專利名稱：一種鋁合金導線的制備及在線形變熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁合金導線的制備及在線形變熱處理方法。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，作為國民經(jīng)濟的保障，電力工業(yè)得到了快速的發(fā)展。我國地域?qū)拸V，西部電力資源豐富，根據(jù)西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略部署，在電網(wǎng)的建設(shè)中對架空輸電導線的要求也越來越高，遠距離、大容量、大跨度的新型輸電線路的建設(shè)勢在必行。過去我國高壓架空輸電線路的導線，普遍采用鋼芯鋁合金絞線，但是，鋼 芯鋁合金絞線生產(chǎn)工藝落后，導線耐熱性能、抗腐蝕能力相對較差，線路的輸電容量受到一 定限制。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，采用高性能鋁合金絞線代替鋼芯鋁合金絞線受到國際普遍 關(guān)注。
世界各國研究和應(yīng)用鋁合金導線已有80多年的歷史，上世紀20年代，美國、瑞士和德國率先將鋁合金導線應(yīng)用于高壓輸電線路，法國和日本在50年代也相繼應(yīng)用。由于這種導線技術(shù)性能優(yōu)越，運行效果良好，特別是在超高壓線路和大跨越線路上使用效果更好，因而受到世界各國高度重視。我國鋁合金導線的研制始于上世紀60年代初期，當時曾在部分地區(qū)進行批量試用，但由于初期產(chǎn)品制造工藝不良，疲勞振動性能不能滿足要求，試用期間發(fā)生斷股現(xiàn)象，引起用戶的疑慮，試用工作陷于停頓，致使這種導線在我國的研制、應(yīng)用和推廣受到影響。與世界先進工業(yè)國家相比，鋁合金導線在我國的發(fā)展比較遲緩，應(yīng)用的數(shù)量也比較少。后來，我國的一些研究單位和制造廠家在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對這種導線的熱處理制造工藝不斷進行改進，使鋁合金導線的質(zhì)量大幅提高，但是各項技術(shù)性能指標仍不是非常理想。

發(fā)明內(nèi)容
針對如上所述，本發(fā)明提出一種鋁合金導線的制備及在線形變熱處理方法，首先進行合金成分設(shè)計與合金熔煉，之后將熔煉后的合金液注入到連續(xù)流變擠壓機，擠壓出鋁合金導線，利用連續(xù)流變擠壓成形線材的余溫，采用在線固溶冷卻水箱對鋁合金導線進行在線固溶，并隨后利用連續(xù)ECAE裝置對導線進行進一步形變處理和動態(tài)時效，最后卷取獲得高性能鋁合金導線。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種鋁合金導線的制備方法，包括如下步驟
第一步，純度大于99. 7%的工業(yè)純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為725 730°C時，向熔化的純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Ce中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分數(shù)為ZrO. 05% I. 50%, Ce O. 01% 3. 00%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于O. 02% ;加入中間合金后對熔體進行攪拌，當熔體溫度為725 730°C時保溫10 20min ；
第二步，合金液溫度為725°C時向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分數(shù)1%的C2Cl6進行除渣除氣，熔體在725°C靜置20min后扒渣，并向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉20min，氬氣的壓力為
1.6 2. 5MPa,流量為 4. 6 5. OL/min ；
第三步，精煉后的合金熔體在725°C時導入到中間包保溫；
第四步，將精練后的合金熔體在670°C注入到連續(xù)流變擠壓機，制備出直徑為2 IOmm的鋁合金導線。一種鋁合金導線的在線形變熱處理方法，包括如下步驟
第一步，將制備的鋁合金導線牽引到在線固溶冷卻水箱中，打開在線固溶冷卻水箱通水開關(guān)，使水箱中的冷卻水噴射到擠壓成形的鋁合金導線上，對鋁合金導線進行在線固溶處理，在線固溶溫度為400 550°C，冷卻水流量為15 20L/min，固溶冷卻水箱長度8m，走線速度為20 50m/min ；
第二步，對固溶后的鋁合金導線進行I 4道次連續(xù)ECAE，利用連續(xù)ECAE變形熱進行動態(tài)時效，工作輥轉(zhuǎn)速為20 50m/min，時效溫度控制在150 190°C ；
第三步，采用卷取機將時效后的導線進行卷取。一種鋁合金導線的在線形變熱處理用的在線固溶冷卻水箱，其中，在線固溶冷卻水箱包括箱體和支架，在所述箱體上設(shè)有入水口、入口引導輪、出水口和出口引導輪，箱體內(nèi)設(shè)有入水管，所述入水管上設(shè)有多個噴水管。本發(fā)明的有益效果為
1、針對在線形變熱處理強化，設(shè)計了一種新型合金成分，通過在線形變熱處理來提高鋁導線的性能，具有工藝簡便、成本低、容易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點；
2、本發(fā)明采用形變熱處理來提高導線性能，形變熱處理是將形變強化與熱處理強化相結(jié)合來提高導線性能的方法。連續(xù)ECAE是一種典型的大變形形變強化方法，將連續(xù)ECAE與動態(tài)時效結(jié)合可實現(xiàn)鋁合金導線加工過程的在線強化；
3、本發(fā)明將在線固溶方法、連續(xù)ECAE大變形方法和動態(tài)時效有機結(jié)合，實現(xiàn)了連續(xù)流變擠壓成形鋁合金導線的在線形變熱處理，實現(xiàn)了鋁合金導線成形和在線形變熱處理的一體化和連續(xù)化，具有流程短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能好的特點。


圖I為本發(fā)明一種制備鋁合金導線的在線形變熱處理方法示意 圖2為在線固溶冷卻水箱的結(jié)構(gòu)示意 圖3為圖2的左視不意 圖4為本發(fā)明制備的高強鋁合金導線的內(nèi)部組織圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步描述
如圖I、圖2、圖3所示，制備鋁合金導線的在線形變熱處理裝置包括在線固溶冷卻水箱
2、連續(xù)ECAE裝置和卷曲機7。在線固溶冷卻水箱包括箱體10和支架15，在箱體10上設(shè)有入水口 8、入口引導輪9、出口引導輪13和出水口 14，噴水管11、入水管12設(shè)在箱體10內(nèi)，其中噴水管11為內(nèi)徑20mm,壁厚5mm的圓管,將噴水管彎成圓弧形固定在箱體10內(nèi)，圓弧直徑為300mm，該圓弧形的噴水管內(nèi)側(cè)有四個間距相等，直徑為IOmm圓孔，以便水能直接從該圓孔噴出，并排的圓弧形的噴水管間距為200mm，管內(nèi)水流量速度可達50L/min ;入水管12為方形管，其內(nèi)徑截面長為200mm，寬為100mm，壁厚為5mm，入水管12固定在箱體上側(cè)，冷卻水流量可達50L/min。入水管12連接入水口 8，在入水管12上連通多個噴水管11，制備的鋁合金導線經(jīng)入口引導輪9進入箱體10內(nèi)，噴水管11噴出的水流使鋁合金導線冷后，經(jīng)出口引導輪進入連續(xù)ECAE裝置。通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量，可控制在線固溶溫度。連續(xù)ECAE裝置包括工作輥3、導向輪5、進料靴6和底座支架4。鋁合金導線I經(jīng)在線固溶水箱2在線固溶后，進入連續(xù)ECAE裝置進行I 4道次連續(xù)ECAE，利用連續(xù)ECAE變形熱進行動態(tài)時效，最后采用卷取機7將時效后的導線進行卷取。

制備鋁合金導線的方法，包括如下步驟
第一步，進行Al-Zr-Ce合金設(shè)計與熔煉，以工業(yè)純鋁(純度大于99. 7%)為基礎(chǔ)，純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為725°C時，向熔化的純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Ce中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分數(shù)為=Zr O. 10%, Ce O. 6%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于O. 02%,加入中間合金后對熔體進行攪拌，熔體溫度為725°C時保溫10 20min ；
第二步，合金液溫度為725°C時向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分數(shù)的1%的C2Cl6進行除渣除氣，熔體在725°C靜置20min后扒渣，并向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉20min，其壓力為
2.OMPa，流量為 4. 6L/min。第三步，精煉后的合金熔體在725°C時導入到中間包保溫。第四步，將精練后的合金熔體在670°C注入到連續(xù)流變擠壓機，制備出直徑為5mm的鋁合金導線。鋁合金導線的在線形變熱處理方法，包括如下步驟
第一步，打開在線固溶冷卻水箱通水開關(guān)，將導線牽引到冷卻水箱中，使水箱中冷卻水噴射到擠壓成形的導線上，對鋁合金導線進行在線固溶處理，在線固溶溫度為400°C，冷卻水流量為15L/min，固溶冷卻水箱長度2m，走線速度為20m/min ；
第二步，對固溶后的鋁合金導線進行2道次連續(xù)ECAE，利用連續(xù)ECAE變形熱進行動態(tài)時效，工作輥轉(zhuǎn)速為20m/min，時效溫度控制在180°C ；
第三步，采用卷取機將時效后的導線進行卷取。如圖4所示，采用本發(fā)明方法制備了組織性能良好的鋁合金導線，其組織得到明顯細化，力學性能得到顯著提高，其抗拉強度為224Mpa，伸長率為7%，等效導電率為59%IACS0最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金導線的制備方法，其特征在于包括如下步驟 第一步，純度大于99. 7%的工業(yè)純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為725 730°C時，向熔化的純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Ce中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分數(shù)為Zr0.05% I. 50%, Ce O. 01% 3. 00%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于O. 02% ;加入中間合金后對熔體進行攪拌，當熔體溫度為725 730°C時保溫10 20min ； 第二步，合金液溫度為725°C時向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分數(shù)1%的C2Cl6進行除渣除氣，熔體在725°C靜置20min后扒渣，并向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉20min，氬氣的壓力為1.6 2. 5MPa,流量為 4. 6 5. OL/min ； 第三步，精煉后的合金熔體在725°C時導入到中間包保溫； 第四步，將精練后的合金熔體在670°C注入到連續(xù)流變擠壓機，制備出直徑為2 IOmm的鋁合金導線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鋁合金導線的在線形變熱處理方法，其特征在于包括如下步驟 第一步，將制備的鋁合金導線牽引到在線固溶冷卻水箱中，打開在線固溶冷卻水箱通水開關(guān)，使水箱中的冷卻水噴射到擠壓成形的鋁合金導線上，對鋁合金導線進行在線固溶處理，在線固溶溫度為400 550°C，冷卻水流量為15 20L/min，固溶冷卻水箱長度8m，走線速度為20 50m/min ； 第二步，對固溶后的鋁合金導線進行I 4道次連續(xù)ECAE，利用連續(xù)ECAE變形熱進行動態(tài)時效，工作輥轉(zhuǎn)速為20 50m/min，時效溫度控制在150 190°C ； 第三步，采用卷取機將時效后的導線進行卷取。
3.—種鋁合金導線的在線形變熱處理用的在線固溶冷卻水箱，其特征在于在線固溶冷卻水箱包括箱體和支架，在所述箱體上設(shè)有入水口、入口引導輪、出水口和出口引導輪，箱體內(nèi)設(shè)有入水管，所述入水管上設(shè)有多個噴水管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金導線的制備及在線形變熱處理方法，第一步，將制備的鋁合金導線牽引到在線固溶冷卻水箱中，打開通水開關(guān)，使水箱中的冷卻水噴射到擠壓成形的鋁合金導線上進行在線固溶處理，在線固溶溫度為400～550℃，冷卻水流量為15～20L/min，固溶冷卻水箱長度8m，走線速度為20～50m/min；第二步，對固溶后的鋁合金導線進行1～4道次連續(xù)ECAE，利用連續(xù)ECAE變形熱進行動態(tài)時效；第三步，采用卷取機將時效后的導線進行卷取。本發(fā)明將在線固溶方法、連續(xù)ECAE大變形和動態(tài)時效有機結(jié)合，實現(xiàn)了鋁合金導線成形和在線形變熱處理的一體化和連續(xù)化，具有流程短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能好的特點。
文檔編號C22F1/04GK102925827SQ20121048969
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者管仁國, 鈔潤澤, 趙彤, 劉春明, 趙紅亮 申請人:東北大學