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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、運輸等方面的優點，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，在節約電能損耗、微風振動等方面優勢顯著。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
傳統的鋁合金線材加工工藝流程見圖1。由圖1可知，傳統的加工工藝為:將T4狀態9.5mm的鋁合金桿進行拉拔加工，獲得不同規格的線材;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。針對傳統工藝的缺點設計了新的工藝，其流程是:將T4狀態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，節省人力。
2.工藝改進
試驗原材料為T4狀態下的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，鋁合金桿發生了過時效現象。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狀態鋁桿的工藝相同。通過現場跟蹤，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，未發生斷絲現象。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象出現。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于傳統方法(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。可以節省4h;線材取樣時間節省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，累計節省時間12h左右，主要節省在熱處理環節(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
[1]陳保安，韓鈺，陳新，等.中強度鋁合金導線概述[J].熱加工工藝，2015(18):6-8.
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