铜，含量为0.05%的镁，含量为0.05%的锌，含量为0.001%-0.04%的硼。

根据本发明的铝合金杆的材料（例如ASTM标准中的AA8030），具有抗拉强度高、断裂延伸率大、导电性能高的优良性能，适合拉制成铝合金细丝。通过该铝合金材料制成的铝合金导体与具有等效电气特性的铜导体相比具有较高柔韧性和较低回弹性且更不易蠕变松弛，从而更容易地进行端子连接和可靠地安装。

较佳地，根据本发明的铝合金细丝的制造方法，拉拔加工使用拉丝机。

较佳地，拉丝机为滑动式拉丝机。

较佳地，上述滑动式拉丝机上所用拉丝模具的材质为聚晶金刚石，该拉丝模具上使用润滑剂，步骤a)中，初次拉拔用的润滑剂是油性铝拉丝油，步骤b)和c)中，二次拉拔和三次拉拔用的润滑剂是水溶性铝拉丝油。

由于铝合金线材比纯铝硬，在拉拔过程中除对拉丝机有较高的要求外，对拉丝模具和润滑剂也提出了更高的要求。线材拉拔时的模具选择，初次拉拔时拉丝机上可选用硬质合金模，在二次拉拔和三次拉拔时拉丝机上多采用聚晶金刚石模。

聚晶金刚石是一种新型超硬材料，它的硬度和自然金刚石相似耐磨性比天然金刚石还好。由于聚晶模的抛光光洁度没有天然金刚石模好，在拉制小线径和微细线径时可选用天然金刚石模,以保证线材的表面质量。

铝合金导线在拉拔过程中线材与模具之间，线材与塔轮之间的摩擦力和拉拔力较大，使线材、模具、塔轮的温度升高。线材在拉拔过程中由于线材温度过高而发生局部热处理，这种局部热处理直接影响了线材的质量；同时线材温度的升高，使润滑剂的作用变坏，影响导线的产品质量甚至不能连续拉拔。因此铝合金导线拉拔过程中的温度控制是很重要的。还应注意拉拔的速度和温度间的关系。良好的铝拉润滑剂是控制铝合金线材拉拔过程中的温度，保证线材质量和提高拉拔速度的关键。

拉拔铝合金线材所用的润滑剂应具有如下性能：

1)应与模具和导线表面有较强的吸附性能，要求其油溶性好稳定性高；

2)有一定粘度的基础油，它的粘度要保证在负荷条件下有足够厚的油膜；

润滑剂中表面活性剂以它极性能键的一端与金属线材或模具形成化学吸附膜，紧密地吸附在金属线材与模具的表面，而另一非极性端吸附着油构成一个可以流动的油膜层，如此一个润滑膜就具有一定的厚度和强度，大大减小了模子与金属线材的直接接触，减小了摩擦系数。

随着摩擦力的减小动力损耗大大减小，发热量也随之降低，这时接触点的温度下降，克服了接点的粘着熔化，防止铝合金线材拉拔过程中发生的局部热处理，线材表面起槽(或称道沟)的现象。同时减小了模具的磨损和延长了拉丝模具的使用寿命，为提高拉拔速度提供了有利条件。

3)铝拉润滑剂应适应磨屑的自沉降，以保持铝拉润滑剂的清洁度。清洁的润滑剂是保证线材拉制质量的重要因素。

具体实施方式

实施例1

本发明的实施例1提供了一种制造线径为0.2mm的铝合金细丝的方法，包括以下步骤：

a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，拉拔加工的拉拔速度为30m/s；

b)二次拉拔：将步骤a)得到的铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，拉拔加工的拉拔速度为15m/s；

c)三次拉拔：将步骤b）得到的铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，拉拔加工的拉拔速度为10m/s；

d)热处理工艺：对步骤c）得到的铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理，其中，

在升温过程中，铝合金细丝被加热升至340℃，所需加热时间为2小时；

在保温过程中，铝合金细丝的温度保持在340℃±5℃的范围内，在此温度下保持时间为15小时；

在降温过程中，将铝合金细丝置于空气中自然冷却。

其中，上述步骤a)中的初次拉拔，铝合金杆的直径为9.5mm，铝合金线的直径为1.86mm；共配置13道模具，各道次模具的孔径（单位：mm）依次为：7.74、6.71、5.83、5.05、4.44、3.88、3.4、2.98、2.64、2.34、2.08、1.87、1.86。

上述步骤b)中的二次拉拔，铝合金线的直径为1.86mm，铝合金丝的直径为0.7mm；共配置10道模具，各道次模具的孔径（单位：mm）依次为：1.64、1.48、1.34、1.22、1.13、1.01、0.92、0.84、0.76、0.70。

上述步骤c)中的三次拉拔，铝合金丝的直径为0.7mm，铝合金细丝的直径为0.2mm。共配置13道模具，各道次模具的孔径（单位：mm）依次为：0.625、0.565、0.515、0.47、0.43、0.395、0.362、0.332、0.305、0.257、0.235、0.217、0.20。

上述铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.3%-0.8%的铁，含量为0.1%的硅，含量为0.15%-0.30%的铜，含量为0.05%的镁，含量为0.05%的锌，含量为0.001%-0.04%的硼。

本实施例中拉拔加工使用拉丝机。所用拉丝机为滑动式拉丝机。上述滑动式拉丝机上所用拉丝模具的材质为聚晶金刚石，该拉丝模具上使用润滑剂，上述步骤a)中，初次拉拔用的润滑剂是油性铝拉丝油，上述步骤b)和c)中，二次拉拔和三次拉拔用的润滑剂是水溶性铝拉丝油。

拉制成0.2的单丝后，再经过上述的退火工艺，制成成品铝合金单丝，其典型的机械性能为：抗拉强度200-220Mpa、延伸率15-20%、导电性不低于60%。

实施例2

本发明的实施例2提供了一种制造线径为0.2mm的铝合金细丝的方法，与上述实施例1相同部分不再详细描述，不同部分在于：

包括以下步骤：

a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，拉拔加工的拉拔速度为20m/s；

b)二次拉拔：将步骤a)得到的铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，拉拔加工的拉拔速度为10m/s；

c)三次拉拔：将步骤b）得到的铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，拉拔加工的拉拔速度为15m/s；

d)热处理工艺：对步骤c）得到的铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理，其中，

上述升温过程，铝合金细丝的温度从室温升至330℃，所需加热时间为2.5小时；

上述保温过程，铝合金细丝的温度保持在330℃-335℃，在此温度下保持时间为12小时；

上述铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.55%-0.8%的铁，含量为0.1%的硅，含量为0.10%-0.20%的铜，含量为0.01-0.05%的镁，含量为0.05%的锌，含量为0.04%的硼。

实施例3

本发明的实施例3提供了一种制造线径为0.2mm的铝合金细丝的方法，与上述实施例1、2相同部分不再详细描述，不同部分在于：

包括以下步骤：

a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，拉拔加工的拉拔速度为25m/s；

b)二次拉拔：将步骤a)得到的铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，拉拔加工的拉拔速度为12m/s；

c)三次拉拔：将步骤b）得到的铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，拉拔加工的拉拔速度为12m/s；

d)热处理工艺：对步骤c）得到的铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理，其中，

上述升温过程，铝合金细丝的温度从室温升至350℃，所需加热时间为3小时；

上述保温过程，铝合金细丝的温度保持在345℃-350℃，在此温度下保持时间为10小时。

上述铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.25%-0.45%的铁，含量为0.15%的硅，含量为0.04%的铜，含量为0.04-0.12%的镁，含量为0.05%的锌，含量为0.04%的硼。

实施例4

本发明的实施例4提供了制造线径为0.3mm的铝合金细丝的方法，包括以下步骤：

a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，拉拔加工的拉拔速度为30m/s；

b)二次拉拔：将步骤a)得到的铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，拉拔加工的拉拔速度为15m/s；

c)三次拉拔：将步骤b）得到的铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，拉拔加工的拉拔速度为10m/s；

d)热处理工艺：对步骤c）得到的铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理，

上述升温过程，铝合金细丝的温度从室温升至335℃，所需加热时间为2.5小时；

上述保温过程，铝合金细丝的温度保持在333℃-338℃，在此温度下保持时间为15小时；

上述降温过程，将铝合金细丝为置于空气中自然冷却。

其中，上述步骤a)中的初次拉拔，铝合金杆的直径为9.5mm，铝合金线的直径为1.86mm；共配置13道模具，各道次模具的孔径（单位：mm）依次为：：7.74、6.71、5.83、5.05、4.44、3.88、3.4、2.98、2.64、2.34、2.08、1.87、1.86。

上述步骤b)中的二次拉拔，铝合金线的直径为1.86mm，铝合金丝的直径为0.7mm；共配置10道模具，各道次模具的孔径（单位：mm）依次为：1.64、1.48、1.34、1.22、1.13、1.01、0.92、0.84、0.76、0.70。

上述步骤c)中的三次拉拔，铝合金丝的直径为0.7mm，铝合金细丝的直径为0.3mm。共配置9道模具，各道次模具的孔径（单位：mm）依次为：：0.625、0.565、0.515、0.47、0.43、0.395、0.362、0.332、0.30。

上述铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.3%-0.8%的铁，含量为0.1%的硅，含量为0.15%-0.30%的铜，含量为0.05%的镁，含量为0.05%的锌，含量为0.001%-0.04%的硼。

所用拉丝机为滑动式拉丝机。上述滑动式拉丝机上所用拉丝模具的材质为聚晶金刚石，该拉丝模具上使用润滑剂，步骤a)中，初次拉拔用的润滑剂是油性铝拉丝油，步骤b)和c)中，二次拉拔和三次拉拔用的润滑剂是水溶性铝拉丝油。

在制造铝合金细丝时，是先以顺利正常拉拔成线径0.3mm的单丝为目标，然后才试制线径0.2mm的单丝。目前对于线经≥0.2mm的合金单丝，采用本发明的制造方法都可以进行顺利稳定地拉制。成品的性能指标也比较稳定。

上述各个实施例中的不同试样，其各项性能指标的测试结果如表一所示：

表一

以上是本发明的较佳实施例，只有较佳实施例被举例说明，并非用于限制本发明的权利范围，凡以相同的技术手段或为下述权利要求内容所涵盖的权利范围而实施的，均不脱离本发明的范畴而是申请人的权利范围。例如，上述各个实施例中，铝合金杆的材料可以是ASTM国际公司发行的编号为B800的标准规范中的型号为8017、8030、8076、8130、8176、8177的铝合金中的任意一种。

Claims (10)

1.一种铝合金细丝的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)初次拉拔：将铝合金杆经过拉拔加工制成铝合金线，所述拉拔加工的拉拔速度为10-40m/s；

b)二次拉拔：将步骤a)得到的所述铝合金线经过拉拔加工制成铝合金丝，所述拉拔加工的拉拔速度为5-30m/s；

c)三次拉拔：将步骤b）得到的所述铝合金丝再经过拉拔加工制成铝合金细丝，所述拉拔加工的拉拔速度为5-30m/s；

d)热处理工艺：对步骤c）得到的所述铝合金细丝进行升温-保温-降温过程的处理，其中

在所述升温过程中，所述铝合金细丝被加热升至300℃-400℃，所需加热时间为2-3小时；

在所述保温过程中，所述铝合金细丝的温度保持在300℃-400℃的范围内，在此温度下保持时间为10-15小时；

在所述降温过程中，将所述铝合金细丝置于空气中自然冷却。

2.如权利要求1所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，所述步骤d)中，

在所述升温过程中，所述铝合金细丝被加热升至340℃±10℃，所需加热时间为2-3小时；

在所述保温过程中，所述铝合金细丝的温度保持在340℃±10℃的范围内，在此温度下保持时间为10-15小时。

3.如权利要求1或2所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，

所述步骤a)中，所述拉拔加工的拉拔速度为15-30m/s；

所述步骤b)中，所述拉拔加工的拉拔速度为10-20m/s；

所述步骤c)中，所述拉拔加工的拉拔速度为10-20m/s。

4.如权利要求3所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，

所述步骤a)中，所述拉拔加工的拉拔速度为20-30m/s；

所述步骤b)中，所述拉拔加工的拉拔速度为10-15m/s；

所述步骤c)中，所述拉拔加工的拉拔速度为10-15m/s。

5.如权利要求4所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，

在所述步骤a)中，所述铝合金杆的直径为8.0-9.5mm，拉拔加工得到的所述铝合金线的直径为2.5-5.2mm；

在所述步骤b)中，所述铝合金线的直径为2.5-5.2mm，拉拔加工得到的所述铝合金丝的直径为0.5-1.5mm；

在所述步骤c)中，所述铝合金丝的直径为0.5-1.5mm，拉拔加工得到的所述铝合金细丝的直径为0.1-0.3mm。

6.如权利要求5所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，所述铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，含量为0.25%-1.0%的铁，含量为0.03-0.15%的硅，含量为0.04%-0.30%的铜，含量为0.01%-0.22%的镁，含量为0.05%-0.10%的锌，含量为0.001%-0.04%的硼。

7.如权利要求6所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，所述铝合金杆的材料按重量百分比含量，包括下列组分：主要元素铝，0.30%-0.8%的铁，含量为0.10%的硅，含量为0.15%-0.30%的铜，含量为0.05%的镁，含量为0.05%的锌，含量为0.001%-0.04%的硼。

8.如权利要求1所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，所述拉拔加工使用拉丝机。

9.如权利要求8所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，所述拉丝机为滑动式拉丝机。

10.如权利要求9所述的铝合金细丝的制造方法，其特征在于，所述滑动式拉丝机上所用拉丝模具的材质为聚晶金刚石；所述拉丝模具上使用润滑剂，所述步骤a)中，所述初次拉拔用的润滑剂是油性铝拉丝油，所述步骤b)和c)中，所述二次拉拔和三次拉拔用的润滑剂是水溶性铝拉丝油。