中等强度高导电率Al-Mg-Si合金制备工艺及组织性能研究

发布时间：2017-04-03 17:07

  本文关键词：中等强度高导电率Al-Mg-Si合金制备工艺及组织性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文针对一种Al-Mg-Si合金导体的制备工艺及组织性能开展研究与探讨,目的在于较多地提高铝合金电工导线力学性能的同时,尽量减少合金导电率的损失,制备出新型铝合金导电材料来代替铜导线和钢芯铝绞线,从而降低成本,节省能源。本文以工业高纯铝为基础材料,自行配制新型Al-Mg-Si合金。通过设计合金成分,优化工艺方案,采取高变形挤压制杆,微合金化和时效处理等手段,研究不同条件下Al-Mg-Si合金的性能变化规律,并对显微组织进行分析,最终获得性能优良的Al-Mg-Si合金材料。试验结果表明:当Al-Mg-Si合金成分为硅0.3wt.%,镁0.4wt.%,铁0.12wt.%时,采取RE及B净化处理工艺,配合吹氩精炼,对浇注后的合金锭进行固溶处理(固溶温度500℃,保温1h,空冷),之后挤压(挤压温度为350℃,挤压速度3-4mm/s,风冷),接着时效处理(时效温度190℃,保温8小时),拉拔导线的导电率达到62%IACS,抗拉强度达到224MPa,高于目前公开报道的现有水平。研究发现,Al-Mg-Si合金经固溶、挤压处理后配合适当的时效工艺至关重要,强化相Mg2Si的析出,降低了过饱和固溶体中的Si含量,从而提高合金的力学性能和导电率。适当控制时效处理工艺参数,可使Al-Mg-Si合金的导电率提高2%IACS。研究还发现,向Al-Mg-Si合金中加入其它合金元素,可进一步提高抗拉强度,但对导电率有一定的减弱作用。其中,微量Cu的添入可以加快β"相弥散析出过程,细化析出相的尺寸,并且能够使合金时效峰值提高,时间提前,导电率降低。当Cu含量为0.06wt.%时,抗拉强度达到峰值234MPa,但导电率却下降为57.7%IACS。添加微量Zn、Mn元素可同样提高合金的抗拉强度,但也会降低合金导电率,当添入Zn为0.5wt.%时,抗拉强度达到242.5MPa,电导率则下降到57.8%IACS。光学金相、能谱和XRD衍射分析结果表明,随着Mn元素的添入量不断增加,合金时效态组织中析出的长条状(Al,Fe,Si,Mg)四元相向短棒状发生转变,并且尺寸减小,这种变化使得合金抗拉强度得到提高,同时对导电率也有一定的修复作用。综上,微合金化对Al-Mg-Si合金强度提高可起到有利作用,但考虑对合金导电性能的影响,应该有选择性进行添加,并且配合适当的时效处理工艺,以获得较高综合性能的合金材料以及制备工艺。
【关键词】：Al-Mg-Si合金 中等强度 高导电率 制备工艺 性能
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 电工铝及铝合金导线材料概述10-12
• 1.3 Al-Mg-Si合金导体材料概述12-14
• 1.3.1 Al-Mg-Si系合金强化机制12-13
• 1.3.2 Al-Mg-Si系合金的合金化13-14
• 1.3.3 Al-Mg-Si系合金的导电性14
• 1.4 电工铝合金导线的生产工艺14-15
• 1.5 本文选题的目的及意义15-16
• 1.6 本文研究内容16-17
• 第2章 试验过程及分析测试方法17-26
• 2.1 合金成分设计17
• 2.2 材料制备及试验设备17-22
• 2.2.1 合金熔铸17-19
• 2.2.2 固溶处理19-20
• 2.2.3 挤压杆制备20-21
• 2.2.4 时效处理21-22
• 2.3 试验材料性能测试及组织观察22-24
• 2.3.1 金相组织观察22
• 2.3.2 扫描电镜及能谱分析22
• 2.3.3 XRD衍射分析22-23
• 2.3.4 力学性能测试23
• 2.3.5 导电率测试23-24
• 2.4 拉线工艺24-26
• 第3章 Al-Mg-Si合金杆制备工艺分析26-34
• 3.1 熔炼时精炼和净化处理26-28
• 3.1.1 RE、B的净化处理26-28
• 3.1.2 吹氩精炼28
• 3.2 固溶处理28-31
• 3.2.1 参数选取28-29
• 3.2.2 固溶前后组织观察29-31
• 3.3 挤压法制杆工艺31-34
• 3.3.1 挤压参数确定31-32
• 3.3.2 挤压后合金组织及性能32-34
• 第4章 时效处理对挤压Al-Mg-Si合金组织及性能的影响34-45
• 4.1 正交试验结果与分析34-35
• 4.2 时效处理对合金组织的影响35-39
• 4.3 时效处理对导电性能的影响39-40
• 4.4 时效处理对力学性能的影响40-41
• 4.5 添加微合金元素对时效工艺的影响41-45
• 4.5.1 时效处理后Al-Mg-Si合金抗拉强度的变化42-43
• 4.5.2 时效处理后Al-Mg-Si合金导电率的变化43-45
• 第5章 合金化对Al-Mg-Si合金组织及性能的影响45-61
• 5.1 Cu元素对合金组织及性能的影响45-50
• 5.1.1 力学性能测试及分析45-47
• 5.1.2 导电率测试及分析47-48
• 5.1.3 显微组织观察48-50
• 5.2 Zn、Mn元素对Al-Mg-Si合金组织及性能的影响50-61
• 5.2.1 力学性能及导电率分析51-53
• 5.2.2 显微组织观察53-61
• 第6章 结论61-62
• 参考文献62-67
• 在学研究成果67-68
• 致谢68

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