连续流变挤压与拉拔制备高性能耐热Al-Sc-Zr合金导线的研究

摘要

以Al-Sc-Zr合金为研究对象，通过合金成分优化，采用连续流变挤压的方法制备出了铝合金导线，并对其进行热处理和冷拔加工，研究连续流变挤压工艺参数、热处理制度以及冷拔加工对Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线组织及性能的影响，获得了如下结果:
　　(1)采用DZJ350型连续流变挤压成形实验机，成功制备出直径为9.5mm的Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线，并得出了连续流变挤压制备Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线的最优工艺:最佳浇注温度为730℃;辊-靴间隙为1～1.5mm;挤压辊转速为0.275m/s;冷却水流量为1.67×10-4m3/s。在此条件下，连续流变挤压获得的Al-0.12 Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线抗拉强度为62MPa，导电率为56.7％IACS。
　　(2)获得了固溶处理对Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线组织及性能的影响规律:受晶粒长大的影响，晶粒平均直径尺寸随固溶处理时间的延长而增大;抗拉强度受固溶处理影响较小;在一次析出相Al3(Sc，Zr)分解、Sc和Zr的固溶、静态回复以及静态再结晶的综合作用下，导电率升高速率先快后慢，抗拉强度基本不变。
　　(3)获得了时效处理对Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线组织及性能的影响规律，优化了热处理工艺制度:时效处理使铝基体中迅速析出大量Al3(Sc，Zr)弥散相，这些析出相具有片层结构（层错或微孪晶），尺寸为6～12nm，随时效时间的延长略有长大，热稳定性好;析出相与铝基体完全共格，错配度为2％;320℃时效处理，受二次析出相对位错、亚晶界和晶界的钉扎作用的影响，导线抗拉强度先快速升高后保持较高强度不变;由于片层结构（层错或微孪晶）与基体共格，对导电电子的散射作用小，使320℃时效处理导线导电率显著升高。采用连续流变挤压制备的Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线，630℃固溶处理1.5h水淬后320℃时效处理6h水淬。其抗拉强度达到160MPa，延伸率达25.2％，导电率为65.7％IACS，230℃×1h、400℃×1h耐热试验抗拉强度残留率分别达100％、99.38％。
　　(4)获得了冷拔加工对热处理后Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.％)合金导线组织及性能的影响规律:随断面减缩率的减小，等轴晶在拉拔方向上被拉长形成纤维状拉拔组织（丝织构），组织内存在大量的位错等缺陷，位错缠结形成了胞状亚结构。受加工硬化和弥散的二次析出相Al3(Sc，Zr)影响，抗拉强度升高，延伸率降低。变形后位错密度升高，对导电电子的散射作用增强，合金导线导电率下降。
　　(5)获得了标称直径为3mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm、8mm的拉制耐热铝合金导线，综合性能优于《国际电工委员会架空导线用耐热铝合金线标准》中AT1、AT3、AT4耐热铝合金导线的性能。其抗拉强度高出标准13.8％～39.5％，导电率高出标准0.5％～11.7％，延伸率为标准的1.7～5.65倍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 耐热铝导线的研究进展和发展方向

1．1．1 耐热铝导线的研究进展

1．1．2 耐热铝导线的发展方向

1．2 含Sc、Zr铝合金的研究进展及其组织性能

1．2．1 含Sc铝合金的研究进展及其组织性能

1．2．2 含Zr铝合金的研究进展及其组织性能

1．2．3 Sc和Zr复合加入到铝合金中的作用机制

1．3 连续流变挤压成形技术的研究进展与发展方向

1．3．1 连续流变挤压成形技术的研究进展

1．3．2 连续流变挤压成形技术的发展方向

1．4 本课题的研究目的及内容

1．4．1 本课题的研究目的

1．4．2 本课题的研究内容

第2章 实验

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．2．1 熔炼设备

2．2．2 连续流变挤压成形实验设备

2．2．3 拉拔实验设备

2．2．4 热处理实验设备

2．2．5 组织分析与性能检测设备

2．3 实验过程

2．3．1 合金的熔炼

2．3．2 连续流变程挤压实验

2．3．3 热处理实验

2．3．4 冷拔加工实验

2．4 组织观察和性能检测

2．4．1 组织观察

2．4．2 性能检测

第3章 Al-Sc-Zr合金成分优化与连续流变挤压成形工艺的研究

3．1 合金成分的优化

3．2 工艺条件对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线连续流变挤压成形及其组织性能的影响

3．2．1 浇注温度对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线表面质量及其组织性能的影响

3．2．2 挤压辊转速与冷却水对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线表面质量及其组织的影响

3．2．3 辊-靴间隙对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线成形的影响

3．2．4 最佳工艺条件

3．3 本章小结

第4章 热处理对合金导线组织性能的影响

4．1 固溶处理对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线组织性能的影响

4．1．1 固溶处理对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线组织的影响

4．1．2 固溶处理对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线性能的影响

4．2 时效处理对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线组织性能的影响

4．2．1 时效处理对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线组织的影响

4．2．2 时效处理对Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线性能的影响

4．3 最佳热处理制度

4．4 本章小结

第5章 冷拔加工对热处理后合金导线组织性能的影响

5．1 冷拔加工对热处理后Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线组织的影响

5．2 冷拔加工对热处理后Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线性能的影响

5．2．1 冷拔加工对热处理后Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线力学性能的影响

5．2．2 冷拔加工对热处理后Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线导电性能的影响

5．2．3 冷拔加工热处理后Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线的耐热性能

5．3 Al-0．12Sc-0．04Zr(wt．％)合金导线的综合性能评定

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及发明专利