（材料加工工程专业论文）连续流变挤压铝合金导电材料的研究.pdf

i 。j j ：1 l ： ： 、 ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a ls c i e n c e r e s e a r s ho nc o n t i n u o u sr h e o e x t r u s i o no fc o n d u c t i v e m a t e r i a la l u m i n u ma l l o y b yx uy o n g 一 一 s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rg u a nr e n g u o n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 8 _ j 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 绦努 日 期：励锣7 g 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文储繇名勇 签字日期：二d 莎多。7 留 导师签名： 签字日期： ； ， 东北大学硕士学位论文 摘要 连续流变挤压铝合金导电材料的研究 摘要 本文结合国家高技术研究8 6 3 计划项目( 资助号2 0 0 7 a a 0 3 2 11 ) 根据铝合金导电材 料的生产和研究现状，提出了采用连续流变挤压成形工艺制备高性能6 2 0 1 铝合金导电材 料，利用d z j 3 5 0 型连续流变挤压机，s a n s i 电子拉伸试验机、q j 3 6 型两用直流电桥、 ，o l y m p u s 金相显微镜等方法和手段，研究了6 2 0 1 合金线材材的连续流变挤压成形、冷 。拔加工、热处理，以及扩展成形技术制备该合金管材的理论与工艺。主要工作及获得的 研究成果如下： 。 1 、揭示了工艺参数对连续流变挤压成形6 2 0 1 铝合金导电线材组织与性能的影响规 律。连续流变挤压成形在线固溶合金线材微观组织为细等轴晶，提高合金的浇注温度， 合金线材的晶粒增大，合金线材的抗拉强度和延伸率降低、导电率升高；t 8 时效热处理 提高了合金线材的综合力学性能和导电性能。升高时效温度，合金的时效速度和导电性 能提高，力学性能下降，在1 5 0 。c 的低温时效热处理时，6 2 0 1 合金线材具有较高的抗拉 强度和导电率。 2 、建立了m 6 m m 6 2 0 1 铝合金线材连续流变挤压成形的最佳工艺。浇注温度为 7 2 0 , - , 7 4 0 ；冷却水流量为1 5 - 2 0 l r a i n ；在线固溶温度为5 2 0 ；时效温度为1 5 0 ，时 效时间为1 0 1 4 h ；t 6 热处理6 2 0 1 合金线材抗拉强度为3 2 0 m p a ，延伸率为7 8 ，电阻率 为3 1 5 n o m 。比我国铝合金架空导线( l h a 2 型) 的抗拉强度，延伸率和等效导电率分 别提高1 1 1 、1 7 和0 1 。 3 、制定了6 2 0 1 合金线材的低温形变热处理工艺。t 6 处理线材的抗拉强度3 2 0 m p a 、 延伸率7 8 和电阻率3 1 5 n q m ，t 8 处理线材抗拉强度3 2 7 m p a 、延伸率1 4 和电阻率 3 3 4 n q m ，t 9 处理线材抗拉强度3 3 6 m p a 、延伸率7 5 和电阻率3 1 3 r f f 2 m 。6 2 0 1 合金线材 t 8 状态抗拉强度和等效导电率分别比在线固溶时效连铸连轧工艺制备合金线材的强度 提高5 6 ，等效导电率提高1 4 3 ；6 2 0 1 合金线材t 9 i 艺拉伸强度和等效导电率分别比 在线固溶时效连铸连轧工艺提高6 2 ，导电率提高1 1 。 4 、设计了管材连续扩展成形的模具及工艺，确定了连续扩展成形8 0 x 1 0 m m 管材 的最佳工艺参数，成功制备t 6 2 0 1 铝合金导电管材。浇注温度为7 6 0 7 8 0 。c ，模具预热 温度为5 0 0 - 5 5 0 ； 5 、研究了连续扩展成形过程中管材的缺陷形成机理，制定了有效的预防措施。 i i i 东北大学硕士学位论文 摘要 关键词：6 2 0 1 铝合金；导电材料连续流变挤压；形变热处理；人工时效；扩展成形；组 织性能 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r s ho nc o n t i n u o u sr h e o e x t r u s i o no fc o n d u c t i v e m a t e r i a la l u m i n u m a l l o y a b s t r a c t b a s e do nt h ep r o d u c t i o na n dt h ec u r r e n tc o n d i t i o no fa l l o yc o n d u c t i o n ，h i g h - q u a l i t y 6 2 01c o n d u c t i v em a t e r i a lw a sp r e p a r e db yu t i l i z i n gc o n t i n u o u s l yr h e o l o g i ce x t r u s i o ni nt h e p a p e r ；t h ep r o c e s sa n dt h e o r yo fa l l o yp i p eb yt h em e t h o do ff o r m a t i o no fc o n t i n u o u s l y r h e o l o g i ce x t r u s i o n , c o l dd r a w i n gt r e a t m e n t ，h e a tp r o c e s s i n ga n df o r m a t i o nt e c h o n o l o g yw e r e s t u d i e db yu s i i l gd z j - 3 5 0c o n t i n u o u s l yr h e o l o g i ce x t r u s i o nm a c h i n e 、s a n s ie l e c t r i c a lt e n s i l e t e s t i n gm a c h i n e 、d u r a lp u r p o s ee l e c t r i c a lb r i d g eo fq j 3 6 、o l y m p u sm e t a l l o s c o p ea n a l y t i c a l m e t h o d sa n ds oo n m a i nw o r ka n dr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i td i s c l o s e dt h a tp r o c e s s i n gp a r a m e t e rh a de f f e c to nt h el a w o ft e x t u r e ( m i c r o s t r u c t u r e ) a n dp e r f o r m a n c eb yc o n t i n u o u s l yr h e o l o g i ee x t r u d i n g ；t m ye q u i a x e dg r a i nc o u l db eg a i n e d b yc o n t i n u o u s l yr h e o l o g i ce x t r u d i n go nl i n ea n ds o l i ds o l u t i o n , c r y s t a lg r a i nw a sr o u g h , s t r e n g t ho ft e n s i o na n de l o n g a t i o np e r c e n tr e d u c e d , s p e c i f i cc o n d u c t a n c el i f t e dw i n lt h er i s e o ft h ep o i n to fp o u r i n g ；t h es y n t h e t i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t ya n dc o n d u c t i v ep r o p e r t yw e r e i m p r o v e db yt 8a g i n gt r e a t m e n t ；t h ea l l o ya g i n gv e l o c i t y a n dc o n d u c t i v ep r o p e r t y i m p r o v e d ，w h i l em e c h a n i c a lp r o p e r t yr e d u c e dw i t ht h ea g i n gt e m p e r a t u r eh i g h e r ；t h e6 2 0 1 a l l o yh a dh i 曲s t r e n g t ha n ds p e c i f i cc o n d u c t a n c e 嘶t l lt h e r m o m e c h a n i c a lt r e a t m e n t a ta t 1 5 0 ( 2 ) t h eo p t i m a lt e c h o n o l o g yo f 西6 i m6 2 0 1a l l o yw i r ew a sd e s i g n e db yc o n t i n u o u s l y t h e o l o g i ce x t r u s i o ni nt h ep a p e r t h ep o i n to fp o u r i n ga r r a n g e df r o m7 2 0 。ct o7 4 0 * c ，c o l d w a t e rf l u xa r r a n g e df r o m15t o2 0 l m i n ，t h et e m p e r a t u r eo fo nl i n es o l i ds o l u t i o nw a s5 2 0 。c ， c o o l i n gr a t ew a s3 0 。c s ，a g i n gt e m p e r a t u r ew a s1 5 0 。c ，a g i n gt i m ea r r a n g e df r o m1 0t o1 4 h ， t h e6 2 01 a l l o yw i r eo ft 6t r e a t m e n tt e n s i l es t r e n g t hw a s3 2 0 m p a , e l o n g a t i o nw a s7 8 ， e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yw a s31 5n q m ；t h et e n s i l es t r e n g t h ，e l o n g a t i o na n de l e c t r i c a lr e s i s t i v i t y i n c r e a s e sb y11 1 ，17 a n d0 2 a c c o r d i n gt os t a n d a r do fo u rc o u n t r y ( 3 ) t h el o wt e m p e r a t u r et h e r m o m e c h a n i c a lt r e a t m e n tw a sd e s i g n e d ；t h et e n s i l es t r e n g t h , e l o n g a t i o na n dc o n d u c t a n c eo ft 8a n dt 9i s3 2 7 m p a , 1 4 a n d3 3 4 1 位m ；3 3 6 m p a , 7 5 a n d 31 3 艘m t h et e n s i l es t r e n g t ha n ds p e c i f i cc o n d u c t a n c eo ft h e6 2 01 a l l o yw i r eo ft 8 v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t r e a t m e n ti n c r e a s e db y5 6 a n d1 4 3 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e dt oc o n t i n u o u sm e t a lc a s ta n d t a n d e mr o l l i n go fs o l i ds o l u t i o no nl i n e t h et e n s i l es t r e n g t ha n ds p e c i f i cc o n d u c t a n c eo ft h e 6 2 01 a l l o yw i r eo ft 9t r e a t m e n ti n c r e a s e db y6 2 a n d1 1 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e dt ot h e c o n t i n u o u sm e t a lc a s ta n dt a n d e mr o l l i n go nl i n e ( 4 ) c r a f ta n dp r o g r a m m eo f c o n t i n u o u sr h e o l o g i ee x t r u s i o nf o r m i n gw a sd e s i g n e di nt h e p a p e r ；t h eo p t i m a lc r a f tp a r a m e t e ro f0 8 0 x l0 m mp i p e sw a sd e t e r m i n e sa n dt h ep i p e so f 6 2 01a l l o yw a sp r e p a r e ds u c c e s s f u l l y t h ep o i n to fp o u r i n ga r r a n g e df r o m7 6 0 ct o7 8 0 c ， t h ep r e h e a t i n gt e m p e r a t u r ea r r a n g e df r o m4 5 0 。ct o5 0 0 c ( 5 ) t h ed e f i c i e n c yf o r m a t t i n gm e c h a n i s mo f6 2 0 1a l l o y sc o n t i n u o u sr h e o l o g i ce x t r u s i o n w a se x p l o r e di nt h ep a p e ra n dt h ee f f e c t i v ep r e c a u t i o n a r ym e a s u r e sw a sd e s i g n e d k e y w o r d s ：6 2 01 a l u m i n u m a l l o y ；c o n d u c t i v e m a t e r i a l r h e o l o g i ce x t r u d i n g ； t h e r m o m e c h a n i c a lt r e a t m e n t ；a r t i f i c a la g i n g ；e x t e n d i n gf o r m i n g ；m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t y v i 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i i a b s t r a c t v 第一章绪论1 1 1 铝合金架空导线的发展历史与应用前景。1 1 1 1 铝合金导线的发展历史1 1 1 2 铝合金导线的制造工艺3 1 1 3 铝合金线材加工的发展历史与应用前景4 1 2 铝合金导电管材生产工艺简介9 1 3 拉拔的历史与发展趋势1 0 1 4 连续流变挤压成形技术的发展历史与应用前景1 2 1 4 1 连续流变挤压成形技术的发展历史1 2 1 4 2 连续流变挤压成形技术的应用前景1 5 1 4 3 连续扩展成形的发展历史与应用前景1 6 1 5 本文的研究目的和内容1 7 1 5 1 本文的目的和意义1 7 1 5 2 本文主要研究的内容18 第二章6 2 0 1 铝合金导电材料连续流变成形设备与工艺1 9 2 1 连续流变成形的基本原理与设备1 9 2 1 1 连续流变成形的基本原理1 9 2 1 2 实验设备一1 9 2 1 3 实验设备的技术参数2 2 2 1 4 实验模具2 2 2 2 连续流变挤压成形的方法与步骤2 3 2 2 1 实验材料2 3 2 2 2 实验步骤2 3 v i i 东北大学硕士学位论文 目录 2 2 3 实验方案。2 5 2 2 4 显微组织观察2 5 2 3 连续流变挤压成形工艺参数与最优工艺2 6 2 3 1 连续流变挤压成形工艺参数对成形过程和组织的影响。2 6 2 3 2 在线固溶对连续流变成形6 2 0 1 铝合金微观组织的影响3 1 2 3 3 连续流变挤压铝合金导电线材的最优工艺3 6 2 4 小结3 6 第三章6 2 0 1 铝合金导电材料拉拔与热处理研究3 7 3 16 2 0 1 铝合金线材的冷拔加工3 7 3 1 1 拉伸配模3 7 3 1 2 工艺润滑3 9 3 1 36 2 0 1 铝合金合金线材的拉拔配模与润滑4 0 3 2 形变热处理4 1 3 2 铝合金的时效处理4 1 3 36 2 0 1 铝合金的显微组织4 2 3 46 2 0 1 铝合金导电材料的低温形变热处理4 3 3 4 16 2 0 1 铝合金的t 6 处理实验4 3 3 4 26 2 0 1 铝合金导电材料t 8 和t 9 热处理4 4 3 5 性能测试4 5 3 5 1 导电性能测试4 5 3 5 2 拉伸性能测试4 5 3 6 铝合金的强化机理4 6 3 7t 6 处理对6 2 0 1 铝合金的组织和性能的影响。4 9 3 8 形变热处理对6 2 0 1 铝合金组织和性能的影响5 2 3 9 ，j 、结5 7 第四章6 2 0 1 铝合金管材连续扩展成形模具设计与工艺5 9 4 1 扩展挤压管材成形的基本原理与特点5 9 4 2 管材的连续扩展成形实验6 0 4 3 工艺条件对铝管材成形性能的影响6 4 v i i i 东北大学硕士学位论文 目录 4 4 管材连续扩展成形常见缺陷分析及解决方法6 5 4 5 本章小结6 8 第五章结论7 1 参考文献7 3 致谢7 9 i x - l 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 随着我国国民经济的高速发展，电力工业的建设呈现突飞猛进的趋势。在简单大跨 越输电线路已向高压化、大容量化、远距离化方面发展和延伸，高强度铝一镁一硅合金 导线已成为“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署及大跨越输电线路建设的迫切 需求【1 1 。 2 0 世纪5 0 6 0 年代，法国、美国、日本和比利时等国家对铝合金导线进行了大量的 实验，认为6 2 0 1 铝合金具有良好的导电性能、焊接性能、耐蚀性能、导电容量大、抗拉 强度高、质量轻、弧垂性好等一系列优点常常被用作架空大跨越钢芯铝合金绞线或铝合 金绞线中的输电导线，国内外对其加工工艺进行了大量的研究，取得了丰硕的成果。目 前国外的铝合金导线生产工艺经过不断改进，其工艺手段日趋完善，技术也更加先进， 已从传统的连铸连轧工艺发展成为广泛采用的连续浇注和连续热轧方式的铝合金线材 生产工艺，该工艺的显著特点是：铝合金线材的抗拉强度达到3 0 0 m p a ( 传统固溶热处 理合金的仅为2 0 0 m p a 左右) ，等效导电率达至i j 5 5 i c s a l 2 3 1 ，而目前我国的加工技术较 国外有较大差距，主要采用连铸连扎法，也有铸锭挤压法生产的。而连续流变挤压成形 工艺一种比较先进的挤压技术，具有工艺流程短、节能、生产效率高、设备投资少、产 品长度不受限制、产品的表面清洁、圆度好、表面质量高和产品的出口温度易于控制等 一系列优点，特别适宜于生产铝合金导线【4 - 5 1 。所以研究连续流变挤压成形工艺生产铝 合金导电材料具有重要意义。 1 1 铝合金架空导线的发展历史与应用前景 1 1 1 铝合金导线的发展历史 架空导线在国外起步较早，美国于1 9 0 8 年就提出了钢芯铝绞线结构，由此揭开了架 空导线发展的序幕。架空导线开始以钢绞线、钢芯铝绞线、钢芯青铜绞线为主，虽然也 有少量铝合金绞线使用。但限于当时的加工工艺落后，故应用不多。二战期间，架空导 线发展较慢。到了5 0 , - - 6 0 年代，加工工艺的进步以及材料科学的进展，促进了架空导线 的发展，使得架空导线的研究出现了勃勃生机。传统的钢绞线等都普遍被新型导线所代 替，原因很简单，钢纹线虽然强度高，但电阻大且易腐蚀。因此，自从法国于1 9 5 6 年首 东北大学硕士学位论文第一章绪论 先采用钢芯铝合金绞线后，除前苏联一些地区仍使用钢芯铝绞线外( 铝钢比为1 ：5 左右) ， 其它如日本、德国、加拿大、美国等国家都广泛采用了钢芯铝合金绞线。至u 1 9 7 9 年，日 本架空铜导线全部用铝合金导线代替。这里所说的铝合金导线以趾m g s i 系合金为主， 其它如a 1 - n i f e c u 、a 1 f e 系铝合金也得到少量应用。铝合金线能够得到如此广泛的应 用与所具有的良好性能分不开。与钢芯铝绞线相比，铝合金的载流量一般为铝的 9 4 6 , - 9 5 9 ，两者很接近；钢芯铝合金绞线的电能损耗为钢芯铝绞线的1 1 8 1 2 8 倍， 但其强度则比后者高出3 以上；弧垂特性( 拉断力与单位长度之比) 为后者的1 3 1 4 倍。由于钢芯铝合金绞线的这些优点以及积累的运行经验，国际电工委员会从5 0 年代起 就将其作为一种推荐采用的架空用导线【6 】。 全铝合金架空导线已有近6 0 年的使用历史，所用的铝合金主要以舢m g s i 系列为基 准【7 】，合金成分m g 、s i 各为0 5 ( 相当于美国牌号的6 2 0 1 ) 。6 2 0 1 合金具有中等强度， 耐蚀性高，无应力腐蚀倾向，焊接性能良好，焊接区腐蚀性能不变，成形和工艺性能良 好等优点。主要产品为挤压型材，是最佳挤压合金。表1 1 是钢芯铝绞线与全铝合金架 空导线的性能比较，使全铝合金架空导线的使用已非常广泛。由表可以看出：全铝合金 导线给用户带来一系列的利益，具有重量轻、比强度大、载流量高、运行成本低和简化 安装架设等一系列的优点。到目前为止，全铝合金架空导线性能的优劣已成为一个国家 电力发展水平高低的代名词，并拥有了系列的标准，如英国标准( b s ) 、法国标准 表1 1 钢芯铝绞线与全铝合金绞线的性能比较 t a b l e1 1t h ed i f f e r e n c eo fp r o p e r t yb e t w e e na c i sa n da a a c ( n f ) 、国际电工委员会标准( i e c ) 、德国标准( d i n ) 、美国材料试验标准( a s t m ) 2 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 和中国机械行业标准( j b t 8 1 3 4 1 9 9 7 ，j b t 8 6 4 0 1 9 9 7 ) ，不仅规定了电工合金导线的化 学成分，还对全铝合金架空导线的强度和导电性能也做了详细的并且十分严格的规定。 1 1 2 铝合金导线的制造工艺 铝导线的正常工艺是：将熔融金属浇注轧制成杆，然后拉制成导线。由于全铝合金 导线系舢m g s i 合金导线，形变热处理后具有较高的综合力学和导电性能，因此全铝合 金导线的制造工艺比纯铝导线的制造工艺要复杂得多，必须在铝导线的工艺中增加合金 化、固溶、淬火和人工时效热处理等工序，所以全铝合金架空导线的工艺为：在熔融金 属中进行合金化、铸轧成线材、固溶处理、淬火、拉线、人工时效热处理和最后绞线成 缆。图1 1 是铝合金导线生产工艺流程，由表可以看出：为了获得成品导线所需的性能， 上述每一道工序都是必须的；但工艺也有一定的灵活性，可以将多道工序组合在一起， 但每道工序都必须严格控制【剐。 圈一圈一回一回 土 回一回圊一困 图1 1 铝合金导线生产工艺流程 f i g 1 1p r o c e d u r eo fa l l o yw i r ep r o d u c t i o n ( 1 ) 合金化：获得正确比例的合金组成。只能在熔融状态下进行，不仅要仔细控 $ 1 m g 与s i 的含量，对杂质的含量也要严格控制，特别是杂质铁、铬、锰、钒及钛等的 含量必须进行严格控制； ( 2 ) 熔化的铝合金必须马上进行铸造。其途径有三种，第一种是先将金属铸成锭 子，再在后一工序轧制成线材；第二种是在p r o p e r z i 机组上连铸连轧成合金线材；连铸 连轧则是一种更好的工艺路线，不但技术先进，而且经济效益好；第三种工艺路线是： 将合金铸成锭并挤压成线材，但由于连铸连轧工艺更具备经济性，实际上此种工艺路线 已被摒弃。 ( 3 ) 固溶处理：合金固溶处理有两种方式。一种是在线连铸连轧的过程中，通过 在线冷却温度控制来获得固溶体；另一种是离线固溶处理和淬火。 ( 4 ) 拉线：采用常规拉线工艺。由于铝合金线材的强度较高，采用大功率的拉线 - 3 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 机进行拉制。在拉线的过程中还应加强温度控制，防止局部温度过高引起线材的部分热 处理；在模具方面，由于合金线材的硬度高，一般采用聚晶线模和碳化硅模作为铝合金 线材的拉伸模。 ( 5 ) 人工时效：对拉制后的成盘单线进行人工时效，通常是在电炉或煤气炉中完 成，时效时间和时效温度需根据最终所要得到的产品性能来确定，整个时效过程必须严 格控制。另一种人工时效的方法是利用拉线过程中的余热完成铝合金导线的全部时效过 程，其间应特别控制拉线速度和温度。 ( 6 ) 绞制：通常是在星式绞线机或刚体绞线机上进行。在绞线时必须采取前成形 或后成形措施一将导线处理成螺旋形。通过采用单线的前成形处理或对导线采用校直滚 筒的后成形，使之成为螺旋形，消除单线刚性的残余弹性。 1 1 3 铝合金线材加工的发展历史与应用前景 铝合金线材的加工是铝合金导线生产中关键的环节之一，其产品质量不仅影响到拉 线、时效、绞制等工艺，还影响到铝合金线材的成品率。只有获得最佳质量的铝合金线 材坯料，才能有效减少废料，提高铝合金线材的成品率，只有这样，连铸连轧工艺的高 效率和先进性才能得以体现。迄今为止，铝合金线材的生产工艺已经跨越了传统挤压、 传统热轧、传统连铸连轧、在线固溶连铸连轧时期，正进入在线固溶时效的现代连铸连 轧的时代。铝合金架空导线的加工，无论从产品质量，还是从产品生产的经济性都取得 了巨大成功。 ( 1 ) 挤压工艺 首先将6 2 0 1 合金浇注成锭，然后在挤压机上热挤压成拉伸所需的合金线材。该工艺 生产效率低、成本高和质量差。由于连铸连轧工艺具有更好的经济性，该工艺现已摒弃 不用。 ( 2 ) 铝合金盘条轧制工艺 将6 2 0 1 合金浇注成锭，然后热轧成拉线所需的合金线材，由于将浇注和热轧工艺彼 此独立，增加了铸锭热轧前的加热过程，合金组织粗大，生产成本高，生产连续性不高。 ( 3 ) 传统连铸连轧工艺( 传统法) 连铸连轧工艺的问世，无疑是金属加工业的巨大成就。从理论上讲，首次实现了连 续浇注和连续轧制过程的无缝连接，大大提高了铝及其合金n t 产品的产量、质量和效 率，而且降低了产品成本，揭开了铝及其合金导电材料生产的光辉一页。铝合金线材的 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 主要制造设备为：五轮式连铸机浇注，在铝合金线材轧制过程中，未对浇注温度和轧制 温度进行有效控制，对合金线材进行独立的固溶处理、淬火及人工时效，体现了铝合金 导线生产的全过程。 ( 4 ) 在线固溶连铸连轧工艺( 近代法) 在线固溶连铸连轧工艺又被称为近代法，将其工艺的重点放在连续热处理上，对连 t 铸机和轧机进行温度控制，实现在线固溶，省去二次固溶+ 淬火，节省能源。据报道： 四川德阳东方电工机械股份有限公司已成功开发y a l m g s i 合金线材的在线固溶热处 。理连铸连轧设备。设备型号为：u l + z 1 5 0 0 + 2 5 5 1 4 型铝镁硅合金连铸连轧生产线，产 品规格为：9 5 m m 铝合金线材。主要设备包括：熔铝炉，保温炉、五轮式连铸机、油 。 压剪切机、校直机、培炉加热器，连轧机和收线机等组成。主要参数为：结晶轮直径 0 1 5 0 0 m m ，铸锭截面积2 0 8 0 n u n 2 ，终轧速度4 - - 6 m s 。 ( 5 ) 在线固溶时效连铸连轧工艺( c h t a ) 9 - 1 0 l 在线固溶时效连铸连轧工艺，在国外称为连续热处理合金技术，由比利时的l a m i t r e f 铝业公司发明。其工艺的显著特点是：在铝合金线材连铸连轧过程完成在线固溶淬火处 理，利用合金线材轧后余热与冷拔加工过程中的温升效应共同完成合金线材的人工时 效，通过形变热处理的方法，使合金中的强化相m 9 2 s i 以良好的状态弥散析出和分布， 以提高合金线材的综合力学性能和导电性能，合金线材的强度达3 0 0 m p a ，等效导电率 为5 5 i a c s 。由于专利和技术保密的原因，国外的一些文章仅对在线固溶时效连铸连轧 工艺做了宣传性的一些介绍，未见相关技术细节的报道。到目前为止，中国还没有引进 该技术和设备，仅仅是中南大学采用热模拟方法对该工艺进行了探讨，对在线固溶时效 i 连铸连轧工艺的特点进行理论上的解释，尽管如此，对我们了解在线固溶时效连铸连轧 。新工艺，研究铝合金导线加工新技术，仍然具有一定的帮助。图1 2 是该工艺连续热处 理合金技术流程图。由该图可以看出：在线固溶时效连铸连轧工艺连续热处理过程共分 成五个阶段： 在连续浇注的过程中控制连铸坯进入连轧前的铸坯温度保持5 2 0 。c 以上，以保 证合金元素镁、硅的充分固溶； 初轧阶段，采用较高温度轧制，防i l m g 、s i 析出形成针状m 9 2 s i ： 中轧阶段，温度为强化相的析出相温度，以保证强化相的快速析出； 较低温度轧制阶段，在较低温度下轧制形成的亚结构，被中轧阶段快速析出的 强化相钉扎，形成良好的亚结构强化； 5 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 余热时效阶段，合金线材连铸连轧的出线温度在2 8 0 - 3 5 0 c 左右，利用热加工 余热完成人工时效。 2 0 j4 0 j 6 0 一 c o n t i n u o u s c a s t i n g 。a n d 。r o l l m g & , 。 图1 2 在线固溶时效连铸连轧工艺技术原理示意图 f i g 1 2s c h e m a t i cd i a g r a mo fc h t a c o n t i n u o u sh e a tt r e a t e da l l o y 表1 2 不同工艺生产合金线材的强度和导电率 t a b l e1 2t e n s i l es t r e n g t ha n de l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo f c o n d u c t o r sp r e p a r e db yd i f f e r e n tp r o c e s s 因此，严格规范铝合金线材的连铸连轧，到目前为止，在线固溶连铸连轧工艺可以 认为是货真价实铝合金线材连铸连轧工艺，其实现了铝合金线材加工技术向纯铝导线加 工技术的转变，具有广泛的先进性和应用价值。在线固溶时效连铸连轧工艺与在线固溶 水淬时效热处理工艺与传统连铸连轧工艺相比，具有以下特点： 生产流程短，生产效率高，比传统连铸连轧工艺生产铝合金导线节省了固溶处理、 淬火、干燥和人工时效等工序；比在线固溶连铸连轧工艺生产铝合金导线节省了干燥和 人工时效等两道工序。 铝合金绞线生产可变成本低。由于在线固溶连铸连轧工艺实现了在线水淬与人工时 效等主要工序，因而生产成本低。在线固溶连铸连轧工艺特别适合于低成本扩张。 6 - p气疑雷言p-uo是邕甚已p苫z 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 产品质量好，合格率高。表1 3 是不同连铸连轧工艺生产6 2 0 1 合金导线的合格率。 表1 2 不同工艺生产合金线材的强度和导电率，在线固溶连铸连轧工艺生产合金线材的 强度合格和导电性能合格率均高于相同线径的传统连铸连轧工艺生产的合金线材，随着 线材线径的增大，在线固溶连铸连轧工艺提高合金线材综合力学性能和导电性能的优势 越明显。 表1 3 不同生产工艺制备6 2 0 1 合金导线的合格率 t a b l e1 3p e r c e n t a g eo fp a s so f6 2 01a l u m i n u ma 1 1 0 yc o n d u c t o r sp r e p a r e db yd i f f e r e n tp r o c e s s 其缺点是： 生产工艺复杂、工序控制难度大，极易出现与铝盘条连铸连轧类似的缺陷。如连铸 坯疏松、缩孔、翅边、表面气泡、疤痕、裂纹和断条。0 9 5 m m 电工铝合金线材生产设 备为五轮式连铸机+ 1 5 机架三辊y 型轧机。为了获得具有良好析出的强化相，必须分别 对连铸机以及连轧机组的各道次进行有效的温度控制，同时对冷拔加工温度、拉线速度 与工艺润滑进行控制。显然，在线固溶时效连铸连轧工艺生产铝合金导线无论是从连铸 坯的质量控制，强化相的在线固溶，还是合金线线材的余热时效与冷拔加工控温再时效 等方面增加了工艺难度。第一，由于铝合金线材中s i 含量的增加，铸坯裂纹的倾向性加 大，不得不采用结构更为复杂的五轮式连铸机，增加了连续浇注工艺控制的复杂程度： 第二，为了保证铝合金元素的充分固溶，合金连铸坯的终了温度保持在5 2 0 以上，使 得连铸坯的晶粒粗大，铸坯质量下降；第三，连轧机组由1 5 机架组成，在实际生产过程 中，每个轧制工序的润滑和冷却都必须进行单独调节并控到最佳组合水平，这样大大增 加了工艺润滑和工序控制的难度；十五机架孔型调整、机械对中、连轧系数的分配，以 7 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 及生产过程中使用不当或磨损尺寸超差，以及连铸坯本身的缺陷，不可避免地断条、断 线、顶出导位而导致停车事件时有发生，严重影响产品的质量和产量，有时停车时间高 达数十小时，却无法找到真正的故障原因；第四，利用轧后余热与冷拔加工温度效应实 现人工时效，必须严格控制拉线速度与润滑冷却工艺，否则达不到应有的时效强化效果。 产品尺寸精度偏差大，对合金线材冷拔加工增大难度，铝合金线材极易出现飞边、 错圆、椭圆、起皮和分层。由于三辊y 型轧机，孔型系统的主要孔型系统为三角一圆孔 型系统，根据相似理论与相似变形理论，轧件的圆度较挤压的偏差大；由于各机架及孔 型的安装与尺寸加工误差，以及轧制过程中的张力控制等，不可避免地导致产品纵向尺 寸精度较差。 设备安装、维护和保养复杂。整套设备由多种主辅系统组成，增加了安装维护的难 度。 综上所述：在线固溶时效连铸连轧工艺非常适合于铝合金导电线材的生产，具有产 品质量好、产量高和产品成本低等一系列的优点，相信人们对在线固溶时效连铸连轧工 艺先进性认识的不断加深、工艺控制水平的不断提高和国际交流的日益频繁与技术壁垒 的不断减小，我国也会引进或开发出在线固溶时效连铸连轧工艺。 ( 6 ) 连续流变挤压成形新工艺 连续流变挤压成形工艺是一种短流程，近终成形新技术，由东北大学首次研发。采 用连续流变挤压成形工艺生产铝及其合金线材，生产工艺流程短，产品的生产从浇注到 产品终了成形在一台连续流变成形设备上一次连续流变成形完成。初步研究表明：连续 流变挤压成形工艺生产的铝及其合金导电材料的产品质量好，强度高，导电性能好，该 工艺是铝及其合金导电材料加工最有潜力的新工艺? 连续流变挤压成形m 9 m m 电工圆铝 线材在2 0 。c 的电阻率为2 5 5 n d m ( 6 7 6 队c s ) ，比采用常规连铸连轧工艺生产电工圆铝 线材的导电率提高了6 5 ，比采用稀土元素元素提高导电率更为有效( 稀土元素元素提 高纯铝线导电率0 5 左右) ；连续流变挤压成形t 7 处理( 工艺：5 4 0 l h 固溶+ 1 9 0 2 4 h 人工时效) 未冷拔加工9 1 1 1 i n ( w t ：m 9 0 8 5 、s i 0 7 ) 合金线材的抗拉强度、延伸率和 电阻率分别为3 0 6 m p a ，2 4 和3 3 4 n d m ( 5 5 4 i a c s ) ：比传统工艺生产l h a 2 型架空导线 的导电率提高1 5 ，达到了在线固溶连铸连轧工艺制备的成品导线的性能指标。连续流 变挤压工艺与连续流变挤压成形相比，还具有如下特点：生产流程短，设备投资少：工 序简单，在线固溶控制容易。因为连续流变挤压成形一个道次即可完成，比在线固溶连 铸连轧工艺设备加工道次大大减少。由此可以推论：连续流变挤压成形工艺将是继在线 8 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 固溶连铸连轧工艺之后又一铝合金导电材料生产新工艺【1 0 l 。 1 2 铝合金导电管材生产工艺简介 铝管母线高压配电装置因具有占地面积少、节省钢材、布置清晰、运行维护方便， 母线电晕对无线电干扰小和临界电晕电压高等一系列优点在国内外广泛采用，如图1 3 ， 已有近5 0 年的历史【2 9 。3 0 】。到目前为止，铝合金导电管材的生产工艺仍为传统挤压生产， 其生产工艺如图1 4 所示。 图1 3 铝合金管母线在高压配电装置中的应用 f i g a