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摘 要：中強度鋁合金線材制備研究 摘要研究了中強度鋁合金的熱處理工藝，通過調整加工工序，提高了產品質量和生產效率，降低了生產成本。對比分析了熱處理工藝對中強度鋁合金線材性能的影響，確定熱處理合金桿方案的可行性。
中強度鋁合金絞線由于其在制造、設計、施工、運輸?shù)确矫娴膬?yōu)點，在輸電導線領域應用廣泛[1]。研究表明，中強度全鋁合金絞線與同直徑的鋼芯鋁絞線(AC-SR)相比，在節(jié)約電能損耗、微風振動等方面優(yōu)勢顯著。6000系鋁合金是典型的可以熱處理強化型鋁合金，由于6000系鋁合金具有較高的比強度、質輕等優(yōu)點而在鋁合金導線上得到廣泛應用。本課題研究了中強度6101鋁合金的熱處理工藝，通過調整加工工序，提高了產品質量和生產效率，降低了生產成本。對比分析了不同熱處理工藝對中強度鋁合金線材性能的影響，確定了合金桿的最佳熱處理工藝方案，以期為中強度鋁合金線材的應用提供參考。
1.鋁合金線材加工流程
傳統(tǒng)的鋁合金線材加工工藝流程見圖1。由圖1可知，傳統(tǒng)的加工工藝為:將T4狀態(tài)9.5mm的鋁合金桿進行拉拔加工，獲得不同規(guī)格的線材;線材取樣檢測后再搬運到熱處理車間進行時效處理;時效處理后取樣檢測，檢測合格后流轉到下一工序(絞線)。傳統(tǒng)的'工藝流程具有質量控制點多、工序流轉時間較長、熱處理時間長、轉運次數(shù)多、搬運過程中易造成線材卡碰傷等問題，需要耗費大量的人力和物力。針對傳統(tǒng)工藝的缺點設計了新的工藝，其流程是:將T4狀態(tài)9.5mm的鋁合金桿先熱處理，通過調整熱處理工藝后進行加工可獲得可以滿足不同線徑規(guī)格線材使用的綜合的力學性能和電性能;熱處理后鋁桿檢測，合格后流轉到下一工序(拉絲);熱處理后的鋁桿進行線材拉拔，獲得要求的線材規(guī)格;線材性能檢測，合格后流轉到下一工序(絞線)。對比兩個工藝流程可知，新工藝減少了2次搬運和1次浸油工序。在操作上，熱處理時鋁桿較之線材裝爐、吊裝方便，節(jié)省人力。
2.工藝改進
試驗原材料為T4狀態(tài)下的9.5mm的AA6101中強度鋁合金桿，其成分見表1。鋁合金線材的技術指標:直徑為3.94mm，抗拉強度≥240MPa，伸長率≥3.5%，電導率≥33.93MS/m[3，4]。根據(jù)拉拔加工的技術特點，確定了熱處理后鋁桿的性能指標:抗拉強度≥190MPa，伸長率≥7%(250mm標距)，電導率為34.10MS/m。不同狀態(tài)下鋁桿的性能見表2。可以看出，通過時效處理可以提升鋁合金桿的抗拉強度，提升幅度為22～31MPa。時效時間相同時，隨著時效溫度的升高，抗拉強度呈下降趨勢。這可能是因為時效溫度太高，鋁合金桿發(fā)生了過時效現(xiàn)象。并且3個批次的鋁桿熱處理后的變化趨勢相同。通過時效處理明顯降低了鋁合金桿的伸長率，降低25%～38%，但隨著時效溫度的升高，伸長率不變或略有提高。時效處理對伸長率有著明顯的不良影響，見表2。通過時效處理可以明顯提升鋁合金桿的電導率，提升2.48～2.58MS/m，在時效時間相同的前提下隨著時效溫度的升高，電導率緩慢上升。綜上所述，最終選定熱處理工藝為205℃×6h。
3.拉絲驗證及分析
拉絲工藝與拉制T4狀態(tài)鋁桿的工藝相同。通過現(xiàn)場跟蹤，及拉絲操作者反饋，拉絲過程中非常順利。鋁桿浸油情況良好，未發(fā)生斷絲現(xiàn)象。線材表面質量良好并且表面附著一層油膜。兩種不同方法獲得的3.94mm線材性能見表3。可以看出，現(xiàn)行熱處理方案可滿足標準要求，但是抗拉強度指標剛剛達到標準要求的下限并且偶有不合格現(xiàn)象出現(xiàn)。從表3可知，該工藝路線方案獲得的產品性能均能很好的滿足標準要求。分析表3可知，在滿足標準要求的前提下，205℃×2h熱處理時合金在強度和電導率方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法(176℃×10h)，綜合3項指標在下一道工序或最終產品的使用性能考慮，新工藝路線獲得的線材性能更有利于后續(xù)加工及最終產品的使用性能。采用意大利普洛佩茲連鑄連軋生產線進行了300組AA6101鋁合金桿試生產，力學性能和電導率見圖2。由圖2a可以看出，熱處理后鋁桿的抗拉強度主要分布范圍為246～256MPa，伸長率為4.3%～6.0%，電導率為34.08～34.49MS/m，均能滿足3.94mm線材使用要求，合格率達到100%。線材熱處理10h，鋁桿熱處理6h。可以節(jié)省4h;線材取樣時間節(jié)省2h。轉運(吊裝、搬運)時間5h;浸油時間1h。鋁桿加工成合格的線材，累計節(jié)省時間12h左右，主要節(jié)省在熱處理環(huán)節(jié)(每18～20t鋁線材生產周期)。在保證質量的前提下，改善了兩項指標，即強度指標和電導率指標分別達到250MPa和34.22MS/m。伸長率略有降低，但仍能滿足標準要求。整體合格率也有一定提高。轉序過程中的搬運減少、裝爐鋁桿和裝線材可以減輕勞動強度，降低人力、物力，節(jié)約成本。由于線材熱處理后表面干澀，絞線過程中易造成磨損及劃傷，所以熱處理后的線材應該浸油。鋁桿拉制線材過程中，浸在拉絲油中。半成品線材表面有一層油膜，所以不用線材浸油。
4.結論
通過調整中強度鋁合金時效工藝路線方案，縮短了生產周期，提高了生產效率的同時也提高了性能。此外，產品整體合格率也有較大提高。
參考文獻
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