CN113249623B - 铝镁合金线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 2.8‑3.8％、Ti 0.05‑0.38％、Fe 0.1‑0.3％、Si 0.03‑0.08％、Cu 0.2‑0.8％、Zn 0.05‑0.1％、Mn0.08‑0.17％、稀土元素0.005‑0.015％，余量为Al。本发明铝镁合金线的制备方法，在原料中添加锰元素和稀土元素，制成的铝合金导线针状组织减少，改善了合金的韧性断裂方式。和传统的5154铝镁合金导线配方相比，本发明配方制得的合金导线抗拉强度提高了8.14％、伸长率提高了12.5％、电阻率下降了3.92％、断线率降幅达83.33％。

Description

铝镁合金线及其制备方法
技术领域
本发明涉及线缆技术领域，特别涉及一种铝镁合金线及其制备方法。
背景技术
电力系统中采用的电线电缆产品主要包括架空输电线用裸导线、汇流排(母线)、电力电缆以及主要是用电设备用的电气装备用电线电缆。电力系统用电线的产值比约占整个线缆工业总量的60％以上。电力电缆是导体外包有优质绝缘材料，并有各种保护层的电缆。电力电缆的功能是长期安全可靠地传输容量的电能。线缆的铝镁合金化和超强超细化是解决当前世界通讯行业面临的能源、环境、安全、高效等问题的有效措施。
5154铝合金以其良好的强塑性、导电性和优异的抗蚀性而被广泛应用于船舶工业、航空航天领域及信息传输(如宽带传输网络、通讯网络)领域。5154铝合金导线不仅被用作电工母线，而且可用于同轴电缆等信号传输线的外导体编织线。现有5154系铝镁合金丝线仍存在丝线硬度、韧性、抗拉压强度、伸长率等物理性能普遍偏低以及电导率偏低而电阻率偏高等电学问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝镁合金线，从而克服5154铝镁线抗拉压强度、伸长率偏低，电导率偏低而电阻率偏高等的缺点。
本发明的另一个目的在于提供一种铝镁合金线的制备方法
为实现上述目的，本发明提供了一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 2.8-3.8％、Ti 0.05-0.38％、Fe 0.1-0.3％、Si 0.03-0.08％、Cu 0.2-0.8％、Zn 0.05-0.1％、Mn0.08-0.17％、稀土元素0.005-0.015％，余量为Al。
优选地，上述技术方案中，所述的铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.5％、Ti 0.16％、Fe 0.12％、Si 0.06％、Cu 0.5％、Zn 0.08％、Mn0.12％、稀土元素0.011％，余量为Al。
优选地，上述技术方案中，所述稀土元素主要由以下原料组成：钐、镱、钇、镧、铈和铥。
优选地，上述技术方案中，所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐10-30％、镱10-30％、钇13-23％、镧10-30％、铈10-30％和铥5-10％。
一种铝镁合金线的制备方法，用于生产上述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，得到铝合金液，将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(2)均匀化处理：将铝合金铸锭在温度为520-550℃的条件下均匀化处理，升温速度为48-53℃/h，并保温10-12h，出炉后强风冷却；
(3)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制后得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为40-45℃，冷却水压力为480-500kPa；
(4)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为475-485℃条件下固溶1-3h；
(5)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为40-45％，然后再在温度为385-415℃的条件下均匀化退火2-4h；
(6)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为20-30％，然后再在温度为355-375℃的条件下均匀化退火2-4h；
(7)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到铝镁合金线成品。
优选地，上述技术方案中，步骤(1)的熔炼为，在温度为725-735℃的条件下保温3-4h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为715-725℃的条件下静置25-35min，再进行扒渣。
优选地，上述技术方案中，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1-1.3:1000。
优选地，上述技术方案中，步骤(3)中的轧制为，轧制的温度为460-480℃，终轧后冷却。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明铝镁合金线的制备方法，在原料中加入锰元素和稀土元素，稀土元素作为微量元素加入铝镁合金中，可以净化合金溶体、细化、变质微观组织，减少夹杂。随着稀土元素的加入量的增加，可以显著提高铝镁合金的综合性能，特别是提高铝镁合金的力学性能。加入锰元数，提高导线的光亮及抗氧化性能。
(2)本发明的铝镁合金线，在原料中添加锰元素和稀土元素，制成的铝合金导线针状组织减少，改善了合金的韧性断裂方式。和传统的5154铝镁合金导线配方相比，本发明配方制得的合金导线抗拉强度提高了8.14％、伸长率提高了12.5％、电阻率下降了3.92％、断线率降幅达83.33％。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本发明的实施例和对比例中，采用工业纯铝作为原料，加入其它金属元素，制备得到铝镁合金线。
实施例1
一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.5％、Ti0.16％、Fe 0.12％、Si 0.06％、Cu 0.5％、Zn 0.08％、Mn0.12％、稀土元素0.011％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
一种铝镁合金线的制备方法，用于生产上述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，在温度为730℃的条件下保温3.5h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为720℃的条件下静置30min，再进行扒渣，得到铝合金液。其中，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1.2:1000。
(2)铸造：将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)均匀化处理：将铝合金铸锭在温度为535℃的条件下均匀化处理，升温速度为51℃/h，并保温11h，出炉后强风冷却；
(4)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制的温度为470℃，终轧后冷却，得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为43℃，冷却水压力为490kPa；
(5)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为480℃条件下固溶2h；
(6)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为42％，然后再在温度为400℃的条件下均匀化退火3h；
(7)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为25％，然后再在温度为365℃的条件下均匀化退火2.5h；
(8)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到φ0.15mm的铝镁合金线成品。
实施例2
一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti0.26％、Fe 0.13％、Si 0.03％、Cu 0.6％、Zn 0.09％、Mn0.14％、稀土元素0.009％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
一种铝镁合金线的制备方法，用于生产上述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，在温度为725℃的条件下保温4h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为715℃的条件下静置35min，再进行扒渣，得到铝合金液。其中，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1.3:1000。
(2)铸造：将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)均匀化处理：将铝合金铸锭在温度为550℃的条件下均匀化处理，升温速度为53℃/h，并保温10h，出炉后强风冷却；
(4)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制的温度为480℃，终轧后冷却，得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为45℃，冷却水压力为500kPa；
(5)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为485℃条件下固溶1h；
(6)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为45％，然后再在温度为385℃的条件下均匀化退火4h；
(7)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为20％，然后再在温度为355℃的条件下均匀化退火2h；
(8)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到φ0.15mm的铝镁合金线成品。
实施例3
一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.3％、Ti0.34％、Fe 0.21％、Si 0.07％、Cu 0.5％、Zn 0.06％、Mn0.17％、稀土元素0.015％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
一种铝镁合金线的制备方法，用于生产上述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，在温度为735℃的条件下保温3h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为725℃的条件下静置25min，再进行扒渣，得到铝合金液。其中，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1:1000。
(2)铸造：将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)均匀化处理：将铝合金铸锭在温度为520℃的条件下均匀化处理，升温速度为48℃/h，并保温12h，出炉后强风冷却；
(4)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制的温度为460℃，终轧后冷却，得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为40℃，冷却水压力为480kPa；
(5)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为475℃条件下固溶3h；
(6)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为40％，然后再在温度为415℃的条件下均匀化退火2h；
(7)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为30％，然后再在温度为375℃的条件下均匀化退火4h；
(8)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到φ0.15mm的铝镁合金线成品。
实施例4
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 2.8％、Ti 0.30％、Fe 0.26％、Si 0.05％、Cu 0.6％、Zn 0.07％、Mn0.09％、稀土元素0.008％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐16％、镱26％、钇15％、镧17％、铈16％和铥10％。
一种铝镁合金线的制备方法，用于生产上述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，在温度为728℃的条件下保温3h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为715℃的条件下静置30min，再进行扒渣，得到铝合金液。其中，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1.1:1000。
(2)铸造：将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)均匀化处理：将铝合金铸锭在温度为525℃的条件下均匀化处理，升温速度为50℃/h，并保温10h，出炉后强风冷却；
(4)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制的温度为465℃，终轧后冷却，得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为44℃，冷却水压力为485kPa；
(5)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为482℃条件下固溶1-3h；
(6)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为43％，然后再在温度为410℃的条件下均匀化退火3h；
(7)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为28％，然后再在温度为370℃的条件下均匀化退火3h；
(8)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到φ0.15mm的铝镁合金线成品。
实施例5
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.05％、Fe 0.3％、Si 0.08％、Cu0.30％、Zn 0.06％、Mn0.12％、稀土元素0.010％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐16％、镱26％、钇15％、镧17％、铈16％和铥10％。
实施例6
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.36％、Fe 0.12％、Si 0.04％、Cu 0.7％、Zn 0.05％、Mn0.17％、稀土元素0.013％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐13％、镱14％、钇23％、镧25％、铈20％和铥5％。
实施例7
本实施例与实施例2的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.4％、Ti 0.21％、Fe 0.27％、Si 0.06％、Cu 0.6％、Zn 0.06％、Mn0.15％、稀土元素0.007％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐13％、镱14％、钇23％、镧25％、铈20％和铥5％。
对比例1
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.16％、Fe 0.18％、Si 0.06％、Cu 0.3％、Zn 0.08％、Mn0.23％、稀土元素0.31％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
对比例2
本实施例与实施例2的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.33％、Fe 0.21％、Si 0.001％、Cu 0.5％、Zn 0.2％、Mn0.12％、稀土元素0.009％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
对比例3
本实施例与实施例3的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.23％、Fe 0.2％、Si 0.2％、Cu0.4％、Zn 0.07％、Mn0.3％、稀土元素0.01％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
对比例4
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.3％、Ti 0.16％、Fe 0.13％、Si 0.03％、Cu 0.6％、Zn 0.09％、Mn0.12％、稀土元素0.35％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐16％、镱26％、钇15％、镧17％、铈16％和铥10％。
对比例5
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 2.8％、Ti 0.26％、Fe 0.25％、Si 0.04％、Cu 0.4％、Zn 0.09％、Mn0.01％、稀土元素0.001％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐13％、镱14％、钇23％、镧25％、铈20％和铥5％。
对比例6
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.22％、Fe 0.23％、Si 0.04％、Cu 0.4％、Zn 0.09％、稀土元素0.012％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐13％、镱14％、钇23％、镧25％、铈20％和铥5％。
对比例7
本实施例与实施例1的不同在于，铝镁合金线的化学成分不同。一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti 0.21％、Fe 0.20％、Si 0.06％、Cu 0.5％、Zn 0.09％、Mn0.12％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐13％、镱14％、钇23％、镧25％、铈20％和铥5％。
对比例8
一种铝镁合金线，其化学成分按重量百分数计包括以下组分：Mg 3.8％、Ti0.16％、Fe 0.18％、Si 0.06％、Cu 0.7％、Zn 0.08％、Mn0.12％、稀土元素0.011％，余量为Al。所述稀土元素按重量百分数计，主要由以下原料组成：钐23％、镱19％、钇18％、镧13％、铈19％和铥8％。
一种铝镁合金线的制备方法，用于生产上述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，在温度为730℃的条件下保温3.5h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为720℃的条件下静置30min，再进行扒渣，得到铝合金液。其中，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1.2:1000。
(2)铸造：将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制的温度为470℃，终轧后冷却，得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为43℃，冷却水压力为490kPa；
(4)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为480℃条件下固溶2h；
(5)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为42％，然后再在温度为400℃的条件下均匀化退火3h；
(6)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为25％，然后再在温度为365℃的条件下均匀化退火2.5h；
(7)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到φ0.15mm的铝镁合金线成品。
制备不同的铝镁合金线，其化学成分如表1所示。实施例和对比例的不同在于铝镁合金线的化学成本不同，制备工艺也有所不同。
表1不同实施例铝镁合金线的化学成分(质量分数，％)
Figure BDA0003117053540000111
Figure BDA0003117053540000121
对传统方法、实施例1-7、对比例1-6制备得到的铝镁合金线性能进行检测，根据GB/T 23309-2009的要求进行检测。检测结果如表2所示
表2不同实施例制备得到铝镁合金线的力学和电学性能
Figure BDA0003117053540000122
Figure BDA0003117053540000131
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种铝镁合金线，其特征在于，其化学成分按重量百分数计由以下组分组成：Mg2.8-3.8％、Ti 0.05-0.38％、Fe 0.1-0.3％、Si 0.03-0.08％、Cu0.2-0.8％、Zn 0.05-0.1％、Mn0.08-0.17％、稀土元素0.005-0.015％，余量为Al；
所述稀土元素按重量百分数计，由以下原料组成：钐10-30％、镱10-30％、钇13-23％、镧10-30％、铈10-30％和铥5-10％。
2.根据权利要求1所述的铝镁合金线，其特征在于，其化学成分按重量百分数计由以下组分组成：Mg 3.5％、Ti 0.16％、Fe 0.12％、Si 0.06％、Cu0.5％、Zn 0.08％、Mn0.12％、稀土元素0.011％，余量为Al。
3.一种铝镁合金线的制备方法，其特征在于，用于生产权利要求1所述的铝镁合金线，包括以下步骤：
(1)熔炼和铸造：将原料混合熔炼，得到铝合金液，将铝合金液采用水平浇铸方式进行连续铸造，得到铝铸棒，将铝铸棒锯切，去掉表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(2)均匀化处理：将铝合金铸锭在温度为520-550℃的条件下均匀化处理，升温速度为48-53℃/h，并保温10-12h，出炉后强风冷却；
(3)轧制和淬火：将铝合金铸锭进行连续轧制，轧制后得到铝合金杆，将铝合金杆进行在线淬火，淬火温度为40-45℃，冷却水压力为480-500kPa；
(4)固溶处理：将冷却后的铝合金杆在固溶温度为475-485℃条件下固溶1-3h；
(5)一次拉拔和一次退火：将铝合金杆拉拔成铝合金线，拉拔的变形量为40-45％，然后再在温度为385-415℃的条件下均匀化退火2-4h；
(6)二次拉拔和二次退火：将铝合金线拉拔，拉拔的变形量为20-30％，然后再在温度为355-375℃的条件下均匀化退火2-4h；
(7)三次拉拔：将铝合金线拉拔，得到铝镁合金线成品。
4.根据权利要求3所述铝镁合金线的制备方法，其特征在于，步骤(1)的熔炼为，在温度为725-735℃的条件下保温3-4h，得到铝合金液，然后以氮气为载体将精炼剂吹入铝合金液中，在温度为715-725℃的条件下静置25-35min，再进行扒渣。
5.根据权利要求4所述铝镁合金线的制备方法，其特征在于，加入精炼剂与铝合金液的重量比为1-1.3:1000。
6.根据权利要求3所述铝镁合金线的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的轧制为，轧制的温度为460-480℃，终轧后冷却。
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