專利名稱：一種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法。
背景技術(shù)：
電カ在國民經(jīng)濟(jì)中處于基礎(chǔ)和戰(zhàn)略地位。我國是電カ大國，但是電カ裝備制造業(yè)與之很不相稱。架空輸電導(dǎo)線作為輸送電カ的載體，在輸電線路中占有極為重要的地位。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力的需求大幅度攀升，特別是西部大開發(fā)的戰(zhàn)略實(shí)施和國家電カ發(fā)展的戰(zhàn)略調(diào)整，三峽輸電工程線路的不斷延伸，西電東送、南北互通、全國聯(lián)網(wǎng)、新線路輸電容量不斷増大、老線路增容改造使鋁導(dǎo)線需求量大幅度増加，潛在市場巨大，高強(qiáng)鋁導(dǎo)線擁有更廣闊的市場。架空輸電導(dǎo)線要求具有良好的電導(dǎo)率，并具有較高的強(qiáng)度以支持 自重、風(fēng)載荷和冰載荷等。我國多高山峽谷，在大跨距高壓架空輸電線路上，使用最多的是鋼芯鋁合金絞線，這種導(dǎo)線生產(chǎn)エ藝落后，導(dǎo)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。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，采用高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線代替鋼芯鋁合金絞線受到國際普遍關(guān)注。目前國內(nèi)高強(qiáng)鋁合金絞線的生產(chǎn)和應(yīng)用還處于起步階段，高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線材料仍需進(jìn)ロ，因此開發(fā)低成本的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線新材料及其制備技術(shù)對電カ行業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。目前，西歐、北歐、北美、日本等國家廣泛采用全鋁合金絞線，法國高達(dá)80%以上。國外在全鋁合金導(dǎo)線生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，如美國材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTM (ASTM399-81，53% IACS, Rm295 304MPa)、英國標(biāo)準(zhǔn) BS(BS3242-1970，53%IACS，Rm295 MPa)、德國標(biāo)準(zhǔn)DIN(DIN48201-6，55%IACS，Rm279 MPa)、法國標(biāo)準(zhǔn) NF (NFC34-125，53%IACS，Rm330 MPa)，以及國際電エ委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC等。國內(nèi)生產(chǎn)エ藝與國外相比還存在較大差距，全鋁合金導(dǎo)線應(yīng)用比例不足全部架空導(dǎo)線的5%。目前國產(chǎn)鋁合金導(dǎo)線性能不理想，存在以下問題需要解決①鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)性能與導(dǎo)電性能往往不能很好的兼顧。Al-Mg-Si合金導(dǎo)線強(qiáng)度較高(300MPa)，但是導(dǎo)電率較低(52. 5-55. 0%IACS)，而Al-Zr合金導(dǎo)線等效導(dǎo)電率高(可達(dá)60%IACS)，但其強(qiáng)度較低(225-245MPa)。②生產(chǎn)エ藝比較單ー鋁合金的熔煉與凈化——鋁合金桿連鑄連軋——鋁合金桿固溶處理——淬火——鋁合金線材拉伸——絞線成電纜。③高強(qiáng)耐熱Al-Zr導(dǎo)線研究仍不成熟，要求強(qiáng)度和導(dǎo)電性能分別達(dá)到295MPa和60%IACS以上，是鋁導(dǎo)線開發(fā)的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
針對如上問題，本發(fā)明開發(fā)了ー種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法，具有短流程、節(jié)能環(huán)保、加工效率高、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、容易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于包括如下步驟 第一歩，制備及熔煉Al-Zr-Sc-Er合金，將純度大于99. 9%的純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為680 720°C吋，向熔化的純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中間合金，并進(jìn)行攪拌，熔體溫度為680 720°C時(shí)保溫10 20min ；
第二步，合金液溫度為700°C時(shí)向合金熔體中加入除渣劑，進(jìn)行除渣除氣，熔體在700°C靜置20min后扒渣，并向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓カ為I I. 515MPa，流量為 I 4L/min ；
第三步，精煉后的合金熔體在700°C時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫；
第四歩，將中間包中的合金液在670 700°C時(shí)注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，設(shè)定傾斜板的傾斜角度為20°，傾斜板長度為650mm，振動(dòng)頻率為150 200Hz，傾斜板冷卻系統(tǒng)冷卻水流量為I 10L/min,合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬衆(zhòng)料；
第五歩，將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，制備出直徑為2 15mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，制備鋁合金導(dǎo)線時(shí)半固態(tài)連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輥轉(zhuǎn)速為20 50m/min，擠 壓輥中冷卻水流量為50 60L/min。作為優(yōu)選，所述Al-Zr-Sc-Er合金中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zr O. 01% 2. 00%, Sc
0.01% 3. 00%, Er O. 01% 3. 00%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于O. 03%。作為優(yōu)選，所述步驟ニ中加入的除渣劑為占熔體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的C2C16。本發(fā)明首先進(jìn)行合金成分設(shè)計(jì)與合金熔煉，然后將熔煉的合金液注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，合金液流過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬漿料，之后將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，通過半固態(tài)連續(xù)擠壓制備出高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線。本發(fā)明的有益效果為
1、本發(fā)明設(shè)計(jì)了ー種新型合金成分，通過添加強(qiáng)化元素來提高鋁導(dǎo)線的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能;
2、本發(fā)明將振動(dòng)冷卻傾斜板制備半固態(tài)金屬漿料與連續(xù)半固態(tài)擠壓有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)冷卻傾斜板制備的半固態(tài)金屬漿料直接連續(xù)擠壓成形，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了半固態(tài)漿料的制備和半固態(tài)連續(xù)擠壓成形的一體化和連續(xù)化；
3、本發(fā)明首先進(jìn)行合金成分設(shè)計(jì)與合金熔煉，然后將熔煉的合金液注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，合金液流過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬漿料，之后將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，通過半固態(tài)連續(xù)擠壓制備出高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，具有短流程、節(jié)能環(huán)保、加工效率高、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、容易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)；
4、利用該技術(shù)制備的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線其力學(xué)性能和導(dǎo)線性能為300 310MPa和60 60. 5%IACS，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。


圖I為本發(fā)明制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形裝置示意 圖2為本發(fā)明擠壓模具示意 圖3為本發(fā)明制備的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線及其內(nèi)部組織。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述
如圖I、圖2、圖3所示，制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形裝置包括熔煉爐
1、中間包2、波浪型傾斜板流變鑄造裝置3、液壓裝置4、軸5、擠壓輥6、軸7、固定螺栓8、底座9、機(jī)架10、擠壓模具11、擠壓靴12、液壓裝置13、卷取裝置14。波浪型傾斜板流變鑄造裝置3主要包括冷卻傾斜板、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧和機(jī)架，冷卻傾斜板為波浪形。冷卻傾斜板經(jīng)彈簧固定在機(jī)架上，振動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端連接冷卻傾斜板。振動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電磁振動(dòng)器。冷卻傾斜板(即傾斜板冷卻系統(tǒng))為中空結(jié)構(gòu)，冷卻水通過進(jìn)水口和出水ロ在中空部分流動(dòng)，對傾斜板進(jìn)行冷卻。擠壓機(jī)包括液壓裝置4、軸5、擠壓輥6、軸7、固定螺栓8、底座9、機(jī)架10、擠壓模具
11、擠壓靴12和液壓裝置13。實(shí)施例中的擠壓機(jī)為連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)。機(jī)架10通過固定螺栓8和底座9固定在地上。擠壓輥6通過軸5固定在機(jī)架10上。擠壓靴12通過軸7、液壓裝置4、液壓裝置13固定在機(jī)架10上。液壓裝置4固定在機(jī)架10上。液壓裝置13固定在底座9上。擠壓模具11安裝在擠壓靴12上。在使用時(shí)，首先進(jìn)行合金的制備及熔煉，然后將熔煉的合金液注入到振動(dòng)的冷卻 傾斜板3上，合金液流過振動(dòng)的冷卻傾斜板3后形成半固態(tài)金屬漿料，之后將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，通過半固態(tài)連續(xù)擠壓制備出高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線。本發(fā)明將振動(dòng)冷卻傾斜板制備半固態(tài)金屬漿料與連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)冷卻傾斜板制備的半固態(tài)金屬漿料直接連續(xù)擠壓成形。實(shí)施例I :
第一歩，進(jìn)行Al-Zr-Sc-Er合金設(shè)計(jì)與熔煉，以高純鋁(純度大于99. 9%)為基礎(chǔ)，高純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為720°C吋，向熔化的高純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Sc,Al-Er中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zr O. 01%, Sc O. 10%, Er I. 00%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于O. 03%，加入中間合金后對熔體進(jìn)行攪拌，在700°C時(shí)保溫20min。第二步，合金液溫度為700°C時(shí)向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%的C2Cl6進(jìn)行除渣除氣，熔體在700°C靜置20min后扒渣，井向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓カ為IMPa，流量為 2L/min。第三步，精煉后的合金熔體在700°C時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫。第四歩，將中間包中的合金液在690°C注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，設(shè)定傾斜板的傾斜角度為20°，傾斜板長度為650mm，振動(dòng)頻率為150 200Hz，傾斜板冷卻系統(tǒng)冷卻水流量為2L/min，合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬漿料。第五步,將制備的半固態(tài)金屬衆(zhòng)料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī),制備出直徑為5mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，制備鋁合金導(dǎo)線時(shí)半固態(tài)連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輥轉(zhuǎn)速為40m/min，擠壓輥中冷卻水流量為50L/min。該高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)性能和導(dǎo)線性能分別為300MPa和60%IACS。實(shí)施例2:
第一歩，制備及熔煉Al-Zr-Sc-Er合金，將純度大于99. 9%的純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為720°C吋，向熔化的高純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zr 2. 00%, Sc O. 01%, Er O. 01%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于
O.03%，加入中間合金后對熔體進(jìn)行攪拌，在700°C時(shí)保溫20min。第二步，合金液溫度為700°C時(shí)向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%的C2Cl6進(jìn)行除渣除氣，熔體在700°C靜置20min后扒渣，井向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓カ為IMPa，流量為 2L/min。
第三步，精煉后的合金熔體在700°C時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫。第四歩，將中間包中的合金液在690°C注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，設(shè)定傾斜板的傾斜角度為20°，傾斜板長度為650mm，振動(dòng)頻率為200Hz，傾斜板冷卻系統(tǒng)冷卻水流量為lL/min,合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬衆(zhòng)料。第五歩，將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，制備出直徑為2mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，制備鋁合金導(dǎo)線時(shí)半固態(tài)連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輥轉(zhuǎn)速為50m/min，擠壓輥中冷卻水流量為60L/min。該高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)性能和導(dǎo)線性能分別為310MPa和60.2%IACS。實(shí)施例3
第一歩，制備及熔煉Al-Zr-Sc-Er合金，將純度大于99. 9%的純鋁在加熱爐中加熱熔 化后，在溫度為720°C吋，向熔化的高純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zr I. 00%, Sc 2. 00%, Er I. 50%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于
0.03%，加入中間合金后對熔體進(jìn)行攪拌，在700°C時(shí)保溫20min。第二步，合金液溫度為700°C時(shí)向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%的C2Cl6進(jìn)行除渣除氣，熔體在700°C靜置20min后扒渣，井向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓カ為
1.IMPa，流量為 I. 8L/min。第三步，精煉后的合金熔體在700°C時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫。第四歩，將中間包中的合金液在690°C注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，設(shè)定傾斜板的傾斜角度為20°，傾斜板長度為650mm，振動(dòng)頻率為150Hz，傾斜板冷卻系統(tǒng)冷卻水流量為IOL/min,合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬衆(zhòng)料。第五歩，將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，制備出直徑為15mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，制備鋁合金導(dǎo)線時(shí)半固態(tài)連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輥轉(zhuǎn)速為20m/min，擠壓輥中冷卻水流量為50L/min。該高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)性能和導(dǎo)線性能分別為310MPa和60.5%IACS。實(shí)施例4
第一歩，制備及熔煉Al-Zr-Sc-Er合金，將純度大于99. 9%的純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為720°C吋，向熔化的高純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中間合金，合金中各成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zr O. 05%, Sc 3. 00%, Er O. 06%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于
O.03%，加入中間合金后對熔體進(jìn)行攪拌，在700°C時(shí)保溫20min。第二步，合金液溫度為700°C時(shí)向合金熔體中加入熔體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%的C2Cl6進(jìn)行除渣除氣，熔體在700°C靜置20min后扒渣，井向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓カ為IMPa，流量為 2L/min。第三步，精煉后的合金熔體在700°C時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫。第四歩，將中間包中的合金液在690°C注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，設(shè)定傾斜板的傾斜角度為20°，傾斜板長度為650mm，振動(dòng)頻率為200Hz，傾斜板冷卻系統(tǒng)冷卻水流量為2L/min,合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬衆(zhòng)料。第五歩，將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，制備出直徑為3mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，制備鋁合金導(dǎo)線時(shí)半固態(tài)連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輥轉(zhuǎn)速為50m/min，擠壓輥中冷卻水流量為60L/min。該高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)性能和導(dǎo)線性能分別為305MPa和60.2%IACS。最后說明的是，以上實(shí)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(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于包括如下步驟 第一步，制備及熔煉Al-Zr-Sc-Er合金，將純度大于99. 9%的純鋁在加熱爐中加熱熔化后，在溫度為680 720°C時(shí)，向熔化的純鋁熔體中加入Al-Zr、Al-Sc, Al-Er中間合金，并進(jìn)行攪拌，熔體溫度為680 720°C時(shí)保溫10 20min ； 第二步，合金液溫度為700°C時(shí)向合金熔體中加入除渣劑，進(jìn)行除渣除氣，熔體在700°C靜置20min后扒渣，并向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓力為I I. 515MPa，流量為 I 4L/min ； 第三步，精煉后的合金熔體在700°C時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫； 第四步，將中間包中的合金液在670 700°C時(shí)注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，設(shè)定傾斜板的傾斜角度為20°，傾斜板長度為650mm，振動(dòng)頻率為150 200Hz，傾斜板冷卻系統(tǒng)冷卻水流量為I 10L/min,合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬衆(zhòng)料； 第五步，將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，制備出直徑為2 15mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，制備鋁合金導(dǎo)線時(shí)半固態(tài)連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輥轉(zhuǎn)速為20 50m/min，擠壓輥中冷卻水流量為50 60L/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于所述Al-Zr-Sc-Er合金中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zr 0. 01% 2. 00%, Sc 0. 01% .3.00%, Er 0. 01% 3. 00%，余量為Al，雜質(zhì)含量低于0. 03%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于所述步驟二中加入的除渣劑為占熔體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的C2C16。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的連續(xù)半固態(tài)擠壓成形方法，包括如下步驟第一步，制備及熔煉Al-Zr-Sc-Er合金；第二步，合金液溫度為700℃時(shí)向合金熔體中加入除渣劑，進(jìn)行除渣除氣，熔體在700℃靜置20min后扒渣，并向熔化爐內(nèi)通入氬氣精煉30min，其壓力為1～1.515MPa，流量為1～4L/min；第三步，精煉后的合金熔體在700℃時(shí)導(dǎo)入到中間包保溫；第四步，將中間包中的合金液在670～700℃時(shí)注入到振動(dòng)的冷卻傾斜板上，合金液通過振動(dòng)的冷卻傾斜板后形成半固態(tài)金屬漿料；第五步，將制備的半固態(tài)金屬漿料注入到連續(xù)半固態(tài)擠壓機(jī)，制備出直徑為2～15mm的高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線。本發(fā)明具有短流程、節(jié)能環(huán)保、加工效率高、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、容易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01B1/02GK102856009SQ201210357149
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者管仁國, 左良, 趙占勇, 鈔潤澤, 趙紅亮, 胡芳友 申請人:東北大學(xué)