CN115216661A - 一种铝合金单线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金单线的制备方法本发明提供的技术方案将拉拔成型工艺与人工时效工艺相复合，所得铝合金单线20℃导电率仍在53％IACS以上，抗拉强度高于350MPa，实现了铝合金单线导电和力学性能两者的有效平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电体材料，具体讲述一种铝合金单线的制备方法。
背景技术
导线是架空输电线路的核心组成部分，肩负传导电流和输送电能的关键任务。现有输电线路普遍采用钢芯铝绞线。近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的稳步提高，全社会对电力的需求迅速攀升。传统导线由于输送容量低、电能损耗大，导致架空输电线路在用电高峰期出现满负荷甚至过负荷运行，难以满足智能电网发展对于线路增容降耗的迫切要求。传统导线输电能力的不足成为制约电网智能化、规模化发展的重要瓶颈。
近年来，电网在迅速扩展空间规模的同时，对架空输电线路的输送能力和损耗水平提出了更严苛的要求，如何充分利用既有线路走廊输送更多电能、降低线路损耗成为电力行业的研究焦点。
铝合金具有密度低、比强度高、导电和导热性能好、耐蚀性能优异等特点，是已获得广泛应用的重要结构材料之一。铝合金导线凭借其优异的导电性能、弧垂特性、线膨胀特性及抗腐蚀能力，能够适应多种线路运行工况，特别是在超高压、重覆冰、大跨越线路中有良好的表现。
然而，铝合金导线力学性能的劣势却限制了其规模化应用。如何在保证导电率的前提下，进一步提升铝合金单线的抗拉强度，是当前迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种铝合金单线的制备方法，本发明充分考虑变形与时效工艺对铝合金单线力学性能的影响，在原合金单线制备方法的基础上，将拉拔成型工艺与人工时效工艺相复合，获得了一种高强高导铝合金单线制备方法。与原合金单线相比，在导电率不变的情况下具有更高的抗拉强度，能够满足架空输电线路安全可靠运行的实际需求。
本发明提供了一种铝合金单线的制备方法，所述制备方法包括：将初始铝合金单线组分熔铸成型为铝合金圆杆，和用拉拔成型与人工时效相复合的方法将铝合金圆杆恒温拉拔为所述铝合金单线。
进一步的，熔铸成型包括：将初始铝合金单线组分在电阻熔炼炉中升温至950℃后恒温至熔清料，向熔清料中充入氩气的同时，用碳化硅棒搅拌熔淸料，经陶瓷过滤器滤去除熔淸料中的大块料后，经导流槽流入保温炉中，再于800℃下流入设有外循环水系统的连铸连轧模具前端，于模具的内轧辊作用下，在模具后端得铝合金圆杆。
进一步的，恒温拉拔包括：所述恒温的温度为165℃～175℃，恒温30～40分钟后，再于径向外周设有加热模块的拉拔模具中，将铝合金圆杆经五道次拉拔为铝合金单线。
进一步的，所述铝合金圆杆的直径为10.0～9.0mm，所述铝合金单线直径为3.5～3.0mm。
进一步的，所述拉拔为五道次拉拔；其中，
第1道次拉拔10～15min，铝合金圆杆的直径由10.0～9.0mm减小为7.5～7.0mm；
第2道次拉拔10～15min，铝合金圆杆的直径由7.5～7.0mm减小为6.0～5.5mm；
第3道次拉拔20～25min，铝合金圆杆的直径由6.0～5.5mm减小为5.0～4.5mm；
第4道次拉拔20～25min，铝合金圆杆的直径由5.0～4.5mm减小为4.2～3.8mm；
第5道次拉拔30～35min，铝合金圆杆的直径由4.2～3.8mm减小为3.5～3.0mm；
将拉拔成型的3.5～3.0mm铝合金单线卷绕在线盘轴上，经空气冷却至室温，即得所述铝合金单线。
优选的，按质量百分比计，所述初始铝合金单线组分为：镁元素0.70％～0.90％，硅元素0.50％～0.70％，钇元素0.10％～0.20％，铈元素0.10％～0.20％，余量为铝元素；
其中，熔炼的配料为铝、镁、硅块状单质及铝-20％钇中间合金、铝-10％铈中间合金。
优选的，按质量百分比计，所述初始铝合金单线组分为：镁元素0.85％，硅元素0.55％，钇元素0.10％，铈元素0.10％，余量为铝元素。
截取铝合金单线试样进行导电率和抗拉强度测试。
和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案，将初始铝合金单线组分熔铸成型为铝合金圆杆，再用拉拔成型与人工时效相复合的方法将铝合金圆杆恒温拉拔为所述铝合金单线。经电阻熔炼和连铸连轧获得铝合金圆杆后，其中的恒温拉拔将铝合金圆杆的拉拔成型的整个工艺过程都伴随着人工时效工艺，从而实现了将传统的铝合金单线制备中的单独进行的拉拔成型和人工时效两个步骤融合为一个工艺步骤。在恒温时效作用下，固溶于铝合金基体中的强化元素以第二相形式形核析出，由于析出相与基体间通过晶格错配产生弹性应变场，导致析出相形核生长的能量势垒增大，减缓了析出相的生长过程。当给铝合金基体施加一个合适的应力场作用于晶格错配区域时，可减小错配应变，降低析出相形核生长的能量势垒，此外外加应力场在铝合金基体内部形成的应力梯度又可加速溶质原子的扩散。将拉拔和人工时效融合为一个步骤，既能促进时效析出过程的进行，又能使析出相均匀化、弥散化，进而提升时效强化效果，从而获得在不改变铝合金单线成分和保持原有铝合金单线优异导电性能的前提下，进一步提升铝合金单线的力学性能的效果，这对于提升架空输电线路的运行可靠性具有重要意义。
本发明提供的技术方案，将拉拔成型与人工时效两个工艺融合为一个工艺，既可将所得铝合金单线的导电率维持在53％IACS，又可将使其力学性能提升至350Mpa以上，满足了架空输电线路安全运行的实际需求。
附图说明
图1为径向外周设有加热装置的拉拔模具示意图。
(1)为加热装置；(2)为加热模块；(3)为拉拔模具。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明提供的技术方案做具体详细说明，另有说明除外，本发明提供的技术方案中的组分均以质量百分比计，以铝-20％钇中间合金、铝-10％铈中间合金表征的两种中间合金中，含20％钇元素和10％铈元素，余量为铝元素。
实施例1：一种铝合金单线的制备方法：
将初始铝合金单线组分熔铸成型为铝合金圆杆后，再用拉拔成型与人工时效相复合的方法将铝合金圆杆恒温拉拔为所述铝合金单线。
按质量百分比计，所述铝合金单线组分为：镁元素0.85％，硅元素0.55％，钇元素0.10％，铈元素0.10％，余量为铝元素。
按国家标准GB/T228.1-2010检测所得铝合金单线在20℃下的导电率为53％IACS，抗拉强度为350MPa。
实施例2：一种铝合金单线的制备方法：
熔铸成型包括：将初始铝合金单线组分在电阻熔炼炉中升温至950℃下恒温至熔清料，向熔清料中充入氩气的同时，用碳化硅棒搅拌熔淸料，经陶瓷过滤器滤去除熔淸料中的大块料后，经导流槽流入保温炉中，再于800℃下流入设有外循环水系统的连铸连轧模具前端，在模具的内轧辊作用下，从模具后端得铝合金圆杆。
恒温拉拔包括：于170℃下恒温30分钟后，再于径向外周设有加热模块的拉拔模具中(如图1所示，图中n取值为0、1、2、3、4，其中d0为拉拔前铝合金圆杆的直径，d1～d5分别为经五道次拉拔后铝合金圆杆的直径)，将铝合金圆杆经五道次拉拔为铝合金单线。
按质量百分比计，所述铝合金单线组分为；镁元素0.85％，硅元素0.55％，钇元素0.10％，铈元素0.10％，余量为铝元素。
按国家标准GB/T228.1-2010检测所得铝合金单线在20℃下的导电率为53％IACS，抗拉强度为354MPa。
实施例3：一种铝合金单线的制备方法：
将初始铝合金单线组分熔铸成型为9.5mm直径的铝合金圆杆。按质量百分比计，所述初始铝合金单线组分为：镁元素0.70％～0.90％，硅元素0.50％～0.70％，钇元素0.10％～0.20％，铈元素0.10％～0.20％，余量为铝元素；
其中，熔炼的配料为铝、镁、硅块状单质及铝-20％钇中间合金、铝-10％铈中间合金。
将熔铸成型的铝合金圆杆经下述五道次拉拔为3.5mm的铝合金单线：
第1道次拉拔10min，铝合金圆杆的直径由9.5mm减小为7.2mm；
第2道次拉拔10min，铝合金圆杆的直径由7.2mm减小为5.8mm；
第3道次拉拔20min，铝合金圆杆的直径由5.8mm减小为4.8mm；
第4道次拉拔20min，铝合金圆杆的直径由4.8mm减小为4.0mm；
第5道次拉拔30min，铝合金圆杆的直径由4.0mm减小为3.5mm；
将拉拔成型的3.5mm铝合金单线卷绕在线盘轴上，经空气冷却至室温，即得所述铝合金单线。
按质量百分比计，所述铝合金单线组分：镁元素0.85％，硅元素0.55％，钇元素0.10％，铈元素0.10％，余量为铝元素。
按国家标准GB/T228.1-2010检测所得铝合金单线在20℃下的导电率为53％IACS，抗拉强度为360MPa。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种铝合金单线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将初始铝合金单线组分熔铸成型为铝合金圆杆，和用拉拔成型与人工时效相复合的方法将铝合金圆杆恒温拉拔为所述铝合金单线。
2.根据权利要求1所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，所述将初始铝合金单线组分熔铸成型为铝合金圆杆包括：将初始铝合金单线组分在电阻熔炼炉中升温至第一预设温度后恒温至熔清料，向熔清料中充入氩气的同时，用碳化硅棒搅拌熔淸料，获得所述铝合金圆杆。
3.根据权利要求2所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，所述向熔清料中充入氩气的同时，用碳化硅棒搅拌熔淸料之后，还包括：经陶瓷过滤器滤去除熔淸料中的大块料后，经导流槽流入保温炉中，再于第二预设温度下流入设有外循环水系统的连铸连轧模具前端，于模具的内轧辊作用下，在模具后端得铝合金圆杆。
4.根据权利要求1所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，所述将铝合金圆杆恒温拉拔为所述铝合金单线包括：所述恒温的温度为165℃～175℃，恒温30～40分钟后，再于径向外周设有加热模块的拉拔模具中，将铝合金圆杆经五道次拉拔为铝合金单线。
5.根据权利要求4所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，所述铝合金圆杆的直径为10.0～9.0mm，所述铝合金单线直径为3.5～3.0mm。
6.根据权利要求4所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，所述五道次拉拔包括：
第1道次拉拔10～15min，铝合金圆杆的直径由10.0～9.0mm减小为7.5～7.0mm；
第2道次拉拔10～15min，铝合金圆杆的直径由7.5～7.0mm减小为6.0～5.5mm；
第3道次拉拔20～25min，铝合金圆杆的直径由6.0～5.5mm减小为5.0～4.5mm；
第4道次拉拔20～25min，铝合金圆杆的直径由5.0～4.5mm减小为4.2～3.8mm；
第5道次拉拔30～35min，铝合金圆杆的直径由4.2～3.8mm减小为3.5～3.0mm。
7.根据权利要求6所述的铝合金单线的制备方法，所述五道次拉拔步骤之后，还包括：将拉拔成型的3.5～3.0mm铝合金单线卷绕在线盘轴上，经空气冷却至室温，即得所述铝合金单线。
8.根据权利要求1所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述初始铝合金单线组分为：镁元素0.70％～0.90％，硅元素0.50％～0.70％，钇元素0.10％～0.20％，铈元素0.10％～0.20％，余量为铝元素；
其中，熔炼的配料为铝、镁、硅块状单质及铝-20％钇中间合金、铝-10％铈中间合金。
9.根据权利要求8所述的铝合金单线的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述初始铝合金单线组分为：镁元素0.85％，硅元素0.55％，钇元素0.10％，铈元素0.10％，余量为铝元素。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116000135A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-04-25 | 江苏中天科技股份有限公司 | 一种中强高导铝合金单丝生产工艺及其铝合金单丝 |
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2022
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