CN109022950A - 一种电缆支架用高强度铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆支架用高强度铝合金及其制备方法,属于铝合金加工领域。一种电缆支架用高强度铝合金,所述铝合金化学成分按质量百分比为:Si1.1~2.7wt.%,Mg1.5~2.2wt.%,Cu1.0~2.0wt.%,Mn0.1~0.5wt.%,Cr0.1~0.3wt.%,Zr0.05~0.2wt.%,V0.05~0.15wt.%,Ti0.01~0.03wt.%,Fe<0.2wt.%,不可避免的杂质元素,余量为Al。本发明所述合金在淬火时效状态下,其抗拉强度400MPa~460MPa,屈服强度300~380MPa,断后延伸率11~15%,具有优异的综合性能,适合于生产高强度且形状复杂的电缆支架。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆支架用高强度铝合金及其制备方法,属于铝合金加工领域。
背景技术
随着城市电网改造、工业高速发展和居民生活水平提高,大量采用地下电力电缆线路取代架空输电线路输变电方式已成为今后国内外城市电网发展的主要趋势。随着人们对电力系统供电质量要求的日益严格,供用电系统对电缆的需求迅猛增长,大长度大截面电力电缆在隧道的应用也日益普及。支架作为整个电力系统的支撑结构也成为一项关注的重点。而如何在安全性、适用性和耐久性满足要求的情况,选择性价比更高的支架型式,成为了行业内亟待解决的问题。
目前,地下电力电缆线路项目中常见的支架材料为钢材。钢材支架具有价格便宜、应用广泛、供货稳定、受力性能好等优点,但重量较大、安装不便、耐腐蚀性不高、阻燃低且有涡流损耗,随着电缆线路运行时间的增加,电缆沟支架逐渐出现腐蚀、老化现象,将无法满足承重需要,且锈蚀、破损电缆支架的锐利断口也很可能损坏电缆。
铝合金具有重量轻、耐腐蚀、涡流损耗小、结构简单、安装方便快捷等优点,是钢材支架的理想替代材料,唯一不足的问题是在同等条件下强度低于钢结构,制约了铝合金电缆支架的发展。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提出一种电缆支架用高强度铝合金,本发明所述铝合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率等特性以及生产成本均能满足电缆支架用铝合金的要求。
一种电缆支架用高强度铝合金,所述铝合金化学成分按质量百分比为:
不可避免的杂质元素,每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al。
本发明电缆支架用高强度铝合金的抗拉强度400MPa~460MPa,屈服强度300~380MPa,断后延伸率11~15%。
本发明的另一目的是提供上述电缆支架用高强度铝合金的制备方法。
一种电缆支架用高强度铝合金的制备方法,包括下述工艺步骤:
(1)原料配制:以纯金属铝、纯金属镁、纯金属铜、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-V中间合金、Al-Ti中间合金作为原料,进行备料;
(2)合金熔炼及铸造:在反射式熔铝炉中进行熔炼,将纯金属铝、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-V中间合金、Al-Ti中间合金加入炉中熔化,熔化后加入纯金属铜,升温至740-750℃,加入纯金属镁,待原料熔化并搅拌均匀后升温至750-760℃,然后使用精炼剂处理5-10min,处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置10-20min,静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣,然后进行铸造,铸造使用半连续立式浇铸法进行,铸造温度为710℃-740℃;
所述的Al-Si中间合金的含量为Si:18-25wt%,余量为Al;Al-Mn中间合金的含量为Mn:9-11wt%,余量为Al;Al-Cr中间合金含量为Cr:3-5wt%,余量为Al;Al-Zr中间合金的含量为Zr:3-5wt%,余量为Al;Al-V中间合金的含量为V:3-5wt%,余量为Al;Al-Ti中间合金的含量为Ti:3-5wt%,余量为Al;
(3)均匀化处理;
(4)挤压处理;
(5)时效处理。
优选地,所述步骤(3)所述均匀化处理:将步骤(2)所得铸锭放入退火炉中,均匀化处理具体工艺为:510~560℃下进行12~27h,然后将铸锭取出强风冷至室温。
优选地,所述步骤(4)所述挤压处理:采用正向挤压,铸棒加热温度460-510℃,挤压筒温度400-450℃,挤压模具加热温度410-460℃,挤压比10-50,型材出口温度510-560℃;在线淬火,水温30-60℃。
优选地,所述步骤(5)所述时效处理:将挤压型材在160℃~180℃温度条件下保温6~16小时后空冷至室温。
本发明的有益效果为:本发明设计了一种新型高强度铝合金,并通过控制加工过程的工艺参数,使合金在保证了塑性、易成型性的同时,显著提高了强度。本发明合金在淬火时效状态下,其抗拉强度400MPa~460MPa,屈服强度300~380MPa,断后延伸率11~15%,具有优异的综合性能,适合于生产高强度且形状复杂的电缆支架。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
下述实施例汇中所述的Al-Si中间合金的含量为Si:18-25wt%(以Si含量为18wt%的Al-Si中间合金为例,其表示为Al-18Si中间合金,其他同),余量为Al;Al-Mn中间合金的含量为Mn:9-11wt%,余量为Al;Al-Cr中间合金含量为Cr:3-5wt%,余量为Al;Al-Zr中间合金的含量为Zr:3-5wt%,余量为Al;Al-V中间合金的含量为V:3-5wt%,余量为Al;Al-Ti中间合金的含量为Ti:3-5wt%,余量为Al。
实施例1
(1)原料配制:合金成分为Si:1.5wt.%,Mg:1.6wt.%,Cu:1.2wt.%,Mn:0.2wt.%,Cr:0.2wt.%,Zr:0.13wt.%,V:0.1wt.%,Ti:0.02wt.%,Fe:<0.15wt.%,其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al。以纯金属铝、纯金属镁、纯金属铜、Al-18Si中间合金、Al-11Mn中间合金、Al-3Cr中间合金、Al-5Zr中间合金、Al-3V中间合金、Al-3Ti中间合金等作为原料,进行备料;
(2)合金熔炼及铸造:将纯金属铝、Al-18Si中间合金、Al-11Mn中间合金、Al-3Cr中间合金、Al-5Zr中间合金、Al-3V中间合金、Al-3Ti中间合金加入反射式熔铝炉中熔化;熔化后加入纯金属铜,升温至740-750℃,加入纯金属镁,加金属镁时要通过压罩将镁块完全压入液面以下;待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至750-760℃,然后使用精炼剂处理6min,精炼剂用量2kg每吨铝;处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置12min,静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣,然后进行铸造,浇注使用半连续立式浇铸法进行,浇注温度为710℃,铸棒直径127mm。
(3)铸棒均匀化处理:铸棒经过均匀化处理才能使非平衡相充分溶解、消除微观偏析、提高成份的均匀性,以利于后续的挤压变形。均匀化温度过低不能保证均匀化效果,而均匀化温度过高则容易产生过烧而使材料成为废品。将熔炼半连续铸造得到的铸锭放入退火炉中进行均匀化处理,均匀化处理具体工艺为:550℃下进行16h,然后将铸锭取出强风冷至室温。
(4)挤压处理:采用正向挤压,铸棒加热温度480℃,挤压筒温度430℃,挤压模具加热温度430℃,挤压比16,型材出口温度530℃;在线淬火,水温35℃。
(5)时效处理:将挤压型材在170℃条件下保温9小时后空冷至室温。
通过以上步骤实现了电缆支架用高强度铝合金的生产,合金在淬火时效状态下,其抗拉强度410MPa,屈服强度340MPa,断后延伸率13%,具有优异的综合性能,适合于生产高强度且形状复杂的电缆支架。
实施例2
(1)原料配制:合金成分为,Si:2.7wt.%,Mg:2.2wt.%,Cu:2.0wt.%,Mn:0.5wt.%,Cr:0.3wt.%,Zr:0.2wt.%,V:0.15wt.%,Ti:0.03wt.%,Fe:<0.15wt.%,其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al。以纯金属铝、纯金属镁、纯金属铜、Al-25Si中间合金、Al-10Mn中间合金、Al-5Cr中间合金、Al-3Zr中间合金、Al-5V中间合金、Al-5Ti中间合金等作为原料,进行备料;
(2)合金熔炼及铸造:将纯金属铝、Al-25Si中间合金、Al-10Mn中间合金、Al-5Cr中间合金、Al-3Zr中间合金、Al-5V中间合金、Al-5Ti中间合金加入反射式熔铝炉中熔化;熔化后加入纯金属铜,升温至740-750℃,加入纯金属镁,加金属镁时要通过压罩将镁块完全压入液面以下;待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至750-760℃,然后使用精炼剂处理10min,精炼剂用量2kg每吨铝;处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置20min,静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣,然后进行铸造,浇注使用半连续立式浇铸法进行,浇注温度为715℃,铸棒直径127mm。
(3)铸棒均匀化处理:铸棒经过均匀化处理才能使非平衡相充分溶解、消除微观偏析、提高成份的均匀性,以利于后续的挤压变形。均匀化温度过低不能保证均匀化效果,而均匀化温度过高则容易产生过烧而使材料成为废品。将熔炼半连续铸造得到的铸锭放入退火炉中进行均匀化处理,均匀化处理具体工艺为:550℃下进行16h,然后将铸锭取出强风冷至室温。
(4)挤压处理:采用正向挤压,铸棒加热温度480℃,挤压筒温度430℃,挤压模具加热温度430℃,挤压比16,型材出口温度530℃;在线淬火,水温30℃。
(5)时效处理:将挤压型材在170℃条件下保温9小时后空冷至室温。
通过以上步骤实现了电缆支架用高强度铝合金的生产,合金在淬火时效状态下,其抗拉强度440MPa,屈服强度355MPa,断后延伸率12%,具有优异的综合性能,适合于生产高强度且形状复杂的电缆支架。
Claims (6)
1.一种电缆支架用高强度铝合金,其特征在于:所述铝合金化学成分按质量百分比为:
不可避免的杂质元素,每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al。
2.根据权利要求1所述铝合金,其特征在于:所述铝合金的抗拉强度400MPa~460MPa,屈服强度300~380MPa,断后延伸率11~15%。
3.权利要求1所述铝合金的制备方法,其特征在于:包括下述工艺步骤:
(1)原料配制:以纯金属铝、纯金属镁、纯金属铜、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-V中间合金、Al-Ti中间合金作为原料,进行备料;
(2)合金熔炼及铸造:在反射式熔铝炉中进行熔炼,将纯金属铝、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-V中间合金、Al-Ti中间合金加入炉中熔化,熔化后加入纯金属铜,升温至740-750℃,加入纯金属镁,待原料熔化并搅拌均匀后升温至750-760℃,然后使用精炼剂处理5-10min,处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置10-20min,静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣,然后进行铸造,铸造使用半连续立式浇铸法进行,铸造温度为710℃-740℃;
所述的Al-Si中间合金的含量为Si:18-25wt%,余量为Al;Al-Mn中间合金的含量为Mn:9-11wt%,余量为Al;Al-Cr中间合金含量为Cr:3-5wt%,余量为Al;Al-Zr中间合金的含量为Zr:3-5wt%,余量为Al;Al-V中间合金的含量为V:3-5wt%,余量为Al;Al-Ti中间合金的含量为Ti:3-5wt%,余量为Al;
(3)均匀化处理;
(4)挤压处理;
(5)时效处理。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述步骤(3)所述均匀化处理:将步骤(2)所得铸锭放入退火炉中,均匀化处理具体工艺为:510~560℃下进行12~27h,然后将铸锭取出强风冷至室温。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述步骤(4)所述挤压处理:采用正向挤压,铸棒加热温度460-510℃,挤压筒温度400-450℃,挤压模具加热温度410-460℃,挤压比10-50,型材出口温度510-560℃;在线淬火,水温30-60℃。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述步骤(5)所述时效处理:将挤压型材在160℃~180℃温度条件下保温6~16小时后空冷至室温。
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