本发明属于铝合金材料制备、有色金属导体加工成形及电缆制造技术领域,具体涉及一种铁路用稀土铝合金电缆及导体的制备方法。
背景技术:
铝与铜均具有优良的导电性,相对铜而言铝合金具有更高的比强度,且较小的密度决定其更适宜远距离输电,是铁路电缆轻量化发展的首选导体材料之一,但目前的电工铝强度低,抗蠕变性差、伸长率低、柔韧性差,连接处易松动,造成接触电阻增大,使用过程会产生安全隐患,难以满足铁路系统对电缆的使用要求。
铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用,可以有效细化铸态组织,同时可以与各种杂质元素形成化合物,消除有害杂质的影响,改善夹杂物的形态,净化晶界,提高合金导电性能,形成的金属间化合物作为第二相能增加铝合金强韧性,提高合金力学性能。
技术实现要素:
本发明立足于铁路电缆轻量化的要求,提出了一种铁路用稀土铝合金电缆及导体制备方法。其中,稀土铝合金电缆化学成分及质量百分比:fe0.5~1wt%,cu0.3~0.5wt%,b0.01~0.05wt%,sr0.01~0.03wt%,稀土元素0.01~0.05wt%,si含量小于0.05wt%,余量为al;所述稀土为镧、铈、钕、钇组成的混合稀土。
所述铝合金电缆中杂质cr+mn+v+ti元素含量总和小于0.06wt%,其他每种杂质元素的含量小于0.005wt%。
所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法,包括以下步骤:
(1)设计铝合金电缆的化学成分,配料、熔炼、精炼,获得所需成分的铝合金熔体;
(2)在水平连铸机上,对铝合金熔体进行水平连铸,获得稀土铝合金圆杆坯;
(3)将水平连铸圆杆进行连续挤压;
(4)将连续挤压棒线进行多模拉拔,获得稀土铝合金导体;
(5)将拉拔稀土铝合金导体进行退火热处理后,绞制成缆。
步骤(1)中,熔炼时,fe、cu、b、sr均采用中间合金加入。
步骤(1)中,精炼后铝合金熔体的温度为700~720℃。
步骤(2)中,所述水平连铸的速度为10mm/s~15mm/s,稀土铝合金圆杆坯直径为φ10mm~φ16mm。
步骤(3)中,所述连续挤压温度为450~500℃,挤压轮转速为6r/min~12r/min,挤压比3~15。
步骤(4)中,多模连续冷拔润滑剂的温度为10~35℃,拉拔速度为6~10m/s。
步骤(5)中,铝合金导体的退火温度为350~420℃,保温时间4~8h。
根据步骤1-5所制备的铝合金导体的导电率为61~63.5%iacs,抗拉强度为145~185mpa。
本发明的优点和有益效果为:
1.本发明通过硼和稀土与铝中的有害杂质元素ti,v,cr,mn等发生反应,生成复杂金属化合物,将有害杂质固溶态转变为析出态,净化合金,减少铝导体内部晶格的畸变,提高铝导体的导电性和耐蚀性能;硼、稀土和锶可以细化合金组织,有效控制杂质的形态、尺寸和分布,提高铝导体的强度和韧性,通过连续挤压剪切变形,破碎复杂金属化合物,消除其对导体综合性能影响,本发明生产的铝合金导体具有良好的电性能和耐蚀性能,为铁路提供新型的稀土铝合金电缆。
2.本发明铝合金导体采用水平连铸+连续挤压+多模拉拔技术生产,生产投资小,成本低,节能,适合规模化大批量生产,制造电缆轻质,非常便于运输和安装。
具体实施方式
本发明提出了一种铁路用稀土铝合金电缆及导体制备方法,下面通过实施例对其做进一步说明。
实施例1
一种铁路用稀土铝合金电缆,主要由铁、铜、硼、稀土元素、锶合金元素,铬、锰、钒、钛杂质元素和其他不可避免的杂质元素及基体铝组成。合金元素质量百分比为:fe0.6wt%,cu0.35wt%,b0.035wt%,稀土元素0.03wt%,sr0.02wt%,si元素含量小于0.04wt%,余量为al;杂质cr+mn+v+ti元素含量总和小于0.03%wt%,其他每种杂质元素的含量小于0.003wt%。
按上述设计铝合金电缆的化学成分,经熔炼和精炼后铝合金熔体的温度为710℃,将铝合金熔液水平连铸成φ16mm圆杆坯水平连铸速度15mm/s;在连续挤压机上,将连铸圆杆坯挤压成φ4.5mm,挤压温度465℃,挤压轮转速为12r/min,挤压比13;经多模连续冷拔成φ2.65mm的导体,拉拔润滑剂的温度为15~35℃,拉拔速度为10m/s;将冷拔φ2.65mm导体进行退火处理,退火温度为375℃,保温6.5h,退火铝合金导体的导电率为63.3%iacs,抗拉强度为155mpa,然后将导体绞制成缆。
实施例2
一种铁路用稀土铝合金电缆,主要由铁、铜、硼、稀土元素、锶合金元素,铬、锰、钒、钛杂质元素和其他不可避免的杂质元素及基体铝组成。合金元素质量百分比为:fe0.8wt%,cu0.45wt%,b0.04wt%,稀土元素0.04wt%,sr0.02wt%,si元素含量小于0.04wt%,余量为al;杂质cr+mn+v+ti元素含量总和小于0.03%wt%,其他每种杂质元素的含量小于0.003wt%。
按上述设计铝合金导体的化学成分,经熔炼和精炼后铝合金熔体的温度为715℃,将铝合金熔液水平连铸成φ14mm圆杆坯水平连铸速度12mm/s;在连续挤压机上,将连铸圆杆坯挤压成φ7mm,挤压温度485℃,挤压轮转速为10r/min,挤压比4;经多模连续冷拔成φ3.5mm的导体,拉拔润滑剂的温度为10~30℃,拉拔速度为8m/s;将冷拔φ3mm导体进行退火处理,退火温度为385℃,保温4.5h,退火铝合金导体的导电率为62.1%iacs,抗拉强度为165mpa,然后将导体绞制成缆。
实施例3
一种铁路用稀土铝合金电缆,主要由铁、铜、硼、稀土元素、锶合金元素,铬、锰、钒、钛杂质元素和其他不可避免的杂质元素及基体铝组成。合金元素质量百分比为:fe0.95wt%,cu0.5wt%,b0.045wt%,稀土元素0.045wt%,sr0.025wt%,si元素含量小于0.04wt%,余量为al;杂质cr+mn+v+ti元素含量总和小于0.03%wt%,其他每种杂质元素的含量小于0.003wt%。
按上述设计铝合金导体的化学成分,经熔炼和精炼后铝合金熔体的温度为720℃,将铝合金熔液水平连铸成φ12mm圆杆坯水平连铸速度10mm/s;在连续挤压机上,将连铸圆杆坯挤压成φ6.5mm,挤压温度500℃,挤压轮转速为10r/min,挤压比3.5;经多模连续冷拔成φ3mm的导体,拉拔润滑剂的温度为10~30℃,拉拔速度为6.5m/s;将冷拔φ3mm导体进行退火处理,退火温度为415℃,保温5h,退火稀土铝合金导体的导电率为61.2%iacs,抗拉强度为175mpa,然后将导体绞制成缆。