一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝的制作方法
【专利说明】一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力行业输电线路用架空导线，具体讲涉及一种高导电率热处理 型中强铝合金导电单丝。 【【背景技术】】
[0002] 铺设电网线路时需要综合考虑杆塔、基础、绝缘子和金具造价以及导线架设和其 工地运输费用。利用中强全铝合金导线代替钢芯铝导线时能够实现降低年耗电，从而节约 了 5%~8%的线路本体造价，且因平均档距增大，减少了杆塔用量，使得每公里塔材指标 约降低15 %，进一步节约了走廊面积。与高强全铝合金导线（导电率52. 5~53 % IACS)比， 中强全铝合金导线具有更高的导电率（多58. 5% IACS)，更低的线损率，同时因其导线张力 大，耐张塔质量大使得中强全铝合金导线在制造、设计、施工及运行等方面更具有优势，更 适用于山地大高差、大档距等特殊地形和耐张塔比例少的线路。
[0003] 近年来对中强全铝合金导线也开展了大量研宄，但中强全铝合金导线产品仍然存 在生产工艺复杂，成本高，且产品导电率较低（主要处于58. 5% IACS水平）等问题。因此， 在保证力学性能的前提下，如何提高现有中强全铝合金导线的导电率，减少输电线损的同 时降低生产成本成为目前中强全铝合金导线最为迫切的技术需求。
[0004] 基于以上研宄及应用背景，需提供一种高导电率中强铝合金导线的合金成分与制 备工艺，以获得高导电率中强铝合金导体材料。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明目的在于开发出一种电力行业中架空导线用的高导电率热处理型中强铝 合金导电单丝，以解决常规58. 5% IACS中强铝合金导线导电率低、输电线损大的技术难 题。本发明提供的技术方案通过控制B、Mg、Si、Cu微合金化元素的含量及热处理工艺来调 整合金的微观组织，从而开发出具有导电率彡59. 2% IACS(20°C )，抗拉强度彡240MPa，延 伸率彡4. 0%的中强铝合金单丝。
[0006] 为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
[0007] 本发明提供了一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝，由按质量百分比计的 下述成分组成：
[0008] B :0.002 ~0.03%，Si :0· 1 ~0.40%，Mg :0.2 ~0.5%，Cu :0.03 ~0.05%，Fe : 0. 01~0. 15%，Cr+Mn+V+Ti彡0. 01%，余量为铝和不可避免的微量杂质。
[0009] 本发明提供的高导电率热处理型中强铝合金导电单丝，由按质量百分比计的下述 成分组成：
[0010] B :0· 02 ~0· 03%，Si :0· 2 ~0· 25%，Mg :0· 3 ~0· 4%，Cu :0· 03 ~0· 05%，Fe : 0. 11~0. 14%，（Cr+Mn+V+Ti) :0. 007~0. 009,余量为铝和不可避免的微量杂质。
[0011] 本发明还提供了一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝的制备方法，包括下 述步骤：
[0012] 1)冶炼：于730~750°C下的铝熔融物中加入按质量百分比计的Al-B、Al-Si合 金、Mg 和 Al-Cu 合金，Fe :0.01 ~015%，Cr+Mn+V+Ti 彡 0.01% ;
[0013] 2)精炼：于720~730°C下加入精炼剂搅拌15min后静置40min，扒渣；
[0014] 3)浇铸：于700~720°C下将步骤2)制得的铝合金液浇于预热铸模具内，得尺寸 为22 X 22 X 380mm的铝合金锭；
[0015] 4)制杆：将步骤3)制得的铝合金锭于520°C~530°C下保温Ih后轧制成Φ9. 5mm 的铝合金圆杆；
[0016] 5)时效：将步骤4)制得的铝合金圆杆在185~195°C下时效6~8h后空冷至室 温；
[0017] 6)拉丝：以10~15m/s的速率、6~10%的变形量，对步骤5)得到的铝合金圆杆 进行拉丝，得直径为3. 6~3. 99mm的铝合金单丝。
[0018] 本发明提供的制备方法步骤3)中的模具为紫铜模具。
[0019] 本发明提供的制备方法步骤3)中的模具的预热温度为150~200°C。
[0020] 本发明提供的制备方法步骤6)中的拉丝温度为30~50°C。
[0021] 本发明提供的制备方法步骤1)中加入Al-B合金后升温至750°C加入Al-Si合金、 Mg和Al-Cu合金。
[0022] 本发明提供的高导电率热处理型中强铝合金导电单丝的导电率彡59. 2% IACS， 抗拉强度彡240MPa，延伸率彡4. 0%。
[0023] 各合金元素的作用及机理如下：
[0024] Si :硅是铝合金的最普通的合金元素之一，0. 1~0. 40%的Si能提高铝合金的铸 造性能及焊接流动性，还能使铝合金有较高的力学性能，由于其在合金中能形成一些化合 物，使合金成为可热处理强化的。但随着Si含量升高，铝基体中游离Si数量增加，Si是半 导体，较铝基体的电阻率高得多，因此Si含量的提高减少铝基体的有效导电截面积，降低 合金的电导率。
[0025] Mg :镁对铝的强化是明显的，每增加1 %镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。本发明 中加入0. 2~0. 5 %的Mg :在Al-Mg-Si系合金中镁和硅会形成Mg2Si强化相，对合金起到 强化作用；同时，Mg2Si强化相也会对合金的导电性能产生一定的影响。通常，当Mg含量较 低时，合金的电导率较高而强度较低，但镁过量且经热处理使Mg2Si充分沉淀时，合金也有 高的电导率。
[0026] Cu :铝合金中添加0. 03~0. 05%的铜可以提高铝合金的抗拉强度及其延伸率，易 于拉制加工。Cu元素加入后与Al、Fe生成的Cu2FeAl7、CuAl2增加了熔体中的结晶核心，材 料结晶后的铸态组织得到细化，且经时效处理后硬质相粒子Cu2FeAl7、CuAl2呈弥散分布于 组织中，进一步阻碍晶界移动、钉扎位错运动，强烈的弥散强化作用使材料的抗拉强度、延 伸率提尚明显。
[0027] Fe :是纯铝中的一种主要杂质，本发明中Fe的含量控制在0.01~0. 15%。因为熔 炼与铸造使用的工具都是钢的或铸铁的，铁就会由这些工具带入铝中，而且在重熔废料时， 则可混入铁与铁肩。铁对铸造铝的力学性能是有害的，因为其通常以粗大的一次晶体出现， 或以Al-Fe-Si化合物形式存在，它们一定程度上都提高了铝的硬度，但使铝的塑性降低。 铁可以提高铝导体强度，并不显著降低其导电性。
[0028] B :在众多的影响因素中，化学成分是影响铝导体电导率最基本的因素，因此降低 杂质元素对电导率的影响是提高铝导体电导率的关键之举。杂质元素如果以固溶状态存 在，对导电性能的影响更大。硼化处理是降低杂质含量的一种有效方法，在铝合金中加入 0. 01~0. 03%的B元素后，能够和过渡族杂质元素 Cr、Mn、V、Ti等发生反应，使之由固溶 态转变为化合态并沉积于恪体底部，从而提尚错合金的导电性能。
[0029] V、Mn、Cr、Ti :这几种元素均为合金中的杂质元素。铝导体中的Ti、V、Mn、Cr等杂 质元素在固溶态存在时，很容易吸收导体材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层。 这种传导电子数目的减少导致了铝导体导电性的降低。研宄表明，每1% (Cr+Ti+Mn+V)的 有害作用为每1 % Si对铝导电性有害作用的5倍。由此本发明严格控制这几种元素的含量 Cr+Mn+V+Ti 彡 0. 01%。
[0030] 本发明还提供了一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝的制备方法，其步骤 为：
[0031] 1)冶炼：选取纯度多99. 7 %的工业纯铝锭加入熔炼炉中，熔化温度为730~ 750°C ;待纯铝完全熔化后于730~750°C下加入Al-B、A1-Si中间合金、金属Mg和Al-Cu 中间合金；
[0032] 2)精炼：采用搅拌机对铝合金液进行充分搅拌，于720~730°C下加入精炼剂对铝 合金液进行除氢、除渣精炼，15min后静置40min扒渣；
[0033] 3)浇铸：于700~720°C下将步骤2)制得的铝合金液浇于紫铜质铸模具内，模具 预先放入箱式炉内加热至150~200°C，浇铸制得尺寸为22X 22X 380mm的铝合金锭；
[0034] 4)制杆：将步骤3)制得的铝合金锭于520°C~530°C下保温Ih后轧制成Φ9. 5mm 的铝合金圆杆；
[0035] 5)时效：将步骤4)制得的铝合金圆杆在箱式炉中时效6~8h，时效温度185~ 195°C，时效结束后空冷至室温；
[0036] 6)拉丝：以10~15m/s的速率、6~10%的变形量，用拉丝机将步骤5)时效后的 铝合金圆杆进行拉丝，拉丝温度控制在30~50°C，制得直径为3. 6~3. 99mm的铝合金单 丝。
[0037] 本发明提供的制备方法中加入Al-B中间合金静置30min扒渣后，再加入Al-Si中 间合金、金属Mg(纯度> 99.95% )和Al-Cu中间合金。
[0038] 本发明提供的制法步骤1)中，待工业纯铝锭熔化后在730~750°C下加入Al-B中 间合金静置30min后扒渣，升温至750°C加入Al-Si中间合金、金属Mg和Al-Cu中间合金。
[0039] 本发明提供的高导电率热处理型中强铝合金导电单丝的导电率彡59. 2% IACS， 抗拉强度彡240MPa，延伸率彡4.