CN112143943B - 一种耐热铝合金导线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐热铝合金导线的制备方法，属于铝合金加工制备技术领域。本发明通过合金熔炼、水平连铸、多次低温连续挤压、拉拔处理，生产出铝合金导线；多次低温连续挤压时，挤压轮内设有循环水冷却系统，模腔内设有液氮冷却系统，保证工作过程中进料孔处温度不超过25℃。本发明利用多次低温连续挤压使材料进行大塑性变形，为溶质元素扩散提供足够数量的空位，利于析出相的大量形核，同时也有利于溶质元素的完全析出；在系列温度控制措施作用下，溶质原子扩散速率较低，析出相不易长大，使得材料具有优异的力学性能和导电性能；本发明省去了人工时效环节，设备投资少，能耗较低，产品性价比高。

Description

一种耐热铝合金导线的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐热铝合金导线的制备方法，属于铝合金加工制备技术领域。
背景技术
耐热铝合金导线具有耐高温、强度高、载流量大等特点，可用作大容量导线、大电流地线和大跨越导线。耐热铝合金导线的允许使用温度(150℃)明显高于普通硬铝线(90℃)，因而在不改变铁塔高度和线路走廊的条件下，仅换用耐热铝合金导线，便可使线路容量增加60％以上，经济效益和社会效益十分显著。
以Al-Zr合金为代表的耐热铝合金导线，一般需经人工时效来获得Al3Zr(L12)等弥散析出相，通过析出相阻止亚晶界的迁移与合并来提高合金的再结晶温度。人工时效时，若温度较高，析出相易长大，对合金性能不利；温度较低时，固然有利于获得细小弥散的析出相，但时间较长，耗时耗能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能耐热铝合金导线的制备方法，通过合金熔炼、水平连铸、多次低温连续挤压、拉拔处理，生产出铝合金导线，具体包括以下步骤：
(1)将纯铝与中间合金进行熔炼，配置成合金熔液。
(2)将步骤(1)的合金熔液经水平连铸获得铝合金杆。
(3)将步骤(2)的铝合金杆经多次低温连续挤压获得含有纳米级析出相的圆铝杆。
(4)将步骤(3)的圆铝杆经拉拔制成高性能耐热铝合金导线。
(5)步骤(1)中间合金为Al-Zr合金、Al-Sc合金中的一种或几种任意比例混合。
优选的，本发明步骤(2)铝合金杆直径为Φ8-10mm；
优选的，本发明步骤(3)多次低温连续挤压时，将模腔进料孔用作挤压模具，挤压比为1:1，定径带长度1-2mm。
优选的，本发明步骤(3)多次低温连续挤压时，挤压轮内设有循环水冷却系统，模腔内设有液氮冷却系统，保证工作过程中进料孔处温度不超过25℃。
优选的，本发明步骤(3)多次低温连续挤压时，挤压轮转速为1-3r/min。
步骤(3)多次低温连续挤压时，挤压道次为8-12次。
本发明的原理：本发明通过水平连铸制备铝合金杆，获得Zr、Sc等元素在Al中的固溶体；经过多次低温连续挤压，材料内形成大量空位，不仅利于大量析出相的均匀形核(不存在无析出区，提升材料塑性)，大幅增加析出相密度(提升材料强度)，而且利于溶质元素的完全析出(高密度空位显著缩短了溶质元素的扩散距离，降低了析出难度，不再需人工时效)，同时，较低的温度又抑制了析出相长大，使其尺寸保持在1-2nm，材料具有较高的强度、塑性和导电性；经过拉拔，材料强度进一步提升，最终获得高强高导的耐热铝合金导线。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用多次低温连续挤压使材料进行大塑性变形，为溶质元素扩散提供足够数量的空位，利于析出相的大量形核，同时也有利于溶质元素的完全析出；在系列温度控制措施作用下，溶质原子扩散速率较低，析出相不易长大，使得材料具有优异的力学性能和导电性能。
(2)本发明生产的制品理论长度可以为无限长，很适合导线等大长度制品的生产，便于工业应用。
(3)本发明省去了人工时效环节，设备投资少，能耗低，产品性价比高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种高性能耐热铝合金导线的制备方法，具体包括以下步骤；
(1)在熔炼炉内将纯铝与Al-5Zr中间合金熔化成合金熔液，熔液中Zr的原子百分比含量为0.08％，Al的原子百分比含量为99.92％。
(2)步骤(1)的合金熔液经精炼、保温和在线过滤后，采用水平连铸机制成直径为Φ10mm的铝合金杆。
(3)对步骤(2)的铝合金杆进行12次低温连续挤压获得圆铝杆：挤压比为1:1，定径带长度为2mm，挤压轮转速为1r/min；连续挤压时，挤压轮内设有循环水冷却系统，模腔内设有液氮冷却系统，保证工作过程中进料孔处温度不超过25℃。
(4)步骤(3)的圆铝杆在拉丝机上拉制成铝合金线，线材直径Φ3.99mm。
本实施例获得的铝合金导线导电率为60％IACS，抗拉强度298MPa，伸长率5.5％。
实施例2
一种高性能耐热铝合金导线的制备方法，具体包括以下步骤；
(1)在熔炼炉内将纯铝与Al-2Sc中间合金熔化成合金熔液，熔液中Sc的原子百分比含量为0.10％，Al的原子百分比含量为99.90％。
(2)步骤(1)的合金熔液经精炼、保温和在线过滤后，采用水平连铸机制成直径为Φ9mm的铝合金杆。
(3)对步骤(2)的铝合金杆进行10次低温连续挤压获得圆铝杆：挤压比为1:1，定径带长度为1.5mm，挤压轮转速为2r/min；连续挤压时，挤压轮内设有循环水冷却系统，模腔内设有液氮冷却系统，保证工作过程中进料孔处温度不超过25℃。
(4)步骤(3)的圆铝杆在拉丝机上拉制成铝合金线，线材直径Φ3.60mm。
本实施例获得的铝合金导线导电率为59％IACS，抗拉强度305MPa，伸长率5.2％。
实施例3
一种高性能耐热铝合金导线的制备方法，具体包括以下步骤；
(1)在熔炼炉内将纯铝与Al-4Zr和Al-2Sc中间合金熔化成合金熔液，熔液中Zr的原子百分比含量为0.06％，Sc的原子百分比含量为0.06％，Al的原子百分比含量为99.88％。
(2)步骤(1)的合金熔液经精炼、保温和在线过滤后，采用水平连铸机制成直径为Φ8mm的铝合金杆。
(3)对步骤(2)的铝合金杆进行8次低温连续挤压获得圆铝杆：挤压比为1:1，定径带长度为1mm，挤压轮转速为3r/min；连续挤压时，挤压轮内设有循环水冷却系统，模腔内设有液氮冷却系统，保证工作过程中进料孔处温度不超过25℃。
(4)步骤(3)的圆铝杆在拉丝机上拉制成铝合金线，线材直径Φ3.60mm。
本实施例获得的铝合金导线导电率为58％IACS，抗拉强度328MPa，伸长率4.0％。
对比实施例1
(1)在熔炼炉内将纯铝与Al-5Zr中间合金熔化成合金熔液，熔液中Zr的原子百分比含量为0.08％，Al的原子百分比含量为99.92％。
(2)步骤(1)的合金熔液经精炼、保温和在线过滤后，采用水平连铸机制成直径为Φ10mm的铝合金杆。
(3)对步骤(2)的铝合金杆进行8次常规连续挤压获得圆铝杆，挤压轮转速为40r/min。
(4)步骤(3)的圆铝杆在拉丝机上拉制成铝合金线，线材直径Φ3.99mm。
本实施例获得的铝合金导线导电率为50％IACS，抗拉强度190MPa，伸长率4.5％。
通过对比实施例1可以看出，采用常规连续挤压法制备的导线不仅强度和塑性不高，而且导电率也有明显下降；这主要是因为，常规连续挤压转速较高，变形热和摩擦热的共同作用可使坯料温度升至400-500℃，坯料易发生回复和再结晶，空位密度大幅下降，不仅溶质原子不易析出，致使析出相数量较少(强度不高)，而且溶质原子析出也不完全(导电率较低)；同时，较高的温度下，析出相也易粗化，尺寸达十几或几十纳米，对合金塑性不利。
相比之下，本发明实施例1中挤压轮转速较低，变形热和摩擦热有足够的时间被水冷的挤压轮和液氮冷却的模腔带走，坯料温度始终保持在25℃以下，此时坯料不会发生回复和再结晶，大量空位得以保留，固溶体易分解形成高密度析出相，提升材料强度，固溶体也易分解完全，提升导电率；同时，低温下析出相尺寸可保持在1-2nm，材料塑性也有明显提升。

Claims (5)

1.一种耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将纯铝与中间合金进行熔炼，配置成合金熔液；
（2）将步骤（1）的合金熔液经水平连铸获得铝合金杆；
（3）将步骤（2）得到的铝合金杆经多次低温连续挤压获得含有纳米级析出相的圆铝杆；
（4）将步骤（3）得到的圆铝杆经拉拔制成高性能耐热铝合金导线；
所述多次低温连续挤压在工作过程中进料孔处温度不超过25℃，挤压道次为8-12次；将模腔进料孔用作挤压模具，挤压比为1:1；
步骤（1）所述中间合金为Al-Zr合金、Al-Sc合金中的一种或几种按任意比例混合得到。
2.根据权利要求1所述耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述铝合金杆的直径为Φ8-10mm。
3.根据权利要求1所述耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤（3）多次低温连续挤压时，定径带长度1-2mm。
4.根据权利要求1所述耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤（3）中多次低温连续挤压时，挤压轮内设有循环水冷却系统，模腔内设有液氮冷却系统。
5.根据权利要求1所述耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤（3）多次低温连续挤压时，挤压轮转速为1-3r/min。
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