摘 要：中強(qiáng)度鋁合金線材制備研究 摘要研究了中強(qiáng)度鋁合金的熱處理工藝，通過調(diào)整加工工序，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。對(duì)比分析了熱處理工藝對(duì)中強(qiáng)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(qiáng)度鋁合金絞線由于其在制造、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)輸?shù)确矫娴膬?yōu)點(diǎn)，在輸電導(dǎo)線領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。研究表明，中強(qiáng)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(fēng)振動(dòng)等方面優(yōu)勢(shì)顯著。6000系鋁合金是典型的可以熱處理強(qiáng)化型鋁合金，由于6000系鋁合金具有較高的比強(qiáng)度、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)而在鋁合金導(dǎo)線上得到廣泛應(yīng)用。本課題研究了中強(qiáng)度6101鋁合金的熱處理工藝，通過調(diào)整加工工序，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。對(duì)比分析了不同熱處理工藝對(duì)中強(qiáng)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(qiáng)度鋁合金線材的應(yīng)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(jìn)行拉拔加工，獲得不同規(guī)格的線材;線材取樣檢測(cè)后再搬運(yùn)到熱處理車間進(jìn)行時(shí)效處理;時(shí)效處理后取樣檢測(cè)，檢測(cè)合格后流轉(zhuǎn)到下一工序(絞線)。傳統(tǒng)的工藝流程具有質(zhì)量控制點(diǎn)多、工序流轉(zhuǎn)時(shí)間較長、熱處理時(shí)間長、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)多、搬運(yùn)過程中易造成線材卡碰傷等問題，需要耗費(fèi)大量的人力和物力。針對(duì)傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)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(diào)整熱處理工藝后進(jìn)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(xué)性能和電性能;熱處理后鋁桿檢測(cè)，合格后流轉(zhuǎn)到下一工序(拉絲);熱處理后的鋁桿進(jìn)行線材拉拔，獲得要求的線材規(guī)格;線材性能檢測(cè)，合格后流轉(zhuǎn)到下一工序(絞線)。對(duì)比兩個(gè)工藝流程可知，新工藝減少了2次搬運(yùn)和1次浸油工序。在操作上，熱處理時(shí)鋁桿較之線材裝爐、吊裝方便，節(jié)省人力。

　　2.工藝改進(jìn)

　　試驗(yàn)原材料為T4狀態(tài)下的9.5mm的AA6101中強(qiáng)度鋁合金桿，其成分見表1。鋁合金線材的技術(shù)指標(biāo):直徑為3.94mm，抗拉強(qiáng)度≥240MPa，伸長率≥3.5%，電導(dǎo)率≥33.93MS/m[3，4]。根據(jù)拉拔加工的技術(shù)特點(diǎn)，確定了熱處理后鋁桿的性能指標(biāo):抗拉強(qiáng)度≥190MPa，伸長率≥7%(250mm標(biāo)距)，電導(dǎo)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(shí)效處理可以提升鋁合金桿的抗拉強(qiáng)度，提升幅度為22～31MPa。時(shí)效時(shí)間相同時(shí)，隨著時(shí)效溫度的升高，抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)闀r(shí)效溫度太高，鋁合金桿發(fā)生了過時(shí)效現(xiàn)象。并且3個(gè)批次的鋁桿熱處理后的變化趨勢(shì)相同。通過時(shí)效處理明顯降低了鋁合金桿的伸長率，降低25%～38%，但隨著時(shí)效溫度的升高，伸長率不變或略有提高。時(shí)效處理對(duì)伸長率有著明顯的不良影響，見表2。通過時(shí)效處理可以明顯提升鋁合金桿的電導(dǎo)率，提升2.48～2.58MS/m，在時(shí)效時(shí)間相同的前提下隨著時(shí)效溫度的'升高，電導(dǎo)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(yàn)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)要求，但是抗拉強(qiáng)度指標(biāo)剛剛達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品性能均能很好的滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。分析表3可知，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，205℃×2h熱處理時(shí)合金在強(qiáng)度和電導(dǎo)率方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法(176℃×10h)，綜合3項(xiàng)指標(biāo)在下一道工序或最終產(chǎn)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(chǎn)品的使用性能。采用意大利普洛佩茲連鑄連軋生產(chǎn)線進(jìn)行了300組AA6101鋁合金桿試生產(chǎn)，力學(xué)性能和電導(dǎo)率見圖2。由圖2a可以看出，熱處理后鋁桿的抗拉強(qiáng)度主要分布范圍為246～256MPa，伸長率為4.3%～6.0%，電導(dǎo)率為34.08～34.49MS/m，均能滿足3.94mm線材使用要求，合格率達(dá)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(shí)間節(jié)省2h。轉(zhuǎn)運(yùn)(吊裝、搬運(yùn))時(shí)間5h;浸油時(shí)間1h。鋁桿加工成合格的線材，累計(jì)節(jié)省時(shí)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(chǎn)周期)。在保證質(zhì)量的前提下，改善了兩項(xiàng)指標(biāo)，即強(qiáng)度指標(biāo)和電導(dǎo)率指標(biāo)分別達(dá)到250MPa和34.22MS/m。伸長率略有降低，但仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。整體合格率也有一定提高。轉(zhuǎn)序過程中的搬運(yùn)減少、裝爐鋁桿和裝線材可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(yīng)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(jié)論

　　通過調(diào)整中強(qiáng)度鋁合金時(shí)效工藝路線方案，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)也提高了性能。此外，產(chǎn)品整體合格率也有較大提高。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]劉聯(lián)春.論鋁合金熱處理原理與技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(11):13-13.

　　[3]NB/T42042-2014.架空絞線用中強(qiáng)度鋁合金線[S].[4]Q/GDW1816-2012.中強(qiáng)度鋁合金絞線[S].、