拉拔态A6铝导线强化机制及疲劳断裂行为研究

摘要

随着中国用电需求量的逐年增长，电力工业得到了快速发展。考虑到经济和性能两方面因素，纯铝与其它金属材料相比更加适用于架空输电导线。目前，国际应用最为广泛的架空输电导线是钢芯铝绞线。工业纯铝作为钢芯铝绞线的外层导体材料，其力学性能和导电性能是最重要的两个指标。纯铝导线的生产需要经过多道次冷拉拔加工，通过引入位错和缺陷可以显著的提高其强度，但是加工所引入的晶界、位错和缺陷均会导致导电率的下降。强度和导电率呈现出了相互制约的关系，如何同步提高工业纯铝导线的强度和导电率是亟待解决的工业问题和科学难题。 本文通过对不同拉拔道次的A6铝导线的微观组织进行了观察，提出了A6铝导线的强化机制。并分别对强度、导电率与变形量的关系进行了总结。对于纯铝导线，动态疲劳性能也是导线设计的重要依据，通过对A6铝导线进行不同应力幅条件下的疲劳测试，获得了应力-寿命(S-N)曲线。 通过对不同道次A6铝导线的力学性能研究，发现屈服强度-变形量曲线可以明显的分为三个阶段，分别定义为，第Ⅰ阶段:一次强化阶段;第Ⅱ阶段:稳定阶段;第Ⅲ阶段:二次强化阶段。在第Ⅰ阶段，铝导线的屈服强度随着变形量的增大而增大;第Ⅱ阶段，随着变形量的增大屈服强度进入平台区;第Ⅲ阶段，铝导线的屈服强度再次随着变形量的增大而快速提高。导电率则始终随着变形量的增大而略微下降。 采用SEM-ECC对铝线微观组织观察显示横截面晶粒是等轴晶，随着变形量增大晶粒尺寸减小。在纵截面，随着变形量增大，晶粒沿着拉拔方向被拉长。分别选取了第Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ阶段的铝线进行TEM观察，发现第Ⅰ阶段由于加工硬化引入了位错，位错密度在第Ⅱ阶段变化不明显，在第Ⅲ阶段，位错数量再次增大。EBSD观察结果显示随着变形量增大，<101>取向的晶粒逐渐转向<001>和<111>取向，继续增加应变，<001>取向晶粒转变为<111>取向，最终形成了强烈的<111>丝织构。对不同变形量的纯铝导线内部大角晶界比例分析，发现在第Ⅰ阶段，大角晶界比例随着变形量的增大而减小，在第Ⅲ阶段，大角晶界比例随着变形量的增大而增大。位错密度的增加可以解释一次强化阶段。对于二次强化阶段，位错强化机制、<111>丝织构强化机制和大角晶界强化机制很好地解释了二次强化阶段纯铝导线强度的增加。 不同应力幅条件下的疲劳实验得到了A6铝导线的耐久极限是90MPa。随着疲劳载荷的变化，A6铝导线的疲劳断裂机制也在发生改变。在疲劳载荷较低的情况下，疲劳断口显示裂纹扩展区尺寸较大，瞬断区尺寸较小;随着疲劳载荷的提高，裂纹扩展区尺寸逐渐减小，瞬断区尺寸增大。 A6纯铝导线强化机制的提出对导线的生产具有重要指导意义，通过改变加工路线实现对组织的控制，从而可以达到对A6铝导线性能的优化。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1架空导线材料应用现状

1．2金属变形技术及应用

1．3形变金属的组织结构特征

1．3．1 ECAP加工后纯铝的性能及组织

1．3．2 HPT加工后纯铝的力学性能及微观组织

1．3．3 ARB加工后铝的力学性能及微观组织

1．3．4形变金属内部织构演化

1．4形变金属力学性能规律

1．5形变金属导电性能变化规律

1．6变形金属强化机制

1．6．1晶界强化

1．6．2固溶强化

1．6．3析出相强化

1．6．4位错强化

1．7研究冷拉拔制备纯铝导线的必要性

1．8本论文研究目的和意义

第2章实验方法

2．1纯铝导线的制备

2．2扫描观察

2．3 TEM观察

2．4拉伸及疲劳实验

第3章冷拉拔加工A6铝导线的强化机制

3．1 A6铝导线微观组织SEM-ECC观察

3．2 A6铝导线的力学性能

3．3 A6铝导线内部位错密度演化

3．4 A6铝导线织构演化

3．5 A6铝导线内大角晶界比例演化

3．6拉拔后A6铝导线的强化机制

3．7 A6铝导线拉伸断口观察

3．8 A6铝导线导电率与变形量的关系

3．9本章小结

第4章A6铝导线疲劳断裂微观机制

4．1引言

4．2 A6铝导线的应力-寿命曲线

4．3 A6铝导线疲劳断口观察

4．4本章小结

第5章全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论著