CN114381634B - 具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料及其制备方法 - Google Patents

具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于新材料领域，公开了具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料及其制备方法。本发明设计了合理的Al‑Zr‑Ti‑Sc合金元素成分，结合多级的形变及热处理工艺，制备得到的Al‑Zr‑Ti‑Sc合金抗拉强度可达到230～255 MPa，导电率可达到60.2%～61.3%IACS，适用于对应力学性能和导电性能要求较高的Al‑Zr‑Ti‑Sc合金，如电力电网用耐热铝合金电缆。

Description

具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料及其制备方法。
背景技术
耐热铝合金导线具有很好的扩容特性，此类导线不仅成本较低还能提高高压输电线的传输能力。这些耐热铝导线可以提高载流量，服役温度120℃时，载流量可提高40%。特别是在一些地处严寒地带的国家，由于经常有暴雪霜冻天气经常造成电线短路引起严重安全隐患，所以对高压输送线路要求更高[1]。因此，在保证导线在高温使用下不软化、不过度损耗线路强度，同时要提高耐热铝合金导线的导电率及载流量是亟需解决的工程问题。
传统的合金导线在超过90℃就开始软化，输电电流下降。如果强行提升载流量势必会对导线进行进一步损坏以及对环境造成安全威胁。20世纪40年代，美国等工大国开始关注耐热型输电线路，并研究其耐热机理，努力寻找添加微量元素可以提高导电铝合金耐热性的方法。Al-Zr耐热导线起初是由1949年R.H Harrington[2]研究出的，并提到添加适量的Zr元素可以大幅提升铝合金本身的耐热性。此后，获得许多研究学者的关注，尤其20世纪中叶，许多地处寒冷地带如俄罗斯、日本、加拿大等国家开始大量使用耐热铝合金导线用于高压线路中 [3]。19世纪60年代，日本开始使用耐热铝合金导线，导电率达到58% IACS。十年后，日本又研制出了导电率可高达60% IACS的耐热铝合金导线，并广泛应用于输电线路中。目前为止日本等发达国家60% IACS以上导电率的耐热AAAC导线应用率已占所有输电线路的70%。
目前许多国家生产制备Al-Zr耐热性合金导线，最直接原因是Zr元素具有低扩散系数能提高合金耐热性，并且通过热处理工艺能生成稳定的Al3Zr弥散相来改善基体的强度[4]。除此之外，添加Zr元素能提高合金的再结晶温度。在制备导线过程中，要经过一系列的冷变形，此过程会产生大量位错引起空位堆积。在后续热处理中Al会和Zr反应生成纳米级的Al3Zr相，这些弥散相密集钉扎在位错、晶界处，阻碍再结晶，变形后形成了稳定的亚结构[5]。国内外已有许多学者对Al-Zr耐热导线做了一定的研究。有研究指出由于Zr原子的扩散迟滞性使Al3Zr相析出缓慢，并在凝固过程会发生微观偏析或是造成无沉淀析出区域，这样势必会对服役期间合金的机械性能和导电性能带来有害影响[6]。基于Al-Zr合金的基础上，添加适量的微合金元素（如Sc、Er、Ti、Y）等来提供合金最大的耐热性及蠕变抗性。所以，耐热铝合金导线的本质就是通过添加高熔点或者低扩散系数的元素形成稳定相来阻碍位错和晶界运动，不仅可以提高耐热性而且拥有良好的强度和导电性匹配。
参考文献：
[1] 黄崇祺，丁关森，李文浩，等. 我国电工铝导线的研究和生产[J]. 电线电缆,2005, (4): 3-7.
[2] Harrington R. The Effect of Single Addition Metals on theRecrystallization Electrical Conductivity and Rupture Strength of PureAluminum [J]. Transactions of the American Society for Metals, 1949, 41: 443-459.
[3] 王祝堂. 俄罗斯建首条电力铝线杆生产线[J]. 轻金属, 2015, (8): 58-58.
[4] Ryum N. Precipitation and recrystallization in an A1-0.5 WT.% Zr-alloy[J]. Acta Metallurgica, 1969, 17(3): 269-278.
[5] Belov NA, Alabin AN, Matveeva IA, et al. Effect of Zr additionsand annealing temperature on electrical conductivity and hardness of hotrolled Al sheets[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2015, 25(9): 2817-2826.
[6] Çadırlı E, Tecer H, Şahin M, et al. Effect of heat treatments onthe microhardness and tensile strength of Al–0.25 wt.% Zr alloy[J]. Journalof Alloys & Compounds, 2015, 632: 229-237.。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的到少一个不足，提供一种具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面，提供：
一种具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，其组成为：
Zr 0.20 wt. %～0.40 wt. %
Ti 0.10 wt. %～0.20 wt. %
Sc 0.05 wt. %～0.10 wt. %
余量为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不超过0.025 wt.%。
在一些实例中，M(Zr)：M(Ti)：M(Sc)=（4～7）：（2～3）：（1～2）。
在一些实例中，M(Zr)：M(Ti)：M(Sc)= 4：2：1。
在一些实例中，铝锆合金电缆材料的组成为：Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al和不可避免的杂质。
在一些实例中，所述不可避免的杂质总量不超过0.018wt.%。
在一些实例中，铝锆合金电缆材料的组成为：Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质总量不超过0.018wt.%。
本发明的第二个方面，提供：
本发明第一个方面所述具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将配好的原料进行熔炼，浇铸至模具内并冷却得到铸锭；
对铸锭进行均匀化固溶，然后将铸锭热挤压成棒材，对材料进行冷拉拔、退火、二次冷拉、二次退火，即得双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的时间为65～75 min。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min。
在一些制备方法的实例中，所述热挤压的温度为525～550℃。
在一些制备方法的实例中，所述退火的程序为450～375℃/36～48h。
在一些制备方法的实例中，所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min，所述退火的程序为450～375℃/36～48h。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min，所述退火的程序为450～375℃/36～48h，所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
在一些制备方法的实例中，所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm。
在一些制备方法的实例中，所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm。
在一些制备方法的实例中，所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm，所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min，所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm，所述退火的程序为450～375℃/36～48h，所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm，所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
本发明的第三个方面，提供：
一种耐热铝合金电缆，其包括本发明第一个方面所述具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，或按本发明第二个方面所述制备方法制备得到的有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料。
本发明的有益效果是：
本发明一些实例的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，合金元素配比合理，M(Zr)：M(Ti)：M(Sc)=（4～7）：（2～3）：（1～2），能在二次冷拉和退火后形成双球壳Al3(Zr,Sc)析出相强化合金，同时能提高合金材料的导电性。
本发明一些实例的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，通过两次拉拔变形，可以使合金内部的位错等缺陷密度增大，给双球壳结构Al3(Zr,Sc)析出相和Al3Ti析出相提供更多的形核质点，并能降低形核功。此外，Al3Ti相的形成能明显的细化晶粒，双球壳结构Al3(Zr,Sc)析出相能很好地阻碍位错和晶界移动，从而起到协同作用来强化合金。退火后，合金内部缺陷减少，Zr、Ti、Sc元素能从基体析出，降低了电子在晶格处的散射，从而大幅提高合金的导电性能。
本发明一些实例的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，不仅具有强的力学性能（抗拉强度、抗蠕变性能等）和导电性能，还具有较高的耐热性能。
本发明一些实例的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，在冷拉9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm；退火450～475℃/36～48h；二次冷拉6.5mm→6.0mm→5.5mm；二次退火300～325℃/24-36h下显示出优异的力学性能和导电性能，抗拉强度可达到230～255MPa，导电率可达到60.2%～61.3% IACS。适用于对抗拉强度、导电率及耐热性能要求较高的铝锆合金电力电缆材料中，如川藏铁路电缆布线中。
附图说明
图1是Al-Zr-Ti-Sc合金首次冷拉拔后背散射衍射电子显微图；
图2是Al-Zr-Ti-Sc合金二次退火后背散射衍射电子显微图；
图3 透射下具有双球壳结构Al3(Zr,Sc)析出相的铝锆合金。
具体实施方式
本发明的第一个方面，提供：
一种具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，其组成为：
Zr 0.20 wt. %～0.40 wt. %
Ti 0.10 wt. %～0.20 wt. %
Sc 0.05 wt. %～0.10 wt. %
余量为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不超过0.025 wt.%。
在一些实例中，M(Zr)：M(Ti)：M(Sc)=（4～7）：（2～3）：（1～2）。这一配比范围内，更有利于形成双球壳Al3(Zr,Sc)析出相强化合金，提高合金材料的导电性。
在一些实例中，M(Zr)：M(Ti)：M(Sc)= 4：2：1。根据已有的实验数据，这一配比下，电缆材料的性能相对更好。
在一些实例中，铝锆合金电缆材料的组成为：Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al和不可避免的杂质。
杂质影响铝锆合金电缆材料性能的稳定性，为更好地保证产品质是的稳定性，需要对杂质量进行一定的控制。在一些实例中，所述不可避免的杂质总量不超过0.018wt.%。
在一些实例中，铝锆合金电缆材料的组成为：Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质总量不超过0.018wt.%。
本发明的第二个方面，提供：
本发明第一个方面所述具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将配好的原料进行熔炼，浇铸至模具内并冷却得到铸锭；
对铸锭进行均匀化固溶，然后将铸锭热挤压成棒材，对材料进行冷拉拔、退火、二次冷拉、二次退火，即得双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料。
固溶的作用使合金元素的分布更为均匀，使产品的性能稳定。在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，处于该固溶温度可以将更多的析出相重溶回基体。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的时间为65～75 min。这样足以保证电缆材料的固溶效果，起到固溶强化效果。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min。这种条件下，均匀化固溶的效果好，更有利于保证电缆材料的性能。
在满足使用需要时，也可以适应调整均匀化固溶的温度和时间。
热挤压的作用在于将铸锭挤压成棒材，对材料本身的性能无显著影响。在一些制备方法的实例中，所述热挤压的温度为525～550℃。这一温度范围内，易于实现热挤压成型，并且不会因为挤压热而导致过烧或者表皮氧化开裂。
在一些制备方法的实例中，所述退火的程序为450～375℃/36～48h。
在一些制备方法的实例中，所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min，所述退火的程序为450～375℃/36～48h。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min，所述退火的程序为450～375℃/36～48h，所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
冷拉的程序可以根据电缆的型号进行相应的调整。
在一些制备方法的实例中，所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm。
在一些制备方法的实例中，所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm。
在一些制备方法的实例中，所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm，所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm。
在一些制备方法的实例中，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min，所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm，所述退火的程序为450～375℃/36～48h，所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm，所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
本发明的第三个方面，提供：
一种耐热铝合金电缆，其包括本发明第一个方面所述具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，或按本发明第二个方面所述制备方法制备得到的有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料。
下面结合实例，进一步说明本发明的技术方案。实例仅用于示例性说明本发明的技术方案，但是本发明不局限于实例。
实施例1
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.20 wt. %、Ti：0.10 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭；对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温70min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为535℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火450℃/36h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火310℃/30h。
实施例2
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.10 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭；对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温70min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为535℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火475℃/36h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火320℃/24h。
实施例3
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.30 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.05 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭；对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为580℃保温65min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为535℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火475℃/36h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至5.5mm；并进行二次退火300℃/30h。
实施例4
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.05 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭；对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为585℃保温75min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为550℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至7.2mm，冷拉后进行退火460℃/36h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从7.2mm拉至5.5mm；并进行二次退火325℃/30h。
实施例5
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.10 wt. %、Sc：0.05 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为585℃保温75min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为530℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至8.6mm，冷拉后进行退火455℃/36h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从8.6mm拉至6.0mm；并进行二次退火315℃/30h。
实施例6
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.30 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.05 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为585℃保温75min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为530℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至8.6mm，冷拉后进行退火455℃/36h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从8.6mm拉至6.0mm；并进行二次退火315℃/30h。
实施例7
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为580℃保温70min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火455℃/42h；
4））将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至5.5mm；并进行二次退火320℃/30h。
实施例8
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温65min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火455℃/42h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火320℃/30h。
实施例9
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温65min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火465℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火300℃/28h。
实施例10
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.05 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温75min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火465℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火300℃/36h。
对比例1
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为580℃保温70min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火455℃/42h；
4）不对其进行二次冷拉拔和退火。
对比例2
1）按照组成元素重量百分比取Zr：1.00 wt. %、Ti：0.50 wt. %、Sc：0.3 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为500℃保温30min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火465℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火300℃/36h。
对比例3
1）按照组成元素重量百分比取Zr：1.00 wt. %、Ti：0.50 wt. %、Sc：0.3 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为500℃保温30min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火465℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至3.0mm；并进行二次退火300℃/36h。
对比例4
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.50 wt. %、Ti：0.50 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温75min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火465℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火300℃/36h。
对比例5
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。对铸锭进行均匀化固溶，固溶温度为575℃保温60min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为450℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火300℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火300℃/28h。
对比例6
1）按照组成元素重量百分比取Zr：0.40 wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al；
2）将上述材料在熔炼炉中进行高温熔炼，直至熔融为止，将合金熔体浇注在模具内并搅拌，冷却得到铸锭。不对铸锭进行均匀化固溶，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为570℃；
3）将棒材进行冷拉从9.5mm拉至6.5mm，冷拉后进行退火300℃/48h；
4）将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至6.0mm；并进行二次退火290℃/28h。
性能检测
按国标《GB/T 15970.7-2000》拉伸试验，对制备得到的Al-Zr-Ti-Sc合金材料进行检测，上述实施例的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料的抗拉强度、导电率和合金晶粒尺寸如表1所示。
表1、不同铝锆合金电缆材料性能检测结果
编号 抗拉强度(MPa) 导电率 (%IACS) 合金晶粒尺寸(μm)
实施例1 248 60.2 57.3
实施例2 232 60.9 65.3
实施例3 246 60.3 60.2
实施例4 230 61.0 71.8
实施例5 240 60.5 68.7
实施例6 250 61.1 50.8
实施例7 255 61.3 45.8
实施例8 247 60.2 58.9
实施例9 236 60.6 51.2
实施例10 242 60.4 50.4
对比例1 179 58.3 100.3
对比例2 198 59.3 89.3
对比例3 185 58.4 95.3
对比例4 189 59.0 92.6
对比例5 192 58.7 87.6
对比例6 195 59.8 83.6
从表1的数据可知：
1）本发明制备的具有双球壳结构析出相耐热Al-Zr-Ti-Sc合金材料，选取Zr：0.40wt. %、Ti：0.20 wt. %、Sc：0.10 wt. %、余量为Al，在固溶温度为580℃保温70min，然后将铸锭热挤压成棒材，热挤压温度为540℃；对棒材进行冷拉，从9.5mm拉至6.5mm，然后进行退火455℃/42h；将冷拉杆进行二次冷拉从6.5mm拉至5.5mm；并进行二次退火320℃/30h。其抗拉强度达到最高255MPa，导电率达到最强61.3%IACS，并具有最小晶粒尺寸45.8μm；
2）实施例7和8成分相同，拉拔和退火工艺参数相同，不同之处主要是固溶温度和时间，导致其抗拉强度和导电率存在显著差异，合金晶粒尺寸也存在明显的差异。可以看出，均匀化固溶处理工艺对于本发明Al-Zr-Ti-Sc合金材料的性能有着非常重要的影响；
3）在对比例1、2、3中，Zr、Ti、Sc含量超过了限定范围，并且对比例1没有进行二次冷拉和退火，导致其抗拉强度和导电率下降，晶粒尺寸大幅增加，说明二次冷拉和退火的重要性。
图1是首次冷拉拔并退火后的背散射衍射电子显微图(对比例1)。发现一次冷拉拔退火后还残留变形纤维状晶粒，且晶粒粗大，这也是导致对比例1抗拉强度和导电率低的原因之一。
图2是二次冷拉拔并退火后的背散射衍射电子显微图(实施例3)。发现二次冷拉拔退火后大部分都是等轴状细小的晶粒，产生了细晶强化。
图3是透射下具有双球壳结构Al3(Zr,Sc)析出相的铝锆合金(实施例7)分析结果，其中（a）是双球壳结构析出相高分辨环场暗像形貌；（b）是对应(a)的线扫元素分析；（c）是对应(a)的面扫元素分析。根据高分辨透射显微镜的观察，在本发明所设定的工艺流程下，Al-Zr-Ti-Sc合金材料具有双球壳结构的Al3(Zr,Sc)析出相，其结构为：最外层为Sc包裹，中间是Zr层，内部为Sc核心。
以上是对本发明所作的进一步详细说明，不可视为对本发明的具体实施的局限。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的简单推演或替换，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，其组成为：
Zr0.20 wt. %～0.40 wt. %
Ti0.10 wt. %～0.20 wt. %
Sc0.05 wt. %～0.10wt. %
余量为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不超过0.025 wt.%；其制备方法包括如下步骤：
将配好的原料进行熔炼，浇铸至模具内并冷却得到铸锭；
对铸锭进行均匀化固溶，所述均匀化固溶的温度为575～585℃，所述均匀化固溶的时间为65～75 min；然后将铸锭热挤压成棒材，对材料进行冷拉拔、退火、二次冷拉、二次退火，即得双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，所述热挤压的温度为525～550℃，所述退火的程序为450～375℃/36～48h；所述二次退火的程序为300～325℃/24-36h。
2.根据权利要求1所述的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，其特征在于：M(Zr)：M(Ti)：M(Sc)=（4～7）：（2～3）：（1～2）。
3.根据权利要求1所述的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，其特征在于：所述不可避免的杂质总量不超过0.018wt.%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料，其特征在于：所述冷拉的程序为9.5mm→8.6mm→7.2mm→6.5mm；和/或
所述二次冷拉的程序为6.5m→6.0mm→5.5mm。
5.一种耐热铝合金电缆，其特征在于：其包括权利要求1～4任一项所述的具有双球壳结构析出相耐热铝锆合金电缆材料。
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