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合金元素含量与加工工艺对8030铝合金导线性能的影响

张国玲  
【摘要】:我国铜资源极度紧缺,而铜资源消费量占世界总消费量的21%,80%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8030铝合金导线应用于民用与建筑低压配电领域已有40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OW、XRD、SEM和EDS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8030铝合金提供依据。 研究表明,进口导线晶粒细小,尺寸约为8-9μm;微观组织是由α-Al基体、Al6Fe、Al2Cu、Al9Si等相组成;第二相尺寸范围0.1~4μm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450℃、470℃、500℃,分别在6h、12h、16h、20h、24h、28h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Fe、Cu和Si分布不均匀;对合金进行470℃/24h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8030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300℃~410℃退火,进行空冷和随炉冷却对8030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;300℃~350℃退火温度越高,合金电导率越高;350℃~410℃退火,退火温度越高,合金电导率越差。 研究了350℃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Fe的含量为0.36wt%,Cu的含量为0.152wt%的导线在350℃/1.3小时随炉冷却条件下电导率最高,达61.21%IACS*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500℃/1h水淬+160℃/12h时效对8030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500℃/1h水淬+100℃/8h+160℃/12h时效、450℃/1h水淬+100℃/8h+160℃/12h时效对8030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,450℃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,500℃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450℃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,500℃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18gm,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17μm,晶粒排列没有明显的方向性,第二相尺寸较大,晶粒尺寸2-6μm,数量较多,没有Al-Cu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。


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