一种电缆导体用铝合金材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种电缆导体用铝合金材料及其制备方法 (Aluminum alloy material for cable conductor and preparation method thereof ) 是由 赵建军 童茜 邵立忠 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电缆导体用铝合金材料,包括下述质量百分比的化学成分：Fe：0.5-1％,Si：0.3-0.45％,Cu：0.15-0.25％,B：0.03-0.08％,Zr：0.05-0.1％、Ti：0.01-0.03％,La：0.03-0.05％、Sc：0.01-0.03％,Nb：0.01-0.03％,Cr+Mn+V≤0.04％,余量为Al。本发明还公开了电缆导体用铝合金材料的制备方法,包括：配料、熔炼、浇注、热挤压、冷拉拔和分级均匀化退火。本发明的电缆导体用铝合金材料具有电导率高、机械性能优良的特点,施工安全系数高、使用寿命长。(The invention discloses an aluminum alloy material for a cable conductor, which comprises the following chemical components in percentage by mass: fe: 0.5-1%, Si: 0.3-0.45%, Cu: 0.15-0.25%, B: 0.03 to 0.08%, Zr: 0.05-0.1%, Ti: 0.01-0.03%, La: 0.03-0.05%, Sc: 0.01-0.03%, Nb: 0.01-0.03%, Cr + Mn + V less than or equal to 0.04%, and the balance of Al. The invention also discloses a preparation method of the aluminum alloy material for the cable conductor, which comprises the following steps: proportioning, smelting, pouring, hot extrusion, cold drawing and graded homogenizing annealing. The aluminum alloy material for the cable conductor has the characteristics of high conductivity, excellent mechanical property, high construction safety factor and long service life.)
技术领域
本发明涉及电缆合金材料技术领域，尤其涉及一种电缆导体用铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金具有密度小、导电性能良好、机械性能高的特点，与传统的电缆用铜导线相比，以铝合金作为原材料生产的铝导线密度小、便于施工架设、原材料资源丰富，在电力工业领域得到越来越广泛的应用。随着电缆市场的深化发展和技术的进步，不仅需要铝导线具有良好的导电性能，而且，还对铝导线对外界环境的机械负载能力以及使用安全性和使用寿命提出了更高的要求。因此，电缆导体用铝合金材料在具备高电导率的同时，还需要提高抗拉强度、断裂伸长率等机械性能指标。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种电缆导体用铝合金材料及其制备方法。
本发明提出的一种电缆导体用铝合金材料，包括下述质量百分比的化学成分：
Fe：0.5-1％，Si：0.3-0.45％，Cu：0.15-0.25％，B：0.03-0.08％，Zr：0.05-0.1％、Ti：0.01-0.03％，La：0.03-0.05％、Sc：0.01-0.03％，Nb：0.01-0.03％，Cr+Mn+V≤0.04％，余量为Al。
优选地，所述的电缆导体用铝合金材料包括下述质量百分比的化学成分：
Fe：0.85％，Si：0.35％，Cu：0.22％，B：0.05％，Zr：0.07％、Ti：0.02％，La：0.04％、Sc：0.02％，Nb：0.02％，Cr+Mn+V≤0.04％，余量为Al。
一种所述的电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料、熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将所述铝合金熔体浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在挤压机中热挤压得到棒材，然后将棒材进行冷拉拔，得到铝合金坯体；
S4、将所述铝合金坯体进行分级均匀化退火，然后水冷冷却，即得所述电缆导体用铝合金材料。
优选地，所述步骤S4中，分级均匀化退火的具体步骤为：先在220-240℃退火20-40min，然后升至260-280℃退火60-80min。
优选地，所述步骤S3中，热挤压的挤压温度为425-435℃，挤压系数为16-18。
优选地，所述步骤S3中，冷拉拔的变形量为12-15％。
优选地，所述步骤S1中，熔炼的温度为760-780℃。
优选地，所述步骤S2中，浇注的温度为715-725℃。
本发明的有益效果如下：
本发明通过适量的Zr、Ti的添加，以及适量Sc的辅助作用，可以形成大量均匀、弥散的AlTiZr、AlZr以及AlSiTiZr多元析出相，通过细晶强化和弥散强化作用，大幅度提高了材料的机械性能，同时由于沉淀析出相对材料的电导率影响不大，因此可以使材料保持较高的电导率；B和稀土元素La、Sc、Nb可以与铝中的杂质元素形成金属间化合物析出相，起到净化杂质、减少固溶、提高电导率的作用；稀土元素La、Sc、Nb复配，还可以起到更好的细化晶粒的作用，有利于提高材料的机械性能和导电性。
本发明的铝合金材料制备过程中，通过合适条件的热挤压和冷拉拔结合，可以使热挤压形成的粗大晶粒发生破碎，生成新的细晶组织，从而提高材料的机械性能；再通过对冷拉拔后的材料进行分级均匀化退火，对分级退火的温度和时间进行调整，在充分退火消除内应力、提高材料机械性能的同时，避免了退火温度过高发生固溶，导致晶格畸变而使电导率下降，从而使材料能够保持高电导率。
本发明通过对化学成分以及制备工艺的优化，使制得的电缆导体用铝合金材料具有电导率高、机械性能优良的特点，从而有助于提高电缆的施工安全系数，延长电缆的使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种电缆导体用铝合金材料，包括下述质量百分比的化学成分：
Fe：0.5％，Si：0.3％，Cu：0.15％，B：0.03％，Zr：0.05％、Ti：0.01％，La：0.03％、Sc：0.01％，Nb：0.01％，Cr+Mn+V≤0.04％，余量为Al。
上述电缆导体用铝合金材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料，在760℃的条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将铝合金熔体在715℃的条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在挤压机中热挤压得到棒材，其中热挤压的挤压温度为425℃，挤压系数为16，然后将棒材进行冷拉拔，其中冷拉拔的变形量为12％，得到铝合金坯体；
S4、将所述铝合金坯体先在220℃退火40min，然后升至260℃退火80min，经过水冷冷却，得到电缆导体用铝合金材料。
实施例2
一种电缆导体用铝合金材料，包括下述质量百分比的化学成分：
Fe：1％，Si：0.45％，Cu：0.25％，B：0.08％，Zr：0.1％、Ti：0.03％，La：0.05％、Sc：0.03％，Nb：0.03％，Cr+Mn+V≤0.04％，余量为Al。
上述电缆导体用铝合金材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料，在780℃的条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将铝合金熔体在725℃的条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在挤压机中热挤压得到棒材，其中热挤压的挤压温度为435℃，挤压系数为18，然后将棒材进行冷拉拔，其中冷拉拔的变形量为15％，得到铝合金坯体；
S4、将所述铝合金坯体先在240℃退火20min，然后升至280℃退火80min，经过水冷冷却，得到电缆导体用铝合金材料。
实施例3
一种电缆导体用铝合金材料，包括下述质量百分比的化学成分：
Fe：0.85％，Si：0.35％，Cu：0.22％，B：0.05％，Zr：0.07％、Ti：0.02％，La：0.04％、Sc：0.02％，Nb：0.02％，Cr+Mn+V≤0.04％，余量为Al。
上述电缆导体用铝合金材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料，在750℃的条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将铝合金熔体在720℃的条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在挤压机中热挤压得到棒材，其中热挤压的挤压温度为430℃，挤压系数为17.5，然后将棒材进行冷拉拔，其中冷拉拔的变形量为14％，得到铝合金坯体；
S4、将所述铝合金坯体先在235℃退火25min，然后升至275℃退火75min，经过水冷冷却，得到电缆导体用铝合金材料。
对比例1
一种电缆导体用铝合金材料，包括下述质量百分比的化学成分：
Fe：0.85％，Si：0.35％，Cu：0.22％，B：0.05％，La：0.08％，Ti+Cr+Mn+V≤0.06％，余量为Al。
上述电缆导体用铝合金材料的制备方法包括下述步骤：
S1、按照化学成分进行配料，在750℃的条件下熔炼，得到铝合金熔体；
S2、将铝合金熔体在720℃的条件下浇注到模具中，得到铝合金铸锭；
S3、将所述铝合金铸锭先在挤压机中热挤压得到棒材，其中热挤压的挤压温度为430℃，挤压系数为17.5，然后将棒材进行冷拉拔，其中冷拉拔的变形量为14％，得到铝合金坯体；
S4、将所述铝合金坯体先在235℃退火25min，然后升至275℃退火75min，经过水冷冷却，得到电缆导体用铝合金材料。
对实施例1-3以及对比例1制得的铝合金材料进行性能测试，结果如表1所示：
表1铝合金材料性能测试结果
由此可见，本发明制得的铝合金材料既具有优良的导电性能，又能大幅度提高机械性能，具有较高的应用优势。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。