Al-Mg-Si基导体材料组织和性能的研究

发布时间：2017-05-19 00:06

  本文关键词：Al-Mg-Si基导体材料组织和性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：导体材料除了要有良好的导电性外,还要有一定的强度以支持其自身的重量和外来的自然载重。Al-Mg-Si系合金优越的力学性能,使其在中重冰区、大跨越线路中优势明显。但Al-Mg-Si系铝合金导线仍存在一些问题:○1 Al-Mg-Si系合金导电率较低。○2合金中的Mg2Si相往往以粗大的汉字状形态出现,使合金的室温力学性能特别是延伸率下降,同时也会限制Mg2Si相对合金高温性能的贡献。○3铸态组织晶粒粗大,机械性能有待提高。本文在常用高强铝合金导体材料6201、6101的基础上,调整镁硅比例,并添加硼、稀土和锶元素,以提高合金导电性。采用正交试验,对Al-Mg-Si-B-Re-Sr材料的成分进行优化,并通过对铸态合金的导电率、抗拉强度和伸长率进行评分,得出最佳合金成分Al-0.96Mg-0.6Si-0.05B-0.3Re-0.03Sr。对合金锭进行不同温度的均匀化处理,研究均匀化温度和时间对合金显微组织和性能的影响,确定最佳均匀化温度和保温时间为575℃,9h。将均匀化后的合金挤压、拉拔,制备铝合金线。固溶、时效处理后测试合金线性能。研究结果表明,各因素对合金导电率的影响显著程度由大到小依次为:镁硅比例、硼含量、锶含量和稀土含量。对合金抗拉强度的影响显著程度由大到小依次为:镁硅比例、锶含量、硼含量、稀土含量。对合金伸长率的影响显著程度由大到小依次为:镁硅比例、硼含量、稀土含量、锶含量。最优合金Al-0.96Mg-0.6Si-0.05B-0.3Re-0.03Sr,铸态时的导电率、抗拉强度和伸长率分别为43.1%IACS,175MPa,12.9%。当合金中镁硅比例为1.5:1时,合金组织中有粗大板块状初晶硅生成。初晶硅降低合金导电性、抗拉强度和伸长率。当合金中镁硅比例为1.6:1和1.7:1时,无初晶硅出现。质量分数为0.03%的锶,能够使网状Mg2Si分散、细小,使AlFeSi由β-AlFeSi相转变为α-AlFeSi相,提高合金力学性能,改善合金加工性能。当锶含量超过0.1%时,合金组织中出现针状Al4Sr相,随着锶含量的增加,Al4Sr相增多,并且在晶界处偏聚,降低合金导电性能和力学性能。对最优合金进行不同温度的均匀化处理,560℃保温16h和575℃保温9h,晶界处的偏析得到明显改善,晶界变细,第二相分散,合金显微组织最佳,590℃保温4h,合金出现过烧现象。当均匀化温度为560℃,保温时间为16小时时,合金导电率达到最大值,为55.6%IACS,比铸态合金导电率(43.1%IACS)提高29.0%。当均匀化温度为575℃时,保温时间为9小时时,合金导电率达到最大值,为55.5%IACS,比铸态合金导电率(43.1%)提高28.7%。均匀化处理后,合金抗拉强度降低,伸长率升高。560℃均匀化处理16h,合金抗拉强度为153MPa,伸长率为13.1%,575℃均匀化处理9h,合金抗拉强度为166MPa,伸长率为13%。挤压后的Al-0.96Mg-0.6Si-0.05B-0.3Re-0.03Sr合金,晶粒在应力作用下被拉长,沿挤压方向有较明显的方向性。晶界处的粗大第二相,发生破碎,并沿挤压方向分布。冷拉后,晶粒呈明显的纤维状。350℃中间退火后,显微组织变化不明显。中间退火的铝合金导线较未退火的铝合金导线导电率和抗拉强度有所降低,伸长率有所升高。合金线的抗拉强度随着时效时间的延长,先增大后减小。时效温度越高,合金线强度峰值越大,达到峰值所需时间越短。合金线的导电率,随着时效温度的增加,和时效时间的延长,逐渐增大。最佳固溶、时效参数为:550℃固溶处理0.5h,空冷,200℃时效处理12h。此时铝合金导线性能最佳,抗拉强度、伸长率和导电率分别为294MPa,10%,53.9%IACS。
【关键词】：Al-Mg-Si 合金元素 均匀化处理 显微组织 力学性能 导电率
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM24;TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-26
• 1.1 引言14-15
• 1.2 铝合金导线与Al-Mg-Si导体材料15-16
• 1.3 铝合金导线性能的影响因素16-23
• 1.3.1 化学成分的影响16-17
• 1.3.2 组织结构的影响17-18
• 1.3.3 加工工艺的影响18-21
• 1.3.4 杂质、缺陷的影响21-22
• 1.3.5 使用环境的影响22-23
• 1.4 高强铝合金导线的生产工艺23
• 1.5 研究内容23-26
• 1.5.1 目的和意义23-24
• 1.5.2 研究内容24-26
• 2 实验过程及研究方法26-33
• 2.1 Al-Mg-Si-B-Re-Sr导体材料的制备26-30
• 2.1.1 实验原料26
• 2.1.2 实验工具及设备26-28
• 2.1.3 合金熔炼28-30
• 2.2 Al-Mg-Si-B-Re-Sr导体材料的热处理30
• 2.3 铝合金线的制备工艺30-31
• 2.4 实验分析与检测方法31
• 2.4.1 合金成分分析（IR）31
• 2.4.2 金相显微组织观察（OM）31
• 2.4.3 扫描电子显微镜观察(SEM)及能谱分析(EDS)31
• 2.4.4 差热分析（DSC）31
• 2.5 合金性能测试31-33
• 2.5.1 硬度试验31
• 2.5.2 拉伸试验31-32
• 2.5.3 电导率测试32-33
• 3 Al-Mg-Si-B-Re-Sr导体材料的优化制备33-50
• 3.1 正交试验制备Al-Mg-Si-B-Re-Sr导体材料33-37
• 3.1.1 Al-Mg-Si-B-Re-Sr导体材料成分设计33-34
• 3.1.2 正交试验的设计34
• 3.1.3 正交试验的性能评分34-37
• 3.2 正交试验的验证试验37-44
• 3.2.1 合金显微组织分析37-42
• 3.2.2 合金性能分析42-44
• 3.3 锶元素作用机理的研究44-49
• 3.3.1 锶对合金显微组织的影响44-48
• 3.3.2 锶对合金性能的影响48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 均匀化处理对Al-Mg-Si-B-Re-Sr合金组织和性能的影响50-58
• 4.1 DSC分析50-51
• 4.2 均匀化处理对合金显微组织的影响51-54
• 4.3 均匀化处理温度对均匀化程度的影响54-55
• 4.4 均匀化参数对合金性能的影响55-57
• 4.4.1 均匀化参数对合金导电性的影响55-56
• 4.4.2 均匀化制度对合金强度和伸长率的影响56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 加工工艺对合金显微组织和性能的影响58-69
• 5.1 挤压对合金显微组织的影响58-60
• 5.1.1 挤压工艺参数设计58-59
• 5.1.2 挤压生产工艺流程59
• 5.1.3 挤压对合金显微组织的影响59-60
• 5.2 拉拔对合金显微组织和性能的影响60-63
• 5.2.1 拉拔工艺参数设计60-61
• 5.2.2 拉拔和中间退火对合金显微组织的影响61-62
• 5.2.3 中间退火对铝合金导线性能的影响62-63
• 5.3 固溶、时效处理63-68
• 5.3.1 时效温度和时间对合金性能的影响63-66
• 5.3.2 冷却方式对合金性能的影响66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 6 主要结论69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 肖代红;陈康华;罗伟红;;固溶热处理对AA7085铝合金组织与性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2010年03期

2 邓平晔,刘顺华;锶对6201铝合金热加工性能的影响[J];机械工程材料;2001年06期

3 刘斌;郑秋;党朋;曾伟;;铝合金在架空导线领域的应用及发展[J];电线电缆;2012年04期

4 周泽;盛金伟;;电缆用铝线生产工艺的改进[J];光纤与电缆及其应用技术;2015年01期

5 刘东雨;郭强;严康骅;袁晓娜;刘静静;侯世香;李宝让;冯砚厅;徐雪霞;;杂质元素和微合金化元素对纯铝导体导电性能的影响[J];热处理技术与装备;2015年02期

6 李智平,王忠峰;电工圆铝杆常见缺陷及其预防措施[J];山西冶金;2002年01期

7 刘顺华,邓平晔;B和Sr同时存在的6201铝合金的金相组织与电性能[J];热加工工艺;2000年05期

8 张建新;高爱华;;合金元素对6063铝合金组织性能影响的综述[J];热加工工艺;2012年02期

9 范晓明;刘建方;刘敏强;魏瑛;邓学林;喻尚钟;;Sr对高铁Al-Si合金组织和性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2007年11期

10 刘潇;杨f;赵艳;;Ti对耐热导电铝合金微观组织和性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2011年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 刘潇;Ti对耐热导电铝合金组织和性能影响的研究[D];郑州大学;2011年

2 张珊珊;Al-Mg-Si合金铸态组织及其铸锭均匀化处理研究[D];东北大学;2011年

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本文编号：377383