本發(fā)明屬于鋁合金導(dǎo)線制造領(lǐng)域，具體是涉及一種高強耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制造方法。
背景技術(shù)：
：耐熱鋁合金導(dǎo)線是指在溫度和載荷的長時間作用下具有抵抗塑性變形和破壞能力的鋁合金導(dǎo)線。耐熱鋁合金導(dǎo)線的耐熱性能通常采用強度保持率大于90%來表征，即經(jīng)加熱后再恢復(fù)到室溫下的抗拉強度能夠維持在初始值的90%以上。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對電力的需求急劇增長，輸電線路日益向大容量方向發(fā)展，這就要求增大導(dǎo)線的輸電容量。目前，我國的輸電導(dǎo)線主要還是傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，這種鋼芯鋁絞線雖然強度高，但電能損耗大，耐熱性差，輸電容量受到很大的限制。隨著我國城市電網(wǎng)增容擴容改造以及長距離大容量輸電工程的建設(shè)，迫切需要開發(fā)新型的高強度、高導(dǎo)電率的耐熱鋁合金導(dǎo)線。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種強度高、塑性好、導(dǎo)電率高、耐熱性能優(yōu)良的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線，其特點是由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Fe0.5～0.6%，Si0.1～0.2%，Cu0.06～0.07%，Zr0.05～0.07%，C0.002～0.004%，Re0.03～0.05%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr25.2%，Nd20.6%，Pm21.3%，Sm13.8%，Gd19.1%。優(yōu)選的，本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Fe0.5%，Si0.15%，Cu0.065%，Zr0.06%，C0.003%，Re0.04%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr25.2%，Nd20.6%，Pm21.3%，Sm13.8%，Gd19.1%。本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的制備方法，其特點是包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-20Fe合金、Al-10Zr合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re作為原材料；第二步：在760～780℃將工業(yè)純鋁錠加熱熔化，并加入占原材料總重量0.1～0.2%的速溶硅、0.6～0.7%的Al-10Cu合金、2～2.5%的Al-20Fe合金和0.4～0.5%的Al-10Zr合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：對鋁合金液進行爐內(nèi)精煉除氣除雜處理，扒渣后，加入占原材料總重量0.2～0.4%的Al-5Zr-1C合金和0.03～0.05%的混合稀土Re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上的石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為100～120轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為50～60KPa的除氣箱和孔隙度為30～50ppi的陶瓷過濾板進行在線除氣過濾處理；第五步：在結(jié)晶輪轉(zhuǎn)動線速度為13～15米/分鐘、終軋速度為10～12米/秒的條件下，將鋁合金液連鑄連軋成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿；第六步：在道次拉拔變形量為4～5%、拉拔速度為5～7米/秒的條件下，將鋁合金圓桿拉拔成直徑為1～3毫米的鋁合金線，得到高強耐熱鋁合金導(dǎo)線。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：本發(fā)明高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的室溫抗拉強度大于215MPa，伸長率大于12%，導(dǎo)電率大于60%，在230℃持續(xù)加熱1小時后的強度保持率大于91%，具有強度高、塑性好、導(dǎo)電率高和耐熱性能優(yōu)良的特點，適合于制造城市電網(wǎng)增容擴容改造和長距離大容量輸電工程建設(shè)用鋁合金電纜，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Fe0.5～0.6%，Si0.1～0.2%，Cu0.06～0.07%，Zr0.05～0.07%，C0.002～0.004%，Re0.03～0.05%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，最優(yōu)的成分及質(zhì)量百分比為：Fe0.5%，Si0.15%，Cu0.065%，Zr0.06%，C0.003%，Re0.04%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%。所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr25.2%，Nd20.6%，Pm21.3%，Sm13.8%，Gd19.1%。其中，F(xiàn)e在鋁合金導(dǎo)線中可形成熱穩(wěn)定性極好的Al3Fe、Al2FeSi、FeSiAl3、Fe2SiAl8等過剩相，增強鋁合金導(dǎo)線的強度和耐熱性能。Fe含量越高，過剩相的數(shù)量也越多，鋁合金導(dǎo)線的強度和耐熱性越好。但Fe含量太高也會降低鋁合金的塑性、抗應(yīng)力腐蝕性能和疲勞性能。由于工業(yè)純鋁錠中含有0.1%的Fe，因此，選擇添加2～2.5%的Al-20Fe合金，鋁合金導(dǎo)線中Fe含量為0.5～0.6%，優(yōu)選的，Al-20Fe合金添加量為2%，鋁合金導(dǎo)線中Fe含量為0.5%。Si在鋁合金導(dǎo)線中除了具有固溶強化作用外，最重要的是Si可與鋁合金導(dǎo)線中的Fe形成熱穩(wěn)定性極好的Al2FeSi、FeSiAl3、Fe2SiAl8等過剩相，增強鋁合金導(dǎo)線的強度和耐熱性能。Si含量太高也會降低鋁合金導(dǎo)線的塑形和導(dǎo)電性能，因此，為了確保鋁合金導(dǎo)線獲得足夠的強度、耐熱性和導(dǎo)電性能，Si含量選擇在0.1～0.2%，最優(yōu)的Si含量為0.15%。Cu在鋁合金導(dǎo)線中除了具有固溶強化作用外，還可形成強化效果極為明顯的CuAl2相，增強鋁合金導(dǎo)線的強度。Cu含量越高，CuAl2相的數(shù)量越多，鋁合金導(dǎo)線的強度越高。但Cu含量太高也會降低鋁合金導(dǎo)線的耐腐蝕性能，并且Cu的價格較貴，Cu含量太高會增加鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)成本。因此，Cu含量選擇在0.06～0.07%，最優(yōu)的Cu含量為0.065%。Zr在鋁合金導(dǎo)線中可析出細小彌散的Al3Zr相，Al3Zr相在高溫下不分解，具有釘扎位錯及晶界的作用，可阻礙晶內(nèi)的滑移和晶界的滑移，降低裂紋的擴展速度，提高鋁合金導(dǎo)線的耐熱性能。但Zr的加入也會引起鋁基體的晶體點陣畸變，增加電子散射從而降低導(dǎo)電率。在保證鋁合金導(dǎo)線獲得足夠的耐熱性和導(dǎo)電性的雙重要求下，因此選擇添加0.4～0.5%的Al-10Zr合金，鋁合金導(dǎo)線中含有0.04～0.05%的Zr，最優(yōu)的，選擇添加0.45%的Al-10Zr合金，鋁合金導(dǎo)線中含有0.045%的Zr。C是以Al-5Zr-1C合金的形式加入到鋁合金導(dǎo)線中，Al-5Zr-1C合金是由氟鋯酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應(yīng)得到，內(nèi)部含有大量的ZrC粒子。Al5Zr1C合金是一種新型的鋁合金晶粒細化劑，發(fā)明人的大量實驗證明，Al5Zr1C合金比現(xiàn)有的Al5Ti1B和Al5Ti1C合金具有更強的晶粒細化能力，添加0.2～0.4%的Al-5Zr-1C合金，鋁合金導(dǎo)線中含有0.01～0.02%的Zr和0.002～0.004%的C，可顯著細化鋁合金的晶粒，改善鋁合金導(dǎo)線的組織均勻性，提高鋁合金導(dǎo)線的強度和塑性，優(yōu)選的，Al-5Zr-1C合金添加量為0.3%，鋁合金中含有0.015%的Zr和0.003%的C。Re是含有Pr、Nd、Pm、Sm、Gd共5種輕稀土元素的混合稀土，輕稀土元素的物理化學(xué)性質(zhì)活潑，能與鋁合金液中的氫、氧、錳、鋅、鉻等雜質(zhì)元素反應(yīng)生成高熔點、高穩(wěn)定性的稀土化合物，對鋁合金液有深度凈化作用，可以消除雜質(zhì)元素對力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的有害影響。另外，形成的稀土化合物具有熔點高、硬度高和熱穩(wěn)定性好的特點，偏聚在相界和晶界可提高相界和晶界的強度和抗蠕變能力，進一步提高鋁合金導(dǎo)線強度和耐熱性。發(fā)明人的大量實驗研究證明，添加含有Pr、Nd、Pm、Sm、Gd共5種輕稀土元素的混合稀土的效果比添加一種或少數(shù)幾種輕稀土元素的效果更好，因此，選擇添加0.03～0.05%的混合稀土Re，優(yōu)選的，混合稀土Re添加量為0.04%。本發(fā)明還提供了該高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的制造方法，具體由以下步驟組成：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-20Fe合金、Al-10Zr合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re作為原材料；第二步：在760～780℃將工業(yè)純鋁錠加熱熔化，并加入占原材料總重量0.1～0.2%的速溶硅、0.6～0.7%的Al-10Cu合金、2～2.5%的Al-20Fe合金和0.4～0.5%的Al-10Zr合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：對鋁合金液進行爐內(nèi)精煉除氣除雜處理，扒渣后，加入占原材料總重量0.2～0.4%的Al-5Zr-1C合金和0.03～0.05%的混合稀土Re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上的石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為100～120轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為50～60KPa的除氣箱和孔隙度為30～50ppi的陶瓷過濾板進行在線除氣過濾處理；第五步：在結(jié)晶輪轉(zhuǎn)動線速度為13～15米/分鐘、終軋速度為10～12米/秒的條件下，將鋁合金液連鑄連軋成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿；第六步：在道次拉拔變形量為4～5%、拉拔速度為5～7米/秒的條件下，將鋁合金圓桿拉拔成直徑為1～3毫米的鋁合金線，得到高強耐熱鋁合金導(dǎo)線。本發(fā)明高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的制造方法，選用工業(yè)純鋁錠、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-20Fe合金、Al-10Zr合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re作為原材料，通過優(yōu)化Fe、Si、Cu、Zr的含量，首先經(jīng)過爐內(nèi)精煉除氣除雜處理后，再加入Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re，有利于充分發(fā)揮Al-5Zr-1C合金對鋁合金液的晶粒細化和混合稀土Re對鋁合金液的深度凈化作用，最后再經(jīng)過流槽在線除氣和過濾處理，可以確保獲得高潔凈的鋁合金液，使鋁合金導(dǎo)線獲得強度高、塑性好、導(dǎo)電率高和耐熱性能優(yōu)良的特點。為了更詳盡的描述本發(fā)明的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制造方法，以下列舉幾個實施例作更進一步的說明。實施例1：本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：Fe0.5%，Si0.1%，Cu0.06%，Zr0.05%，C0.002%，Re0.03%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr25.2%，Nd20.6%，Pm21.3%，Sm13.8%，Gd19.1%。該高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的制造方法如下：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-20Fe合金、Al-10Zr合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re作為原材料；第二步：在760℃將工業(yè)純鋁錠加熱熔化，并加入占原材料總重量0.1%的速溶硅、0.6%的Al-10Cu合金、2%的Al-20Fe合金和0.4%的Al-10Zr合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對鋁合金液進行爐內(nèi)精煉除氣除雜處理，扒渣后，加入占原材料總重量0.2%的Al-5Zr-1C合金和0.03%的混合稀土Re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上的石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為100轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為60KPa的除氣箱和孔隙度為30ppi的陶瓷過濾板進行在線除氣過濾處理；第五步：在結(jié)晶輪轉(zhuǎn)動線速度為15米/分鐘、終軋速度為12米/秒的條件下，將鋁合金液連鑄連軋成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿；第六步：在道次拉拔變形量為5%、拉拔速度為7米/秒的條件下，將鋁合金圓桿拉拔成直徑為1毫米的鋁合金線，得到高強耐熱鋁合金導(dǎo)線。實施例2：本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：Fe0.5%，Si0.15%，Cu0.065%，Zr0.06%，C0.003%，Re0.04%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr25.2%，Nd20.6%，Pm21.3%，Sm13.8%，Gd19.1%。高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的制造方法如下：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-20Fe合金、Al-10Zr合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re作為原材料；第二步：在770℃將工業(yè)純鋁錠加熱熔化，并加入占原材料總重量0.15%的速溶硅、0.65%的Al-10Cu合金、2%的Al-20Fe合金和0.45%的Al-10Zr合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對鋁合金液進行爐內(nèi)精煉除氣除雜處理，扒渣后，加入占原材料總重量0.3%的Al-5Zr-1C合金和0.04%的混合稀土Re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上的石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為110轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為55KPa的除氣箱和孔隙度為40ppi的陶瓷過濾板進行在線除氣過濾處理；第五步：在結(jié)晶輪轉(zhuǎn)動線速度為14米/分鐘、終軋速度為11米/秒的條件下，將鋁合金液連鑄連軋成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿；第六步：在道次拉拔變形量為4.5%、拉拔速度為6米/秒的條件下，將鋁合金圓桿拉拔成直徑為2毫米的鋁合金線，得到高強耐熱鋁合金導(dǎo)線。實施例3：本發(fā)明所述的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：Fe0.6%，Si0.2%，Cu0.07%，Zr0.07%，C0.004%，Re0.05%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr25.2%，Nd20.6%，Pm21.3%，Sm13.8%，Gd19.1%。高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的制造方法如下：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、速溶硅、Al-10Cu合金、Al-20Fe合金、Al-10Zr合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re作為原材料；第二步：在780℃將工業(yè)純鋁錠加熱熔化，并加入占原材料總重量0.2%的速溶硅、0.7%的Al-10Cu合金、2.5%的Al-20Fe合金和0.5%的Al-10Zr合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對鋁合金液進行爐內(nèi)精煉除氣除雜處理，扒渣后，加入占原材料總重量0.4%的Al-5Zr-1C合金和0.05%的混合稀土Re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液依次流過設(shè)置在流槽上的石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為120轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為50KPa的除氣箱和孔隙度為50ppi的陶瓷過濾板進行在線除氣過濾處理；第五步：在結(jié)晶輪轉(zhuǎn)動線速度為13米/分鐘、終軋速度為10米/秒的條件下，將鋁合金液連鑄連軋成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿；第六步：在道次拉拔變形量為4%、拉拔速度為5米/秒的條件下，將鋁合金圓桿拉拔成直徑為3毫米的鋁合金線，得到高強耐熱鋁合金導(dǎo)線。在實施例1-3的高強耐熱鋁合金導(dǎo)線上取樣，在DNS200型電子拉伸機上進行室溫拉伸，拉伸速度是2mm/min，檢測高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的室溫抗拉強度和伸長率，結(jié)果如表1所示。在QJ44型直流雙臂電橋上測定高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率，結(jié)果如表1所示。將高強耐熱鋁合金導(dǎo)線在230℃持續(xù)加熱1小時，然后冷卻至室溫，在DNS200型電子拉伸機上進行室溫拉伸，拉伸速度是2mm/min，檢測高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的抗拉強度，用該抗拉強度值與初始值進行比較，檢測高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的強度保持率，如表1所示。表1實施例1-3鋁合金導(dǎo)線的室溫拉伸力學(xué)性能、導(dǎo)電率和強度保持率抗拉強度/MPa伸長率/%導(dǎo)電率/%IACS強度保持率/%實施例1215.115.161.191.3實施例2226.513.760.692.7實施例3235.712.660.193.2從表1檢測結(jié)果可看到，本發(fā)明高強耐熱鋁合金導(dǎo)線的室溫抗拉強度大于215MPa，伸長率大于12%，導(dǎo)電率大于60%，在230℃持續(xù)加熱1小時后的強度保持率大于91%。具有強度高、塑性好、導(dǎo)電率高和耐熱性能好的優(yōu)點，適合于制造城市電網(wǎng)增容擴容改造和長距離大容量輸電工程建設(shè)用鋁合金電纜，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3