CN1077606C - 高强度耐热铝合金、导线、架空线及制造高强度耐热铝合金的方法 - Google Patents

高强度耐热铝合金、导线、架空线及制造高强度耐热铝合金的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种具有高抗拉强度，高导电性及优良耐热性的铝合金。该铝合金含0.28-0.80%(重量)的Zr、0.10-0.80%(重量)的Mn及0.10-0.40%(重量)的Cu。该铝合金还含0.16-0.30%(重量)的Si。可通过绞扭由此铝合金构成的线来制成导线或架空线。该铝合金的制备方法包括步骤为：在至少｛750+227×(Z-0.28)｝℃的温度下铸造含0.28-0.80%(重量)的Zr、0.10-0.80%(重量)的Mn及0.10-0.40%(重量)的Cu，余为Al的原料，其中Z表示Zr的重量百分含量；而后以至少0.16℃/秒的冷却速度将其冷却，由此形成铸铝；热加工此铸铝，由此形成初级铝合金；热处理此初级铝合金，由此形成二次铝合金；并冷加工此二次铝合金。

Description

高强度耐热铝合金、导线、架空线及制造高强度耐热铝合金的方法
本发明涉及铝合金及其制造方法，特别涉及具有高抗拉强度和导电性及优良耐热性的铝合金，该合金被用于由铝合金线和铝电线扭绞形成的导线，本发明还涉及其制造方法。
通常，将通过将铝纯度至少为99.7％，包着钢丝的铝电线(下文称之为ECAl)扭绞制成的导线(下文称之为ACSR)和通过将包着铝合金线的ECAl线扭绞制成的铝导线作为输电导线是已知的。
在钢塔之间拉伸的这种铝导线上加有高的拉力。输电的能量损失可因导线的导电率的提高而下降。因此，在常规的导线方面必须将强度和导电性在固定水平之上提高。但是，不可能将形成铝导线的ECAl的强度和导电性在现有水平之上改进。因此，为提高铝导线的强度和导电性，必须提高铝合金线的强度和导电性。
当由事故，如短路，使高电流流到铝导线时，铝导线就产生大量的热。因此，在事故等的情况下，铝导线的温度可能超过100℃，所以，冷却到室温后，铝导线必需具有与温度升高前同样的强度，即有耐热性。但是不能将形成铝导线的ECAl的耐热性改善到现有水平之上。为将铝导线投入实际应用，因此铝合金线必需有高的耐热性。
如上所述，用于铝导线的铝合金必须具有高强度、高耐热性和高的导电率。
另一方面，铝导线通常拉伸在钢塔之间。铝导线在钢塔之间的这种拉伸导致垂度。
现有叙述垂度。图4是显示其间拉伸着铝导线103、104和105的钢塔101a和101b的典型图。参见图4，钢塔101a包括支撑件107a、108a、和109a，而钢塔101b包括支撑件107b、108b和109b。铝导线103、104及105拉伸在钢塔101a和101b之间。导线103通过支撑件107a和107b分别固定在钢塔101a和101b上。这些适用于导线104和105。
在支撑件109a和109b相互连接的直线和以上述方式拉伸的铝导线的最下垂部分之间的距离(图中的H)被称为垂度。
即使增加钢塔之间的距离，也必需不增加这种垂度。因此，必须提高加在各导线上的拉力。为提高此拉力，则必须提高各导线中的铝线的强度。
此外，如上所述由于流过高电流而使铝导线温度升高并此后又冷却到室温时，还必须提高这种强度。
就是说，在钢塔间的距离增加时，为提高耐热性必须改进该铝合金线的强度。
KTAl称为这种高强度耐热铝合金，而XTAl和ZTAl称为耐热铝合金。表1示出了这些铝合金的特性。
                                表1
材料  抗拉强度(kgf/mm2)   200℃的抗拉强度(kgf/mm2)  导电率(％IACS)
保持1小时后 保持1000小时后
 XTAl     17.8     17.5     17.5     58
 ZTAl     17.8     17.5     17.5     60
 KTAl     26.5     18.0     18.0     55
参见表1，“保持1小时后”一栏示出了在200℃的温度下保持1小时，然后冷到室温的试样的抗拉强度值。另一方面，“保持1000小时”后一栏示出了在200℃的温度下保持1000小时，而后冷到室温的试样的抗拉强度值。
再看表1，导电率以“％IACS”表示。“X％IACS”指的是100/(58×X)Ωmm2/m的电阻率。这也适用于下面参照实施例所述的表2，4，5和7。
从表1可知，尤其是KTAl可被认为是具有高强度和优良耐热性的铝合金。KTAl是一种含0.25-0.7％(重量)的Zr，0.10-0.4％(重量)的Si、0.10-1.0％(重量)的Fe和0.10-0.40％(重量)的Cu、其余为Al及杂质的合金，例如日本专利公开63-293146(1988)中所述。
当将这种具有高强度和高耐热性的KTAl用于导线时，就有可能减少导线的垂度并增加钢塔之间的距离。
但是，近年来，希望进一步增加跨越海峡等的钢塔之间的距离。因此，必须进一步提高拉伸导线的拉力，甚至KTAl的强度可能不足。在此情况下，就需要一种强度比KTAl高的铝合金。
JIS标号5083H112，6061T6和7075T6的铝合金是已知具有强度高于KTAl的合金。但是，这些铝合金的导电率仅分别为29，43，和33％IACS的低值，因而不适于要求导电率至少为50％IACS的导电合金。
本发明的目的是提供有高强度、高耐热性和高导电率的铝合金、导线和架空线。
本发明的高强度耐热铝合金的抗拉强度至少为28kgf/mm2，导电率至少为50％IACS，经180℃加热400小时后的剩余拉伸强度为初始水平的至少90％。
由于28kgf/mm2的抗拉强度，所以由这种高强度耐热铝线构成的导线可以比现有技术高的拉力拉伸。因此，可减小导线的垂度，而且可增加支撑导线的钢塔之间的距离。
在180℃的温度下加热400小时后，抗拉强度至少仍保留在初始水平的90％的水平上。在180℃的温度下加热400小时的过程相当于在150℃的温度下加热36年的过程。因此，当将本发明的高强度耐热铝合金用于导线时，它可以承受长时期的加热过程，从而能长时间使用。
另一方面，至少50％IACS的导电率则表明电阻率不大于1/29Ω×mm2/m。因此，可降低输电时因发热而造成的能量损失。
本发明的高强度耐热铝合金具有至少28kgf/mm2的抗拉强度，至少200w/m×k的导热率。而且其抗拉强度在180℃温度加热400小时后仍保留原水平的90％的水平。与导电率成比例的，至少为200w/m×k的导热率相当于至少50％IACS的导电率。
这种高强度耐热铝合金可用于要求高强度、高耐热性和高导热性的部件，如发动机座、发动机盖或用作运输设备等的部件的散热片。
当将本发明高强度耐热铝合金用于运输设备的部件时，与常规的由铁合金构成的该部件的情况相比，该运输设备的重量可明显下降。
本发明高强度耐热铝合金含0.28-0.80％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn和0.10-0.40％(重量)的Cu。
本发明高强度耐热铝合金最好含0.16-0.30％(重量)的Si。
本发明高强度耐热铝合金最好还含0.10-0.3％(重量)的选自由V、Co、Cr和Mo所组成物组中的至少一种取代Mn的元素。
此外，本发明高强度耐热铝合金最好含0.10-0.30％(重量)的选自由V、Co、Cr和Mo组成的物组中的至少一种元素。
现叙述这些元素的作用。
首先叙述Zr。可以想象的是Zr形成一定尺寸范围的Al3Zr的析出物或结晶物质，以使在其分散于铝合金中时，改善耐热性，析出物中还包括那些由热处理从起核心作用的结晶物质生长的物质。若Zr含量小于0.28％(重量)，则不能保证足量的Al3Zr析出物或结晶物质，由此不能改善耐热性。另一方面，若Zr含量超过0.8％(重量)，则在按普通铸造速度的冷却过程中Al3Zr结晶成大晶粒，因而不在铝合金中分散。因此，铝合金的耐热性下降。若Zr含量超过0.8％(重量)，则需要以粉末冶金技术，如雾化法来分散该Al3Zr的结晶物质。但是，当采用这种技术时，增加制造成本是可以预料的。因此，Zr含量最好在0.28-0.8％(重量)的范围内。
若Zr含量在不大于0.50％(重量)，则含Zr的铝合金的液相线温度不超过810℃。通用的铝合金铸造设备被设计为能承受直到850℃的温度。因此，若Zr含量不大于0.5％(重量)，则本发明铝合金就可用通用的铝合金铸造设备制备。因此，Zr含量最好在0.28-0.50％(重量)的范围内。
现在叙述Cu。为提高铝合金的室温抗拉强度，则向其中加Cu。但是，若Cu含量小于0.1％(重量)，则提高铝合金的室温抗拉强度的作用就小。另一方面，若Cu含量超过0.4％(重量)，尽管提高室温抗拉强度，但耐腐蚀性和耐热性下降。因此，Cu含量最好在0.10-0.40％(重量)的范围内。
现在叙述Mn。Mn类似于Cu提高铝合金的室温抗拉强度。并大大地有助于耐热性的改善。如上所述，Cu提高铝合金的室温抗拉强度。但是，若提高Cu含量，则使铝合金的耐热性下降。为了对此作出补偿，可提高Zr含量。但是，若提高Zr含量，则出于上述原因又要求用粉末冶金技术，如雾化法。因此，制造成本上升，而且该铝合金难以制备。当向此铝合金中加Mn时，则不增加Zr含量就可改善该耐热性。
但是，若Mn含量小0.1％(重量)，则改进耐热性的作用小。另一方面，若Mn含量超过0.8％(重量)，则导电率可能小于50％IACS。因此最好Mn含量在0.10-0.80％(重量)的范围内。
Cr、V、Co和Mo产生类似于Mn的效果。但是，将这些元素加到铝合金中时，导电率明显下降，因此这些元素含量总和最好在0.1-0.3％(重量)的范围内。
现在叙述Si。Si形成Al3Zr析出的核，若铝合金含分散态的Si，则在对该合金热处理时，由于Si的核心使Al3Zr析出物分散地产生。因此Al3Zr析出物广泛地分散在该铝合金中，由此改善了铝合金的耐热性。
但是，若Si含量小于0.16％(重量)，则不能认为这种含量有充分的上述作用。另一方面，若Si含量超过0.3％(重量)，则铝合金的导电率可能小于50％IACS。因此Si含量最好在0.16-0.30％(重量)的范围内。
若热加工比高于冷加工比，则Al3Zr析出物的量也增加。若含大量的Si，则由于上述作用会改善铝合金的耐热性。因此，若热加工比高，则最好在0.16-0.30％(重量)的范围内增加Si含量。
本发明铝合金可用于绞合线结构的导线。该导线还可用于架空线。由于高强度和高耐热性，有这种结构的导线或架空线可用高的拉力拉伸，由此可降低垂度。
在制备本发明的高强度耐热铝合金的方法中，通过将含0.28-0.8％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn和0.10-0.40％(重量)的Cu及余量的Al的原料，在至少{750＋227×(Z-0.28)}℃的温度下铸造，此后以至少0.1℃/秒的冷却速度将合金冷却而形成铸铝，其中Z表示重量百分比的Zr含量。然后将铸铝热加工，由此形成初级的铝合金。然后将初级铝合金进行热处理，由此形成二次铝合金。然后再冷加工此二次铝合金。可省去此冷加工步骤。可供选择的是，冷加工可在热处理初级铝线之前进行。
原料最好还含0.16-0.30％(重量)的Si。
原料最好还含0.10-0.30％(重量)的，用于取代Mn的，选自由V、Cr、Mo和Co组成的物组中的至少一种元素。
此外，原料最好含0.10-0.3％(重量)的，选自V、Cr、Mo、Co组成的物组中的至少一种元素。
热处理最好在至少320℃而不大于390℃的温度环境中进行30-300小时。
按上述方法制备的铝合金含0.28-0.80％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn和0.10-0.40％的Cu。该铝合金还含0.16-0.30％(重量)的Si。此外，该铝合金含0.1-0.3％(重量)的，以取代Mn或除Mn之外的，选自由V、Co、Cr和Mo组成的物组中的至少一种元素。这样，可提供有高强度、高导电性及优良耐热性的铝合金。
铸造温度至少为{750＋227×(Z－0.28)}℃，其中Z表示重量百分比的Zr含量。该式极接近显示Zr的液相线的温度。所以，若铸造在低于由此式表达的温度开始，则Al3Zr在铸造之前就结晶，以使减少熔融金属中的Zr量，因此使铝合金的耐热性变差。
铸造后的冷却速度为至少0.1℃/秒。这样就可能抑制结晶物质(Al3Zr)的显著生长，由此改善该铝合金的耐热性。
最好在至少320℃而不大于390℃的温度环境中进行30—300小时的热处理。
在此温度和时间范围中，Al3Zr的能够最有效地达到耐热性的尺寸析出，这包括从作为核心的结晶物质析出的情况。这样就可改善该铝合金的耐热性。
结合附图从下面对本发明的详细陈述中可以使本发明的上述的和其它的目的、特点、目标和优点更为明显了。
图1A和1B是显示采用本发明高强度耐热铝合金的导线的典型剖面图。
图2是其上装有由本发明铝合金构成的架空地线和架空输电线的典型钢塔图。
图3是由本发明铝合金构成的架空滑接线的典型图；和
图4是显示拉伸于钢塔之间的常规电线的典型图。
现陈述本发明高强度耐热铝合金的实施例。
参见图1A，导线1包含ECA1线2和铝合金线3a和3b。该铝合金线3a和3b由本发明的高强度耐热铝合金构成。导线1具有通过将铝合金线3b和ECA1线2顺次围着铝合金线3a绞扭获得的同轴绞合线结构。
参见图1B，导线4包含铝合金线5a、5b和5c。该铝合金线5a、5b和5c由本发明高强度耐热铝合金构成。导线4具有通过将铝合金5b和5c顺次围着铝合金线5a绞扭获得的同轴绞合线结构。
具有上述结构的导线1或4包括由本发明具有至少28kgf/mm2抗拉强度的高强度耐热铝合金构成的线。因此，导线1或4与常规采用具有26.5kgf/mm2的抗拉强度的KTA1的导线相比，具有更高的抗拉强度。
参见图2，在钢塔12上装有架空地线11。因此该架空地线11与钢塔12彼此间是电连接的。架空输电线13通过绝缘子装在钢塔12上。钢塔12和架空输电线13通过绝缘子而相互电绝缘。架空地线11和架空输电线13由图1A或1B所示的采用本发明铝合金的导线构成。
因此，由采用本发明的铝合金的导线制备的架空地线和架空输电线可以很高的拉力拉伸，以便减少垂度。因此可使钢塔之间的距离比现有技术有所增加。此外，采用本发明铝合金的绞扭的或单芯的线(未示出)也可用于架空输电线。
参见图3，在轨道23上设有一电车24。设有架空滑接线21，以便与电车24的导电弓25接触。架空滑接线21和轨道23与直流或交流电源22电连接。本发明铝合金可用于架空滑接线21。
实施例1
制备具有表2所示成分的铝合金的原料。以表2中所示温度铸造此原料，再以表2所示冷却速度进行冷却，由此，获得直径200mm，长300mm的锭。在450℃的温度下将此锭加热0.5小时。
就试样1—5而言，将这些锭通过挤压加工成直径30mm的圆棒。将这些圆棒于表2所示条件下热处理，再冷拔成直径12mm的圆棒。
对于试样6和7，则通过挤压将锭加工成外径15mm内径12mm的管。将这些管在表2所示条件下热处理，此后冷拔成外径8mm，内径6mm的管。按这种方式制备本发明的试样1—7。
作为常规试样，制备含0.33％(重量)的Zr、0.2％重量的Cu、0.3％(重量)的Si和0.2％(重量)的Fe和余量为Al的JIS标号3004—0和JIS标号5056—0及KTAl的铝合金。将该铝合金加工成外径8mm，内径6mm的管，由此制备试样8—10。
就试样1—10而言，探讨了室温抗拉强度值，经180℃，400小时加热后的抗拉强度值及导电率值。表2也示出了该结果。
表2
试样        成分(重量％)  铸造温度(℃) 冷却速度(℃/秒) 热处理条件(℃×小时)   室温抗拉强度(kgf/mm2) 加热后抗拉强度(kgf/mm2)   残留强度(％)  导电率(％IACS)
Zr Mn Cu Si
本发明试样  1  0.32  0.21  0.18  0.21  760     0.5-3  390×300     29.6     28.1    95.1     54.9
 2  0.36  0.23  0.21  0.18  770     0.5-3  370×300     30.1     28.1    93.2     54.7
 3  0.40  0.16  0.25  0.19  780     0.4-3  360×100     30.6     28.2    92.0     55.0
 4  0.45  0.59  0.30  0.25  790     0.2-1  330×30     32.8     30.1    91.8     51.3
 5  0.45  0.56  0.22  0.25  790     0.2-2  340×30     31.3     29.3    93.5     51.7
 6  0.37  0.24  0.20  0.19  775     0.3-3  350×70     30.3     28.1    92.6     54.7
 7  0.42  0.55  0.33  0.21  780     0.2-2  340×70     32.8     29.9    91.1     52.0
常规试样  8     JIS3004-0  -     -  -     18.0     18.0    100.0     42.3
 9     JIS5056-0  -     -  -     29.5     29.4     99.7     29.2
 10     KTA1  -     -  -     26.6     24.5     92.0     56.1
参见表2，“热处理条件”粒中的“390×300”指的是在390℃的温度下热处理300小时。“加热后的抗拉强度”栏表示在于180℃的温度下加热400小时后试样抗拉强度值。各“残余强度”的值按下式计算：式1“残余强度”－“加热后的抗拉强度”/“室温抗拉强度”×100。
与常规试样8相比，本发明试样1—7显示出较高的抗拉强度及加热后的抗拉强度。而且与常规试样9相比，本发明各试样还显示出较高的导电率值。此外，与常规试样10相比，本发明各试样还显示出较高的室温抗拉强度值和加热后的抗拉强度值。
然后将试样6—10的外径8mm，内径6mm的管浸于温度保持在200℃的油中。该管浸入油中的部分的长度为1m。此后，将温度25℃的水，以1.51m/分的流速从管的第一端供到其内部。测量从管的第2端流出的水温(冷却水温度)。在将试样6—10的管在保持于200℃的温度下的油中浸1000小时后，对管作拉伸试验。表3示出了结果。
                          表3
试样 冷却水温度(℃) 1000小时后的抗拉强度(kgf/mm2) 残留强度(％)
本发明试样     6     53.5     26.8     86.8
    7     52.9     27.1     82.6
常规试样     8     50.9     18.0     100.0
    9     48.3     29.3     99.3
    10     55.0     19.9     74.8
参见表3，“1000小时后的抗拉强度”栏示出了将试样6—10的管在保持在200℃温度的油中浸1000小时后的抗拉强度值。再按下式计算出表3中的“残留强度”值。式2“残留强度”＝“1000小时后的抗拉强度”(表3)/“室温抗拉强度”(表2)×100。
由表3中的“冷却水温度”栏可知，试样10、6、7、8和9顺次呈现出高导热率值。除试样10外的各试样都具有80％以上的残余强度。因此，可以理解本发明的试样6和7对于要求高导热率、高强度和高耐热性的部件是最优越的。
实施例2
制备含Zr、Mn、Cu、Si、Cr、V、Co和Mo的，其含量(％重量)于表4和表5所示的铝合金原料。以表4和表5所示的温度将此原料于直径30mm，长度300mm的模中铸造，并以0.5—0.9℃/秒的冷却速度冷却，由此形成锭。
在410℃的温度下将此锭加热0.3小时，而后将其热锻成直径12mm的线。
将这些线冷拔至4.1mm的直径，并在表4和表5所示的条件下进行热处理。将这些线再冷拔至直径0.8mm，为了试验室温抗拉强度值、于180℃的温度下加热400小时后的抗拉强度值及导电率值。
另一方面，将盐水连续1000小时喷在此重量的未加热的线上，然后将该线从盐水中取出，以便测量被腐蚀线的重量。结果也示于表4和表5中。
表4
    试样                       成分(重量％) 铸造温度(℃) 热处理条件(℃×小时)     室温抗拉强度(kgf/mm2)     加热后的抗拉强度(kgf/mm2)     残留强度(％)    导电率(％LACS)     耐腐蚀性
   Zr   Mn   Cu   Si     其它
本发明试样  11  0.49  0.79  0.40  0.28      —     800     320×30     35.1     32.4     92.2     50.2     ○
 12  0.48  0.80  0.38  0.18      —     800     320×100     34.5     31.8     92.1     50.8     ○
 13  0.49  0.77  0.10  0.29      —     800     350×30     30.4     28.6     94.0     51.1     ○
 14  0.49  0.13  0.40  0.27      —     800     320×30     32.5     30.2     92.8     53.5     ○
 15  0.29  0.79  0.39  0.27      —     760     350×100     34.7     31.5     90.8     51.2     ○
 16  0.28  0.11  0.39  0.29      —     760     340×100     31.9     28.8     90.2     53.9     ○
 17  0.28  0.79  0.11  0.28      —     760     370×70     28.9     26.9     93.0     51.3     ◎
 18  0.47  0.10  0.11  0.30      —     795     390×100     28.3     26.6     94.0     54.8     ◎
 19  0.29  0.80  0.39  0.18      —     760     360×70     33.6     30.5     90.9     51.5     ○
 20  0.50  0.17  0.38  0.17      —     800     320×70     32.6     29.7     91.1     54.6     ○
 21  0.48  0.76  0.13  0.16      —     800     370×100     29.1     27.1     93.2     51.3     ○
 22  0.48  0.14  0.12  0.16      —     800     330×100     28.4     26.2     92.1     56.1     ◎
 23  0.30  0.74  0.11  0.17      —     760     390×300     28.5     26.8     94.2     52.5     ◎
 24  0.28  0.13  0.38  0.17      —     760     330×100     31.4     28.4     90.3     55.4     ○
 25  0.28  0.11  0.11  0.30      —     760     350×100     28.4     27.1     95.4     55.1     ◎
 26  0.28  0.11  0.12  0.18      —     760     340×70     28.4     27.1     95.3     56.5     ◎
 27  0.40  0.38  0.30  0.19      —     780     370×70     31.8     28.9     90.9     53.2     ○
 28  0.40  0.38  0.30  0.29      —     780     370×30     32.1     29.3     91.3     52.9     ○
 29  0.40  —  0.30  0.22      Cr0.27     780     360×70     30.7     28.1     91.4     50.2     ○
 30  0.39  —  0.29  0.21      V0.28     780     360×70     29.2     26.5     90.8     51.2     ○
 31  0.38  —  0.28  0.23      Co0.29     780     350×70     30.7     28.0     91.2     50.9     ○
 32  0.42  —  0.28  0.19      Mo0.19     780     360×70     29.0     26.4     90.9     50.3     ○
 33  0.40  0.12  0.19  0.22      Cr0.12 Co0.11     780     370×70     30.9     28.2     91.4     50.3     ○
                                                                                               表5
试样                      成分(重量％)  铸造温度(℃)   热处理条件(℃×小时)    室温抗拉强度(kgf/mm2)   加热后的抗拉强度(kgf/mm2)   残留强度(％)   导电率(％IACS)   耐腐蚀性
 Zr  Mn  Cu  Si   其它
对比试样 34  0.22  0.07  0.10  0.20   —     740     310×700     24.9     23.4     94.2     57.3     ◎
35  0.50  0.05  0.09  0.21   —     800     410×300     26.O     24.5     94.4     56.4     ◎
36  0.28  0.59  0.11  0.16   —     760     410×100     26.5     25.3     95.5     52.2     ◎
37  0.55  0.60  0.05  0.18   —     820     420×100     27.2     26.1     96.1     53.3     ◎
38  0.28  0.05  0.45  0.1l   —     760     320×lO     33.2     28.5     86.0     56.4     ×
39  0.52  0.05  0.44  0.25   —     820     340×10     32.1     28.0     87.3     56.1     ×
40  0.25  0.85  0.42  0.12   —     750     400×70     33.2     30.1     90.8     48.8     ×
41  0.52  0.86  0.43  0.27   —     820     340×70     33.5     30.8     92.1     48.9     ×
42  0.83  0.34  0.18  0.20   —     870     390×100     32.2     29.9     93.0     49.7     ×
43  0.37  0.82  0.30  0.26   —     775     410×100     32.O     29.5     92.3     49.1     ○
44  0.34  0.52  0.47  0.12   —     765     410×300     33.8     29.4     87.0     53.2     ○
45  0.39  0.42  0.30  0.35   —     776     370×10     31.2     28.5     91.5     49.8     ○
46  0.40  —  0.31  0.25  Cr0.33     780     37O×7O     31.2     28.7     91.9     48.2     ○
47  0.39  —  0.31  0.26  Cr0.07     777     37O×lOO     30.2     26.2     86.7     51.3     ○
48  0.41  —  0.31  0.24  V0.35     780     360×100     29.9     27.1     90.6     49.2     ○
49  0.38  —  0.31  0.26  V0.06     775     360×100     29.3     25.5     87.0     52.0     ○
50  0.40  —  0.30  0.25  Co0.34     780     37O×70     31.2     28.5     91.4     48.6     ○
51  0.39  —  0.30  0.24  Co0.08     775     37O×7O     30.5     26.6     87.2     52.1     ○
52  0.42  —  0.31  0.25  Mo0.33     785     370×70     31.5     28.7     91.0     48.7     ○
53  0.41  —  0.31  0.25  Mo0.06     780     370×70     30.1     26.5     88.O     52.3     ○
54     —     —     25.5     24.4     91.9     56.2  Refrence
参见表4和5，试样11—33的成分，铸造温度和热处理条件均在本发明的范围内，而试样34—53的成分、铸造温度或热处理条件中则在本发明范围之外。试样54的材料与试样10(KTAl)的材料相同。各“残余强度”值均由式1计算。在“耐腐蚀性”一栏中，将试样54(KTAl)腐蚀后的重量看作参考值，从而将腐蚀后的重量在该参考值的95—105％的范围内试样定为0，那些超过该参考值的105％的，具有优良耐腐蚀性的试样被定为◎，而那些小于该参考值的95％的，耐腐蚀性差的试样定为X。
如表4和表5所示，本发明高强度耐热铝合金的试样11—33呈现出比KTAl(试样54)高的室温抗拉强度值和加热后的抗拉强度值。另一方面，对比试样34—53则由于上述原料显出较小的室温抗拉强度值、加热后的抗拉强度值和/或导电率，并包括较差的耐腐蚀性。
实施例3
制备成分与表4所示的试样11—33相同的原料。以不同的温度于模内铸造这些原料。当铸造温度小于{750＋227×(Z－0.28)}℃时，含于金属液中的Zr在坩埚保持恒温时作为Al3Zr结晶出来。Z代表重量百分比的Zr。为避免这种结晶，需将铸造温度升到以上式表达的温度之上。
在表6所示的温度铸造此原料后，以0.05—2.0℃/秒的不同冷却速度形成直径30mm长度200mm的锭。对锭进行与实施例2相似的加工，由此得到直径4.1mm的线。
在与试样11、12……相同的条件下对试样55，56…的线进行热处理，为了此后测试室温抗拉强度值、于180℃的温度下加热400小时后的抗拉强度值和导电率值。这些结果也示于表6中。
                                                                      表6
试样                         成分(重量％) 铸造温度(℃)               冷却速度(℃/秒)
 Zr  Mn  Cu  Si  其它  0.05-0.1  0.1-0.5  0.5-1.0  1.0-2.0
 55  0.49  0.79  0.40  0.28  —     800     ○     ○     ○     ○
 56  0.48  0.80  0.38  0.18  —     796     ●     ○     ○     ○
 57  0.49  0.77  0.10  0.29  —     800     ●     ○     ○     ○
 58  0.49  0.13  0.40  0.27  —     800     ×     ○     ○     ○
 59  0.29  0.79  0.39  0.27  —     755     ×     ○     ○     ○
 60  0.28  0.11  0.39  0.29  —     750     ×     ○     ○     ○
 61  0.28  0.79  0.11  0.28  —     750     ×     ○     ○     ○
 62  0.47  0.10  0.11  0.30  —     795     ●     ○     ○     ○
 63  0.29  0.80  0.39  0.18  —     755     ●     ●     ○     ○
 64  0.50  0.17  0.38  0.17  —     800     ×     ○     ○     ○
 65  0.48  0.76  0.13  0.16  —     797     ●     ○     ○     ○
 66  0.48  0.14  0.12  0.16  —     797     ●     ○     ○     ○
 67  0.30  0.74  0.11  0.17  —     758     ●     ●     ○     ○
 68  0.28  0.13  0.38  0.17  —     751     ×     ●     ○     ○
 69  0.28  0.11  0.11  0.30  —     751     ×     ●     ○     ○
 70  0.28  0.11  0.12  0.18  —     750     ×     ●     ○     ○
 71  0.40  0.38  0.30  0.19  —     780     ×     ●     ○     ○
 72  0.40  0.38  0.30  0.29  —     780     ×     ●     ○     ○
 73  0.40  —  0.30  0.22  Cr0.27     780     ×     ●     ○     ○
 74  0.39  —  0.29  0.21  V0.28     780     ×     ○     ○     ○
 75  0.38  —  0.28  0.23  Co0.29     780     ×     ●     ○     ○
 76  0.42  —  0.28  0.19  Mo0.19     780     ×     ●     ○     ○
 77  0.40  0.12  0.19  0.22  Cr0.12 Co6.11     780     ×     ●     ○     ○
参见表6，标记○表示室温抗拉强度值比具有表4所示的相同成分的试样的该强度值高的试样，而且其至少有90％的残余强度值。标记●表示有至少28kgf/mm2并不大于○的室温抗拉强度值，而且有至少90％的残余强度值的试样。标记×表示室温抗拉强度值小于28kgf/mm2或残余强度值不大于90％的试样。
从表6可知，如果冷却速度为至少0.1℃/秒，则室温抗拉强度值和残余强度值分别超过28kgf/mm2和90％。虽然导电率值未示于表6中，但所有的样试都显示出至少50％IACS的导电率。
实施例4
用如下的Properzi连铸/轧方法制造本发明的铝合金：
首先制造含0.40％(重量)的Zr、0.46(重量)的Mn、0.30％(重量)的Cu和0.25％(重量)的Si的铝合金原料。为形成金属液，于780℃的温度下将此原料在模中铸造。使金属液冷却而形成锭。该锭的截面积为3500mm2。将这种锭制成试样，以使测量枝晶杆间距，由此推测冷却速度。冷却速度在0.9—32℃/秒的范围内。
将此锭热轧，以便形成直径4.0mm的丝。将该丝径300℃，80小时的热处理。此后将该丝冷拔到直径4.0mm。
以上述方式制成的丝的成分与该原料的成分相同。该丝的室温抗拉强度为32.1kgf/mm2，而其导电率为51％IACS。于180℃加热400小时后，该丝的抗拉强度为29.9kgf/mm2及93％的残余强度。
因此，可认为该Properzi连铸/轧方法是制造本发明高强度耐热铝合金的有效方法。
实施例5
将于实施例4中制成的19条直径4.0mm的丝扭绞起来以制成扭绞线。另一方面，将由KTAl构成的19条线扭绞以制成扭绞线。就这些扭绞线，比较它们彼此间的导电率值、抗拉强度值和同样垂度时的钢塔间的距离。表7示出了这些结果。
        表7
绞扭线结构 绞扭线外径(mm)    重量(kg/km)  绞扭线导电率(％IACS)   绞扭线拉力(kgf)    钢塔间距(m)
本发明试样 19/4.0mm  20.0     654.5     51     6890     800
常规试样(KT-Al) 19/4.0mm  20.0     654.5     55     5220     700
参见表7，测出“钢塔间距”的各个值，测量状态为：设定拉伸于钢塔间的绞扭线上的最大拉应力为绞扭线抗拉强度的1/3.5(安全系数：3.5)，以使垂度为29m。
如表7所示，采用本发明铝合金的绞扭线在重量上与采用KTAl合金的绞扭线相等，而在抗拉强度方面则较其为高。
当采用KTAl合金的绞扭线时，钢塔间距为700m，而采用本发明合金的绞扭线时，钢塔间距为800m，原因在于该绞扭线的抗拉强度高。
因此，采用本发明铝丝的绞扭线可适于以较常规绞扭线更长的间距拉伸在钢塔间的架空线。
实施例6
将直径10mm的，用实施例4中的Properzi连铸/轧方法制成的线(经热处理)拔成模制线。通过将围着作为中心部分的该模制线的ECAl模制线绞扭制成图1A或1B所示的输电线。表8示出了这种输电线和ACSR(通过将围线着钢丝的ECAl线绞扭制成的导线)的性能。
表8
绞扭线结构(mm2) 绞扭线外径(mm)   重量(kg/km) 绞扭线导电率(％IACS) 绞扭线拉力(kgf) 垂度(m)
本发明试样 EC-Al截面积：500本发明截面积：370 35.3 2390 56.17 18790 21.1
常规试样(ACSR) EC-Al截面积：814.5钢截面积：56.29 38.4 2700 56.12 18480 22.3
参见表8，“EC-Al截面积”指的是导线中的ECAl线的截面积。“本发明的截面积”指的是导线中采用了本发明铝合金的线的截面积。钢截面积指的是ACSR中的钢丝的截面积。再参见表8，“垂度”栏示出了在400mm的钢塔间距的塔间拉伸该线而设定最大拉力为5tf的情况下的垂度。本发明试样在导电率和抗拉强度方面与ACSR试样相等。另一方面，本发明的试样在重量上比ACSR试样小。因此本发明试样在垂度上比ACSR试样小1.2m。
因此，当减少重量而不降低绞粗线的抗拉强度时，由于拉力小于常规线的拉力，所以垂度降低。因此，该导线可以长间距在钢塔间拉伸。此外，若该导线的重量减少，则支撑其钢塔的强度也可降低，由此可降低钢塔的成本。
虽然对本发明作了详细的描述和说明，但很易理解的是，上述的陈述仅用于说明和举例，而不以其为限制。本发明的精神和范围仅限于所附各款权利要求。

Claims (13)

1.一种抗拉强度至少为28kgf/mm2和导电率至少为50％IACS的高强度耐热铝合金，所述的抗拉强度在180℃的温度下加热400小时后保持初始水平的至少90％；所述铝合金含0.28-0.80％(重量)的Zr，0.10-0.80％(重量)的Mn及0.10-0.40％(重量)的Cu，其剩余部分包括铝和不可避免的杂质。
2.一种抗拉强度至少为28kgf/mm2和导热率至少200w/m×K的高强度耐热铝合金，所述的抗拉强度在180℃温度下加热400小时后保持初始水平的至少90％；所述铝合金含0.28-0.80％(重量)的Zr，0.10-0.80％(重量)的Mn及0.10-0.40％(重量)的Cu，其剩余部分包括铝和不可避免的杂质。
3.一种含0.28-0.80％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn和0.10-0.40％(重量)的Cu、剩余部分包括铝和不可避免的杂质的高强度耐热铝合金。
4.权利要求3的高强度耐热铝合金，它还含0.16-0.30％(重量)的Si。
5.权利要求3的高强度耐热铝合金，它含0.10-0.30％(重量)的，取代所述Mn的，选自由V、Co、Cr和Mo构成的物组中的至少一种元素。
6.权利要求3的高强度耐热铝合金，它还含0.10-0.30％(重量)的，选自由V、Co、Cr和Mo所组成的物组中的至少一种元素。
7.一种包括由高强度耐热铝合金构成的线的绞扭线的导线(1；4)，所述铝合金含有0.28-0.80％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn和0.10-0.40％(重量)的Cu。
8.一种包括由高强度耐热铝合金构成的线的铰扭线的架空线(11，13，21)，所述铝合金含0.28-0.80％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn及0.10-0.40％(重量)的Cu。
9.一种制备高强度耐热铝合金的方法，包括步骤为：
在至少为{750＋227×(Z－0.28)}℃的温度下铸造含0.28-0.80％(重量)的Zr、0.10-0.80％(重量)的Mn、0.10-0.40％(重量)的Cu和余为Al的原料，其中的Z表示Zr的重量百分含量，然后以至少0.1℃/秒的冷却速度将其冷却，由此形成铸造铝；
将所述铸造铝热加工，由此形成初级铝合金；
热处理所述的初级铝合金，由此形成二次铝合金；和
将所述二次铝合金冷加工。
10.权利要求9的制造高强度耐热铝合金的方法，其中所述的原料还含0.16-0.30％(重量)的Si。
11.权利要求9的制造高强度耐热铝合金的方法，其中所述的原料含0.10-0.30％(重量)的，替代所述Mn的至少一种选自由V、Cr、Mo和Co组成的物组中的元素。
12.权利要求9的制造高强度耐热铝合金的方法，其中所述的原料还含0.10-0.30％(重量)的至少一种选自由V、Cr、Mo和Co构成的物组中的元素。
13.权利要求9的制造高强度耐热铝合金的方法，其中所述的热处理在至少320℃并不超过390℃的温度环境下进行30-300小时。
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