一种铝合金线及其制备方法
阅读说明：本技术 一种铝合金线及其制备方法 (Aluminum alloy wire and preparation method thereof ) 是由 陈庆吟 侯嘉鹏 马恒 王强 韦一力 张哲峰 冯强 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种铝合金线的制备方法,包括：将合金原料依次进行熔炼、浇铸、锻造、轧制、初期拉拔、时效和后期拉拔,得到铝合金线。本发明提供的方法制备得到的铝合金线为中强度高导电率的铝合金线,用于架空输电线路可以显著提高架空导线服役安全性,降低线路损耗,推动节能减排。本发明提供的铝合金线的制备方法具有操作简单,附加成本低等一系列优点,便于推广,应用前景广阔。本发明还提供了一种铝合金线。(The invention provides a preparation method of an aluminum alloy wire, which comprises the following steps: and sequentially smelting, casting, forging, rolling, drawing at the initial stage, aging and drawing at the later stage to obtain the aluminum alloy wire. The aluminum alloy wire prepared by the method provided by the invention is a medium-strength high-conductivity aluminum alloy wire, and can be used for an overhead transmission line, so that the service safety of an overhead conductor can be obviously improved, the line loss is reduced, and the energy conservation and emission reduction are promoted. The preparation method of the aluminum alloy wire provided by the invention has a series of advantages of simple operation, low additional cost and the like, is convenient to popularize and has wide application prospect. The invention also provides an aluminum alloy wire.)
技术领域
本发明属于高强高导金属导体技术领域，尤其涉及一种铝合金线及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，对电力的需求与日俱增。然而，我国电力生产和消费不均衡，主要煤电来自西北，主要水电来自西南，电力消费主体在东部，长距离输电是破解电力生产和消费不均衡问题的重要途径。因此，长距离输电线路被称为电力能源输送的“大动脉”，保障电能输送安全和节能对国民经济发展具有战略意义。强度和导电性能是架空输电导线重要的性能指标，与架空输电线路的安全性能和节能特性密切相关。
综合考虑金属结构材料的性能和成本，铝及铝合金是长距离架空输电线路常采用的金属导体材料。目前，我国高压，超高压和特高压架空输电线路常采用的导线为钢芯铝绞线，这种绞线内层为高强度钢线，外层为工业纯铝线，这种导线是目前世界上应用最为广泛的架空导线；其优点是结合了钢线的高强度与工业纯铝线的高导电率，结构简单，生产和应用较为成熟；缺点是钢线与铝线之间易发生腐蚀，由于芯部为钢线，在输电过程中会产生磁滞损耗和涡流损耗。为了解决钢芯铝绞线严重的腐蚀问题和磁滞损耗问题，世界范围内开始研发并使用中强度铝合金导线，并积累了丰富的经验，采用中强度铝合金线制备的全铝合金绞线替代钢芯铝绞线改善架空导线的服役性能是未来架空导线领域发展的趋势之一。
因此，提高架空铝线的强度和导电率是长距离输电导体材料领域不断追求的性能指标，提高中强度铝合金线的抗拉强度和导电率将改善架空输电线的服役安全性和节能性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金线及其制备方法，本发明提供的方法制备得到的铝合金线具有较好的强度和导电率，保障架空导线的服役安全，降低输电线路的电能损耗。
本发明提供了一种铝合金线的制备方法，包括：
将合金原料依次进行熔炼、浇铸、锻造、轧制、初期拉拔、时效和后期拉拔，得到铝合金线。
优选的，所述熔炼的温度为700～800℃。
优选的，所述浇铸后得到的铸件的直径为80～120mm，高度为450～550mm。
优选的，所述锻造过程中的始锻温度为450～550℃，终锻温度为300～370℃；
所述锻造完成后得到直径为40～50mm的铝合金棒。
优选的，所述轧制的方法为冷轧，所述轧制后得到直径为9.5～12.0mm的铝合金线。
优选的，所述初期拉拔的方法为冷拉拔；所述初期拉拔的变形量为30～50％。
优选的，所述时效的温度为170～200℃，所述时效的时间为2～8小时。
优选的，所述后期拉拔的方法为冷拉拔；所述初期拉拔和后期拉拔总的变形量为85％以上。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的铝合金线。
优选的，所述铝合金线的成分为：
余量为Al。
本发明提供了一种安全节能中强度铝合金丝线制备方法，主要包括真空熔炼制备铝合金铸锭，采用锻造获得铝合金棒，通过轧制获得铝合金杆，铝合金杆拉拔变形，拉拔态铝合金线时效处理，时效态铝合金线再拉拔变形。本发明结合了冷拉拔和时效工艺，采用塑性变形-时效处理-塑性变形的流程制备新型高性能中强度铝合金线，首先通过控制冷拉拔变形量，在铝合金线内引入缺陷，再对铝合金线进行时效处理，最大限度的诱发合金元素析出，最后再进行冷拉拔变形，继续提高铝合金线的强度，获得架空输电用中强度铝合金线。
附图说明
图1为本发明实施例制备铝合金线的工艺流程图；
图2为本发明实施例1中初期拉拔后的铝合金线的透射电镜图；
图3为本发明实施例1中时效后的铝合金线析出相的透射电镜图；
图4为本发明实施例1中后期拉拔后的析出相与位错交互作用的透射电镜图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明实施例制备铝合金线的工艺流程如图1所示，本发明提供了一种铝合金线的制备方法，包括：
将合金原料依次进行熔炼、浇铸、锻造、轧制、初期拉拔、时效和后期拉拔，得到铝合金线。
本发明对所述合金原料没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的制备铝合金的合金原料即可，本领域技术人员按照预获得成分的铝合金线对合金原料进行配料即可。
在本发明中，所述熔炼优选为真空熔炼，优选在真空熔炼炉中进行熔炼；所述熔炼的温度优选为700～800℃，更优选为720～780℃，更优选为740～760℃，最优选为750℃。
在本发明中，所述浇铸得到的铸锭的直径优选为80～120mm，更优选为90～110mm，最优选为100mm；铸锭的高度优选为450～550mm，更优选为480～520mm，最优选为500mm。
在本发明中，所述锻造过程中的始锻温度优选为450～550℃，更优选为480～520℃，最优选为500℃；终锻温度优选为300～370℃，更优选为310～360℃，更优选为320～350℃，最优选为330～340℃。
在本发明中，所述锻造完成后优选得到直径为40～50mm的铝合金棒；所述铝合金棒的直径优选为42～48mm，更优选为44～46mm，最优选为45mm。
在本发明中，所述轧制的方法优选为冷轧；所述轧制后优选得到直径为9.5～12mm的铝合金杆；所述铝合金杆的直径优选为10～11mm，更优选为10.5mm。
在本发明中，所述初期拉拔的方法优选为冷拉拔进行塑性变形；所述初期拉拔的变形量优选为30～50％，更优选为35～45％，最优选为40％；所述初期拉拔后优选得到铝合金线。
在本发明中，所述时效的温度优选为170～200℃，更优选为180～190℃，最优选为185℃；所述时效的时间优选为2～8小时，更优选为3～6小时，最优选为4～5小时。
在本发明中，所述后期拉拔的方法优选为冷拉拔；所述初期拉拔和后期拉拔总的变形量优选在85％以上，更优选为85～95％，更优选为90～95％，最优选95％。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的铝合金线。
在本发明中，所述铝合金线的成分优选为：
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选为0.6～0.7％，更优选为0.62～0.68％，更优选为0.64～0.66％，最优选为0.65％；所述Mg的质量含量优选为0.62～0.68％，更优选为0.64～0.66％，最优选为0.65％；所述Fe的质量含量优选为0.22～0.28％，更优选为0.24～0.26％，最优选为0.25％；所述Cu的质量含量优选为0.02～0.04％，更优选为0.03％；所述Zn的质量含量优选为0.01～0.04％，更优选为0.02～0.03％；所述Ti的质量含量优选为0.001～0.008％，更优选为0.002～0.006％，最优选为0.003～0.005％。
析出相是铝-镁-硅系合金线的重要微观组织结构，与铝合金线的强度和导电率密切相关；当合金元素以纳米析出相的形式析出时，一方面能够阻碍位错运动，起到析出强化的作用；另一方面能够净化基体，降低基体晶格畸变，提高导电率。因此，通过工艺处理使合金元素最大限度的以析出相的形式析出是铝-镁-硅合金线获得较好强度和导电率性能匹配的关键。冷拉拔可以引入缺陷提高铝合金线强度，当金属材料内部缺陷增多时，会为析出相的析出提供更多的形核点，此外，由于析出相对位错具有一定的钉扎作用，对存在析出相的铝合金进行塑性变形将会引入更高密度的位错。本发明结合了冷拉拔和时效工艺，采用塑性变形-时效处理-塑性变形的流程制备新型高性能中强度铝合金线，首先通过控制冷拉拔变形量，在铝合金线内引入缺陷，再对铝合金线进行时效处理，最大限度的诱发合金元素析出，最后再进行冷拉拔变形，继续提高铝合金线的强度，获得架空输电用中强度铝合金线。
实施例1
采用真空熔炼炉制备铝-镁-硅金属液，熔炼温度为750℃，通过浇铸得到铝-镁-硅合金铸锭，铸锭尺寸为直径100mm，高度500mm；
将上述制备得到的铝-镁-硅合金铸锭进行锻造，始锻温度为470℃，终锻温度为320℃，锻造至得到直径为40mm的铝-镁-硅合金棒；
将上述制备得到的铝-镁-硅合金棒进行冷轧处理，获得直径为10.0mm的铝-镁-硅合金杆；
对上述制备得到的铝-镁-硅合金杆进行冷拉拔塑性变形，拉拔至直径为4.5mm(变形量为79.75％)，获得拉拔态铝-镁-硅合金线，对其进行透射电镜检测，检测结果如图2所示，由图2可知，拉拔态铝-镁-硅合金线晶粒内部存在密度较大的位错，为第二相析出提供了大量的形核点；
对上述制备得到的拉拔态铝-镁-硅合金线进行时效处理，时效温度为175℃，时效时间为4小时，获得时效态铝-镁-硅合金线，对其进行透射电镜检测，检测结果如图3所示，由图3可知，对拉拔态铝-镁-硅合金线时效处理后，在铝-镁-硅合金线内部观察到了大量的纳米尺寸的析出相；
对上述制备得到的时效态铝-镁-硅合金线继续进行冷拉拔变形，获得直径为3.0mm的铝-镁-硅合金线(变形量为91％)，对其进行透射电镜检测，检测结果如图4所示，由图4可知，铝合金线中位错与析出相交互作用，大量位错缠结在析出相附近。
按照G/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验，第1部分：室温试验方法》对本发明实施例1制备的铝合金线进行拉伸试验检测；按照GB/T 3048.4-2007《电线电缆电性能试验方法，第4部分：导体直流电阻试验》对本发明实施例1制备的铝合金线进行电阻检测；检测结果为，本发明实施例1制备的铝合金线的抗拉强度为261.1MPa，导电率高达59.4％IACS。
采用GB/T 20975.25-2008《铝及铝合金化学分析方法第25部分：电感耦合等离子体原子发射光谱法》对本发明实施例1制备的铝合金线的成分进行检测，检测结果为，成分为：Si 0.56wt％，Mg 0.70wt％，Fe 0.18wt％，Cu 0.02wt％，Zn 0.03wt％，Ti 0.01wt％；余量为Al。
实施例2
采用真空熔炼炉制备铝-镁-硅金属液，熔炼温度为750℃，通过浇铸得到铝-镁-硅合金铸锭，铸锭尺寸为直径100mm，高度500mm；
将上述制备得到的铝-镁-硅合金铸锭进行锻造，始锻温度为470℃，终锻温度为320℃，锻造至得到直径为40mm的铝-镁-硅合金棒；
将上述制备得到的铝-镁-硅合金棒进行冷轧处理，获得直径为9.0mm的铝-镁-硅合金杆；
对上述制备得到的铝-镁-硅合金杆进行冷拉拔塑性变形，拉拔至直径为5mm(变形量为69.14％)，获得拉拔态铝-镁-硅合金线，继续对该铝-镁-硅合金线进行时效处理，时效温度为165℃，时效时间为6小时，获得时效态铝-镁-硅合金线；对该时效态铝-镁-硅合金线继续进行冷拉拔变形，获得直径为3.0mm的铝-镁-硅合金线(变形量为88.89％)。
按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的铝合金线进行检测；检测结果为，本发明实施例2制备的铝合金线的抗拉强度为255.6MPa，导电率高达60.1％IACS。
按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的铝合金线的成分进行检测，检测结果为，成分为：Si 0.50wt％，Mg 0.65wt％，Fe 0.12wt％，Cu 0.03wt％，Zn 0.02wt％，Ti0.01wt％；余量为Al。
实施例3
采用真空熔炼炉制备铝-镁-硅金属液，熔炼温度为700℃，通过浇铸得到铝-镁-硅合金铸锭，铸锭尺寸为直径100mm，高度500mm；
将上述制备得到的铝-镁-硅合金铸锭进行锻造，始锻温度为470℃，终锻温度为320℃，锻造至得到直径为40mm的铝-镁-硅合金棒；
将上述制备得到的铝-镁-硅合金棒进行冷轧处理，获得直径为9.0mm的铝-镁-硅合金杆；
对上述制备得到的铝-镁-硅合金杆进行冷拉拔塑性变形，拉拔至直径为4.0mm(变形量为80.25％)，获得拉拔态铝-镁-硅合金线；继续对该铝-镁-硅合金线进行时效处理，时效温度为165℃，时效时间为5小时，获得时效态铝-镁-硅合金线；对该时效态铝-镁-硅合金线继续进行冷拉拔变形，获得直径为2.5mm的铝-镁-硅合金线(变形量为92.28％)。
按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的铝合金线进行检测，检测结果为，本发明实施例3制备的铝合金线的抗拉强度为270.5MPa，导电率高达59.1％IACS。
按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的铝合金线的成分进行检测，检测结果为，成分为：Si 0.55wt％，Mg 0.72wt％，Fe 0.13wt％，Cu 0.02wt％，Zn 0.02wt％，Ti0.02wt％；余量为Al。
本发明实施例提供的方法制备的中强度铝-镁-硅合金线的强度和导电率能够保证架空输电线路的服役安全性，同时降低输电线路的电阻，降低线路损耗，节约电能。另外，本发明提供的安全节能中强度铝合金线的制备方法操作简单，易于实施，有利于工业大规模推广。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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