（材料加工工程专业论文）合金元素含量与加工工艺对8030铝合金导线性能的影响.pdf

摘要 摘要 我国铜资源极度紧缺，而铜资源消费量占世晃总消费量的2 1 ，8 0 的铜 依靠进口，导致我国铜价格飙升。电线电缆耗铜量巨大，因此“以铝代铜 用 作导电材料在我国意义重大。国外开发的8 0 3 0 铝合金导线应用于民用与建筑低 压配电领域已有4 0 多年的历史，是一种安全、可靠、经济的导体。但目前我国 尚未掌握这种导线的核心技术。本文在分析进口导线组织和性能的基础上，利 用o m 、x r d 、s e m 和e d s 等分析手段，研究了均匀化工艺，合金元素含量、 加工及热处理工艺对合金性能的影响，为开发我国具有自主知识产权的8 0 3 0 铝 合金提供依据。 研究表明，进e l 导线晶粒细小，尺寸约为8 9 1 t m ；微观组织是由a - a l 基体、 a l f f e 、a 1 2 c u 、a 1 9 s i 等相组成；第二相尺寸范围0 1 4 岬之间，形态有长条状、 块状、球状及长形尖端成船状。 研究了均匀化温度为4 5 0 、4 7 0 、5 0 0 ，分别在6 h 、1 2 h 、1 6 h 、2 0 h 、 2 4 h 、2 8 h 进行均匀化处理。研究表明，铸态合金存在严重的枝晶偏析，在晶界 上有很多低熔点共晶相，合金元素f e 、c u 和s i 分布不均匀；对合金进行4 7 0 2 4 h 小时均匀化处理，组织中非平衡相逐渐溶解，各组元的分布趋于均匀。 研究了合金元素含量、加工工艺对8 0 3 0 铝合金导线的导电性能的影响。结 果表明，在标准规定的成分范围内，合金元素含量越高，电导率越低；拉拔过 程经过中间退火的合金导电性能差。 研究了3 0 0 4 1 0 退火，进行空冷和随炉冷却对8 0 3 0 铝合金导电性能的 影响。结果表明，冷却速度越快，合金的电导率越差；3 0 0 3 5 0 退火温度越 高，合金电导率越高；3 5 0 4 1 0 退火，退火温度越高，合金电导率越差。 研究了3 5 0 退火，不同退火时间对电导率、抗拉强度、伸长率的影响。 结果表明，合金元素f e 的含量为0 3 6 w t ，c u 的含量为o 1 5 2 w t 的导线在 3 5 0 1 3 小时随炉冷却条件下电导率最高，达6 1 2 1 i a c s + e ；随退火时间的 延长，抗拉强度逐渐降低，伸长率逐渐提高。 研究了5 0 0 l h 水淬+ 1 6 0 1 2 h 时效对8 0 3 0 铝合金导电性能、抗拉强度、 伸长率的影响。结果表明，合金元素含量低的导线，时效后电导率下降；合金 摘要 元素含量高的导线时效后电导率提高；抗拉强度降低，伸长率提高。 研究了5 0 0 l h 水淬+ 1 0 0 。c 8 h + 1 6 0 。c 1 2 h 时效、4 5 0 l h 水淬 + 1 0 0 8 h + 1 6 0 1 2 h 时效对8 0 3 0 铝合金导电性能、抗拉强度、伸长率的影响。 结果表明，双级时效较单级时效，合金的电导率明显提高，4 5 0 。c 淬火后双级时 效，合金的电导率更高；对于合金元素较低的合金，5 0 0 淬火后双级时效较单 级时效的抗拉强度降低，伸长率提高，但4 5 0 。c 淬火后双级时效抗拉强度与伸 长率均降低；对于合金元素较高的合金，5 0 0 。c 淬火后双级时效，抗拉强度与伸 长率均提高。 材料的组织结构与第二相大小、形态、数量及分布均会对电导率产生影响。 因此分析对比了自制性能合格与不合格导线微观组织、性能合格与进口导线的 微观组织。结果表明：性能合格的导线再结晶晶粒较大，晶粒尺寸约1 8 9 m ，晶 粒的排列方向沿主变形量方向，第二相形态呈棒状、块状、球状；性能不合格 导线再结晶晶粒尺寸约1 7 1 土m ，晶粒排列没有明显的方向性，第二相尺寸较大， 晶粒尺寸2 - 6 9 m ，数量较多，没有a 1 c u 相；自制性能合格导线晶粒尺寸、第 二相尺寸较进口的大；进口导线晶粒排列无方向性。 关键词：8 0 3 0 铝合金；电导率；抗拉强度；伸长率；热处理 i i a b s t r a c t a b s t r a c t o u rc o u n t r yi se x t r e m e l yp o o ri nc o p p e rr e s o u r c e s ，b u tt h ec o n s u m p t i o no f c o p p e ri s 21 o ft h ew o r l do v e r a l lc o n s u m p t i o na n d8 0 o fc o p p e ri sr e l i a n to n i m p o r t e dp r o d u c e ，w h i c hl e a dt ot h ep r i c eo fc o p p e rr i s i n gr a p i d l y t h ec o n s u m p t i o n o fc o p p e rr e s o u r c e si nw i r ea n dc a b l ei sh i g h t h e r e f o r et h es i g n i f i c a n c eo f a l u m i n u mi su s e di np l a c eo fc o p p e r a sac o n d u c t o ro fe l e c t r i c i t yi sg r e a t 8 0 3 0 a l u m i n u ma l l o yc o n d u c t o ri sr e s e a r c h e db yf 0 r e i 黟a n da l r e a d yh a sb e e na p p l i e di n c i v i lu s ea n dl o wv o l t a g ed i s t r i b u t i o no fb u i l d i n g4 0y e a r s , w h i c hh a v eb e e np r o v e d s a f e ，c r e d i b l ea n di n e x p e n s i v ee l e c t r i cc a b l ea f t e rs e v e r a ly e a r so fp r a c t i c e b u to u r c o u n t r yh a s n o tm a s t e r e dt h i st e c h n i q u er e c e n t l yy e t b a s e do nt h ea n a l y s i so ff o r e i g n 8 0 3 0a l u m i n u ma l l o yc o n d u c t o r , t h ep a p e rh a ss t u d i e dh o m o g e n i z i n ga n n e a l i n go f t h i sa l u m i n u ma l l o yw h i c hc a nm i n i m i z ec o m p o n e n ts e g r e g a t i o n , a l l o y i n ge l e m e n t c o n t e n t ，p r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n d h e a tt r e a t m e n to nt h ep r o p e r t i e sb yo p t i c a l m i c r o s c o p y ( o m ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) ，e n e r g yd i s p e r s i v ex r a y d i f f r a c t o m e t r y ( e d x ) ，w h i c hw i l lp r o v i d ea ni m p o r t a n tb a s i s f o ri m p r o v i n gt h e p e r f o r m a n c eo f 8 0 3 0a l u m i n u ma l l o yc o n d u c t o rw i ms e l f - o w n e di n t e l l e c t u a lp r o p e r t y f i g h t s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e e r y s t a l l i z a t i o ng r a i ns i z eo ff o r e i g nc o n d u c t o ri sa b o u t 8 9 i l m ；t h em a j o rp h a s eo ft h es y s t e mi s0 一a 1 ，a c c o m p a n i e dw i t ha l i t t l eo fs e c o n d p h a s e sw h o s es i z ei s a b o u to 1 4 岬，弱a 1 6 f e 、a 1 2 c u 、a i g s ia n ds oo n ；t h e m o r p h o l o g yo fs e c o n dp h a s e si sl o n g c u t ，b l o c k s ，s p h e r ea n dl i n e a rw i t hb o a t - s h a p e t i p t h ee f f e c t so fh o m o g e n i z i n ga n n e a l i n go nt h ea s c a s ts t r u c t u r eo f8 0 3 0 a l u m i n u ma l l o ya t4 5 0 ，4 7 0 a n d5 0 0 f o r6 h ，1 2 h ，1 6 h ，2 0 h ，2 4 ha n d2 8 hi s r e s p e c t i v e l ys t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a ts e r i o u sd e n d r i t es e g r e g a t i o ne x i s t i n gi nt h e 8 0 3 0a l l o yi n g o t ，a n dm a n ye u t e c t i cp h a s e sw i t hl o wm e l t i n g p o i n te x i s ta l o n gt h e g r a i nb o u n d a r y f e ，c ua n ds ie l e m e n t sd i s t r i b u t eu n e v e n l yf r o mt h eg r a i nb o u n d a r y t oi n s i d eo ft h ea l l o y t h en o n - e q u i l i b r i u me u t e c t i cp h a s e sd i s s o l v ea f t e r h o m o g e n i z a t i o no nt h ea s c a s ts t r u c t u r eo fa l l o yf o r ( 4 7 0 c ，2 4h ) ，a n dt h eg r a i n i i i a b s t r a c t b o u n d a r yb e c o m e ss p a r s ea n da l la l l o y i n ge l e m e n t sb e c o m em o r eh o m o g e n i z e d t h ee f f e c t so fa l l o y i n ge l e m e n tc o n t e n t ，p r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dh e a t t r e a t m e n to ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y , t e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o na r es t u d i e d t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ee l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo fc o n d u c t o ri sr e d u c e dw i t ha l l o y i n g e l e m e n tc o n t e n ti n c r e a s e ，w i t h i nt h ec o m p o s i t i o nr a n g ed e t e r m i n e db yt h es t a n d a r do f 8 0 3 0a l u m i n u ma l l o y ；a ni n t e r m e d i a t ea n n e a l i n gr e s u l t e di n t h ed e c r e a s eo fe l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y t h ee f f e c t so fa n n e a l i n ga t3 5 0 4 l o t h r o u g ha i rc o o l i n ga n df u m a c e c o o l i n go ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yi ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh i g h e rc o o l i n g r a t e , t h el o w e re l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo fa l l o y ；t h eh i g h e ra l l o y i n ge l e m e n tc o n t e n t , t h el o w e re l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo fa l l o y , t h r o u g ha n n e a l i n go f3 5 0 c 4 1 0 c ，t h e h i g h e rc o o l i n gr a t e ，t h e l o w e re l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t yo fa l l o y ；a n n e a l i n go f 3 0 0 3 5 0 ，t h eh i g h e ra n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，t h eh i g h e re l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo f a l l o y ；a n n e a l i n go f3 5 0 4 l o ，t h eh i g h e ra n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，t h el o w e r e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo f a l l o y t h ee f f e c t so fa n n e a l i n go f3 5 0 t h r o u g hd i f f e r e n ta n n e a l i n gt i m eo ne l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t ya r es t u d i e d t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ee l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t yo f c o n d u c t o rw h o s ea l l o y i n ge l e m e n tc o n t e n ti sf eo 3 6 w t c u0 15 2 w t i st h eh i 。g h e s t ， a n dt h ea m o u n ti s61 21 i a c s 宰e ；t e n s i l es t r e n g t hi sd e c r e a s e da n de l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t yi si n c e s a s e dg r a d u a l l ya sa n n e a l i n gt i m ep r o l o n g i n g t h ee f f e c t so fq u e n c h i n g ( 5 0 0 c x l h ) a n da g i n g ( 1 6 0 。c x l 2 h ) o ne l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y , t e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o ni ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a ta g i n g m a k e sal o we l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yf o r8 0 3 0a l u m i n u ma l l o yw h i c hh a sl o wa l l o y i n g e l e m e n tc o n t e n t ；b u ta g i n gm a k e sah i g he l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yf o r8 0 3 0a l u m i n u m a l l o yw h i c hh a sh i 【g ha l l o y i n ge l e m e n tc o n t e n t ；t e n s i l es t r e n g t hi s d e c r e a s e da n d e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yi si n c e s a s e dt h r o u g ha g i n g t h ee f f e c t so fq u e n c h i n g ( 5 0 0 。cx1 h ) a n dt w o s t a g ea g i n g ( 10 0 。cx 8 h ) + ( 1 6 0 c x l 2 h ) ，q u e n c h i n g ( 4 5 0 。c x l h ) a n d t w o s t a g ea g i n g ( 1 0 0 * c x 8 h ) + ( 1 6 0 。c x l 2 h ) o ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y , t e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o ni ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o w t h a te l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yi sh i g h e rf o rt w o s t a g ea g i n g ，e s p e c i a l l yq u e n c h i n g ( 4 5 0 。c x l h ) a n d t w o s t a g ea g i n g ( 1 0 0 c x 8 h ) + ( 1 6 0 c x l 2 h ) ；t e n s i l es t r e n g t ht r e a t e d i v a b s t r a c t b yq u e n c h i n g ( 5 0 0 。c x l h ) a n d t w o s t a g ea g i n g ( 1 0 0 。c x 8 h ) + ( 1 6 0 。c x l 2 h ) i sl o w e r t h a nw h i c ht r e a t e db yq u e n c h i n g ( 4 5 0 c xl h ) a n dt w o s t a g e a g i n g ( 10 0 cx 8 h ) + ( 16 0 。c 12 h ) f o r8 0 3 0a l u m i n u ma l l o yw h i c hh a sl o wa l l o y i n ge l e m e n tc o n t e n t , b u t d o n g a t i o ni sh i g h e r ；t e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o nt r e a t e db yq u e n c h i n g ( 4 5 0 。c xl h ) a n dt w o s t a g ea g i n g ( 1 0 0 c x 8 h ) + ( 1 6 0 。c x l 2 h ) a r eb o t hi n c r e a s e d e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yi sa f f e c t e db yo r g a n i z a t i o ns t r u c t u r eo fm a t e r i a la n dt h e s i z e ，m o r p h o l o g y , n u m b e ra n dd i s t r i b u t i o n o fs e c o n dp h a s e s s oo r g a n i z a t i o n s t r u c t u r eo fc o n d u c t o rm a d ei nt h i sr e s e a r c h ，p r o p e r t i e sr e a c ht h es t a n d a r dr e q u i r e d a n df o r e i g nc o n d u c t o ra r ec o m p a r a t i v e l ya n a l y s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e c r y s t a l l i z a t i o ng r a i ns i z e so fc o n d u c t o rm a d ei nt h i sr e s e a r c hw h o s ep r o p e r t i e sh a v e r e a c ht h es t a n d a r dr e q u i r e da r ea b o u t18 1 上m ，w h i c ha r eb i g g e rt h a nt h eg r a i ns i z e so f f o r e i 班c o n d u c t o r , a n dt h ed i r e c t i o n o fg r a i ni si na c c o r d a n c ew i t hd i r e c t i o no f d e f o r m a t i o n ，t h em o r p h o l o g yo fs e c o n dp h a s e si sl o n g c u t ，b l o c k sa n ds p h e r e ；t h e s e c o n dp h a s e so fc o n d u c t o rm a d ei nt h i sr e s e a r c hw h o s e p r o p e r t i e sh a v en o tr e a c ht h e s t a n d a r dr e q u i r e da n dw h o s eg r a i ns i z e sa r ea b o u t17 t t mw h i c hs i z e sa r ea b o u t2 6 i t m a r en o to n l yb i g ，b u ta l s oh a v eag r e a ta m o u n t ，m e a n w h i l e ，t h eg r a i nh a v en oc l e a r d i r e c t i o n ，h o w e v e r , t h e r ei sn o ta i c up h a s ei nt h ec o n d u c t o r ；t h es i z e so ft h eg r a i n a n dt h es e c o n dp h a s e so fc o n d u c t o rw h o s ep r o p e r t i e sh a v en o tr e a c ht h es t a n d a r d r e q u i r e da r el a r g e rt h a nt h a to ff o r e i g nc o n d u c t o r ；t h eg r a i no ff o r e i g nc o n d u c t o rh a v e n oc l e a rd i r e c t i o n k e yw o r d s ：8 0 3 0a l u m i n u ma l l o y ；e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y , t e n s i l es t r e n g t h ； e l o n g a t i o n ；h e a tt r e a t m e n t v 图和附表清单 图和附表清单 图1 12 0 0 6 2 0 1 0 年我国铜精矿价格走势图2 图1 2 不同挤压温度下铝制品的机械性能5 图1 3 拉拔示意图。6 图1 4 合金元素对铝合金电导率的影响7 图1 5 冷加工变形时退火对合金某些性能的影响9 图1 6 技术路线1 2 图2 1 金相试样的制备过程1 6 图3 1 进口电缆微观组织图片1 9 图3 2 进口电缆x r d 衍射图谱2 0 图3 3 进口8 0 3 0 铝合金电缆的扫描图片。2 l 图3 4 进口8 0 3 0 铝合金电缆e d s 分析2 3 图4 18 0 3 0 铝合金铸态微观组织2 6 图4 28 0 3 0 铝合金铸锭x r d 衍射图谱2 6 图4 38 0 3 0 铝合金铸态s e m 、元素面扫描分布2 7 图4 44 5 0 均匀化退火微观组织图片2 8 图4 54 7 0 均匀化退火微观组织图片2 9 图4 65 0 0 均匀化退火微观组织图片2 9 图4 78 0 3 0 铝合金不同温度均匀化s e m 、元素面扫描分布3 1 图4 8 试样4 7 0 2 4 h 均匀化处理微观组织和e d s 图谱3 2 图4 9 均匀化前后x r d 衍射图谱3 3 图5 1 合金元素含量、加工工艺对8 0 3 0 铝合金导电性影响曲线3 6 图5 2 退火工艺对导线的导电性能影响3 8 图5 3 退火工艺对导电性能的影响3 9 图5 4 热处理方式对合金机械性能的测试4 l 图5 5 热处理对2 号冷拉8 0 3 0 导线性能影响4 2 图5 6 热处理对3 号8 0 3 0 导线性能的影响4 3 图5 7 自制导线不同态微观组织4 5 图5 88 0 3 0 合金x r d 图谱分析4 7 图5 9 自制导线微观组织图片4 7 图5 1 0 自制导线x r d 图谱一4 8 图和附表清单 图5 1 l 自制导线s e m 图片4 9 图5 1 2 合格导线s e m 图片和e d s 图谱5 0 图5 1 3 不合格导线s e m 图片和e d s 图谱5 0 图5 1 4 进口导线与自制合格导线偏光组织图片。5 l 图5 1 5 合格导线x r d 图谱5 l 图5 1 6 自制合格8 0 3 0 导线e d s 分析5 3 图5 178 0 3 0 铝合金电缆e d s 分析5 4 表1 18 0 3 0 铝合金与纯铝的性能对比表3 表2 1 合金元素名义质景百分含量。1 3 表2 2 合金元素实际质量百分含量1 3 表2 3 各道次加工变形量1 5 表3 1 不同相成分原子比2 4 表3 2 电工铜与进口铝合金导线机械性能对比2 4 表4 1 图3 7 a 中第二相的化学成分( 原子分数) 2 6 表5 1 三种样不同加工工艺电导率3 6 表5 2 退火工艺对合金导电性能的影响3 7 表5 3 不同热处理工艺对合金导电性能影响3 9 表5 48 0 3 0 铝合金机械性能测试4 l 表5 52 号冷拉态导线不同淬火、时效后的性能4 2 表5 63 号冷拉态导线性能测试结果4 3 表5 7 自制合格与8 0 3 0 铝合金电缆标准对比5 4 i l 1 绪论 1 绪论 1 1 我国电线电缆行业的现状和发展 电线电缆可以分为五大类，分别是：通信电缆与光纤、绕组线、裸电线、 电力电缆、电气装备用电线电缆。电线电缆被广泛用于建筑、通信、电力等国 民经济的各个领域，被形象的称为国民经济的“血管 与“神经”。电线电缆 行业占据我国电工行业四分之一的比重，成为我国国民经济中最大的配套行业 【1 1 。据有关资料统计，2 0 1 0 年我国电工生产总值和销售总值均突破3 万亿，电 工工业占国民生产总值1 以上，利润总额达到1 7 0 0 亿，成为世界第一大电线 电缆生产国【2 1 。 中国的电线、电缆制造行业从某种意义上说是铜加工行业，可以说我国五 大类电线电缆的生产都离不开铜原料。在电线、电缆的导体成本中，6 0 7 0 是导体材料的成本。据统计，仅2 0 11 年，我国线缆工业的用铜量已经达到4 0 0 多万吨。然而我国确是一个极度缺铜的国家，2 0 0 3 年我国铜矿开采量达5 6 - 6 0 万吨，按照这样的开采速度，2 0 年内中国的铜矿将处于枯竭状态【3 川。但我国又 是世界上用铜量最大的国家，每年有8 0 的铜产品都是靠进口来满足国内需求。 因此，近些年铜的价格暴涨，图1 1 是2 0 0 6 - - 2 0 1 0 年我国铜精矿价格走势图。 从图中的曲线趋势我们可以看到近几年铜的价格一直上升。铜的价格上升 提高了电线电缆制造业的成本，对我国电线电缆工业的发展极为不利。但是我 国铝土矿产资源相对丰富，而且铝金属具有质量轻，易加工，导电性好的特性 【5 1 。据有关资料统计【2 】，2 0 1 2 年3 月份，铜精矿价格约4 9 6 0 0 元吨，现货铝价 格约1 5 9 万元吨。而对于导电性能方面，相同质量铝的导电能力较铜导线的大， 用铝代替铜做导线是可行的。因此，早在6 0 、7 0 年代的时候我们国家就提倡“以 铝代铜”的政策。但是，在使用过程中铝线常常出现接头处引起火灾、断股、腐 蚀等问题，造成“以铝代铜”工业的发展出现停滞现象【3 】。我国随着线缆制造 业形势的发展，近年来重新投入了对铝导线的研发。虽然取得了一定的成果， 但还没有完全达到国际用铝导线的标准1 6 。 1 绪论 图1 12 0 0 6 2 0 1 0 年我国铜精矿价格走势图 1 2 铝合金导线的优势 1 2 1 铝合金导线与铜导线对比 8 0 3 0 铝合金导线与铜导线对比，电导率是铜导线的6 1 。满足与铜导线相 同载流量的条件下，8 0 3 0 铝合金导线只需要直径是铜导线的1 5 倍，但是质量 却比铜导体的低；8 0 3 0 铝合金导线重量轻，安装成本被大大降低，同时设备与 电缆的摩擦也被减少了；8 0 3 0 铝合金导线的蠕变倾向较之纯铝导线大大降低， 接口处的稳定性与铜导线的相同【7 8 1 。 1 2 2 铝合金导线与纯铝导线对比 纯铝可分为两种，即硬态纯铝和软态纯铝。硬态纯铝的缺点就是塑性差， 伸长率低，用硬态纯铝做导线，长期使用，反复弯折，非常容易被折损。因此， 在易燃易爆的重要场所，硬态纯铝做导线不被提倡使用；软态纯铝虽然塑性好， 但是抗蠕变性能差。用软态纯铝做导线，接口处容易松动，导致接触电阻增大， 造成线路的安全隐患1 1 。而国外研发的铝合金导线在克服纯铝导线存在的诸 多问题的同时其导电性能又不会明显降低，其它性能能够与铜导体基本接近。 国外研发的8 0 3 0 铝合金主要是添加f e 和c u 这两种合金元素的变形铝合金， 微合金化后导线的各方面性能都优于纯铝导线。标准对8 0 3 0 铝合金成分要求： f e 含量0 3 o 8 w t ，c u 含量0 1 5 - 0 3 w t ，s i 含量 0 1 w t ，m g 含量 0 0 5 w t ， 2 1 绪论 z n 含量 i ( k 是安全系数) ，安全系数与被加工的金属的 直径、状态( 退火或硬化) 及拉拔条件( 拉拔温度、速度等) 有关。为了得到变 形均匀和表面质量好的细长制品，应该合理地选择加工道次数、道次变形量、 退火工艺、拉拔速度及控制拉拔力。道次的选择不宜过多，否则将造成工艺的 繁琐、不能充分利用金属的塑性、耗能及增大不均匀变形程度；道次变形量不 宜过大，一般控制在2 0 - 6 0 内。变形量过大会造成拉拔制品出现瓶颈或断裂； 拉拔速度过快也会造成制品拉断；拉应力与道次变形量、拉拔速度及摩擦有关。 低速( 、5 ；u p 迥g 鼬 一_ - - h _ z n 点 v 、 i oo 0 2 0 30 40 50 6 杂质台量。 图1 4 合金元素对铝合金电导率的影响 由金属电子理论可知，当电子通过理想导体点阵时，不产生散射，那么导 体的电阻为零。当金属导体的晶体点阵遭到破坏时，在破坏的地方，电子波就 会受到散射，这就是电阻产生的原因。晶体中存在合金元素，由于压力加工引 起晶体位错、滑移等缺陷，或者温度变化引起晶体中异类原子的迁移形成空位 或间隙原子以及晶界的变化都会使理想点阵遭到破坏，从而降低导体的电导率。 合金元素在基体中存在形式有：固溶于基体、以第二相的形式存在。不同的存 在方式对合金基体的影响不同。固溶的合金元素引起电导率下降，这是因为合 金元素引起晶格畸变使电子散射增加，破坏了电子势场的周期性的结果。以第 二相存在的合金元素，第二相的大小、数量及分布，对晶界的钉扎作用，晶粒 尺寸等诸多方面影响着合金的导电性能。因此合金元素的种类及其形成的第二 相的类别与形态都影响导体的电导率【2 5 】。从图中可以看出：c r 、m n 、t i 、m g 、 c u 对铝合金电导率影响较大，含量越高，电导率越低。而s i 、z n 、f e 元素对 铝合金的电导率的影响不太明显。对于8 0 3 0 铝合金来说c r 、m n 、t i 、m g 这 几种杂质元素含量非常低，它们对电导率的影响可以忽略。所以对于8 0 3 0 铝合 金应主要考虑c u 元素对合金电导率的影响。固溶的铜对铝合金的电导率影响 较大，而以第二相存在的铜对铝合金的电导率影响很小 2 5 - 2 6 。王桂芹等人【2 7 】 研究了几种元素对工业纯铝导电性的影响表明，f e 元素对于铝的导电性的影响 非常小，铝导体中添加合金元素时，f e 可以作为首选强化元素。 金属塑性变形对电导率也将产生影响。塑性变形是通过位错的运动和晶界 的滑移进行的。经塑性变形以后，每个晶粒内部出现大量的滑移带和孪生带， 7 媳 驺 弘 b_罢-鹰肆q静翟紫 1 绪论 而且随着变形量的增加，晶粒由等轴晶粒被拉长。当变形量足够大的时候，拉 长的晶粒呈纤维状，这种纤维状组织具有一定的位向关系而被称作形变织构。 由于纤维状组织具有一定方向性，而且晶界紧密接触，有利于电子的传导，进 而对提高电导率有利。同时，随着变形量的增大，晶体中的位错线运动和交互 作用，出现分布不均匀的现象，位错发生缠结和聚集，使晶内出现许多位向不 同的短晶粒，这种短晶粒称为亚晶，这种组织称为亚组织【2 耵。由于这种亚结构 是由位错缠结和聚集造成的，使晶内缺陷增多，引起电阻增加。此外，经塑性 变形的金属材料的晶粒发生扭曲变形而产生点阵畸变，变形程度越大，点阵畸 变的程度越大。同时，塑性变形使空位的密度增加。这些因素都会导致电阻增 大。 冷变形后的金属经过退火处理，导电性能发生变化。图1 5 是冷变形金属 退火时对材料某些性能的影响【2 9 j 。退火分为回复、再结晶、晶粒长大这三个阶 段。发生回复的温度比再结晶温度低，由于回复阶段不发生大角度的迁移，所 以晶粒的形状和大小不发生变化。金属塑性变形使晶内产生大量的应力、晶体 缺陷和不稳定组织。在回复阶段，晶体点阵中的点缺陷如空位和间隙原子的密 度迅速下降。点缺陷引起点阵畸变所发生的电阻散射导致电阻增加的程度要比 位错引起的电阻增加的程度大得多，所以在回复阶段材料的电导率提高。再结 晶是新的无畸变的等轴晶粒代替原来的变形晶粒，位错密度极度下降，电阻降 低。经过再结晶形核后，保持温度，晶核就会发生长大，由于位错已基本消除， 而保持温度会增加原子的热运动能力，使原子发生热震动，导致传导电子发生 衍射，使材料的电阻升高。 金属经过淬火、时效处理，导电性能发生变化。金属在一定温度一定时间 处理后，合金元素的溶解度增大，基体的固溶体溶度增大，此时进行淬火处理， 由于冷却速度过快，使固溶体来不及分解，形成大量的过饱和固溶体。合金元 素固溶到基体中的数量增多，必然导致基体晶格畸变的程度变大，可导电电子 运动的自由程变小，金属电阻增大。时效使过饱和固溶体分解，合金元素从基 体中析出，使基体晶格畸变程度降低，电导率提高。 8 1 绪论 蟑 辍 雹 捌( 隧 墨 捌 沮筐 图1 5 冷加工变形时退火对合金某些性能的影响 1 4 2 影响铝合金抗拉强度和塑性的因素 金属的抗拉强度是指金属在静拉应力的条件下，抵抗塑性变形或断裂的能 力。金属的塑性是指金属在外力的作用下，能够稳定持续的发生永久性变形但 不破坏其完整性的能力【2 6 1 。影响金属塑性的因素除了外在的变形条件，还与金 属的合金成分、内部组织结构有关。 8 0 3 0 铝合金有别于其他牌号的合金，因为此合金中合金元素含量特别低， 铁元素含量0 3 - 0 8 w t ，铜元素含量0 1 5 - 0 3 w t ，其他总量 o 1 w t 。 元素含量及种类影响铝合金的抗拉强度和塑性。合金元素固溶降低合金塑 性；合金元素与基体之间，合金元素之间形成单相固溶体对合金塑性的提高有 利；如果合金元素形成第二相，或多相共存，对位错有钉扎作用，降低合金的 塑性。合金元素含量越高，冷加