连续ECAE动态时效成形Al-Zr-B-Y耐热铝合金导体的组织与性能

发布时间：2017-08-28 23:13

  本文关键词：连续ECAE动态时效成形Al-Zr-B-Y耐热铝合金导体的组织与性能

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【摘要】：铝及铝合金具有较小的密度、较高的强度比、很好的导电和导热性能。高温耐热铝合金导线是一种新型特种导线,与传统的导线相比,它具有较高的高温强度,具有较好的抗冰冻灾害的能力。根据铝合金导体的生产和研究现状,本文以耐热Al-Zr-B-Y合金作为研究对象,通过利用DEFORM-3D模拟软件,优化改进模具的尺寸及结构,以及拉拔工程的温度和速度,使其更加的合理与完善;经过动态连续ECAE挤压,确定最合理的挤压次数。采用连续ECAE动态时效成形工艺,制备高性能的铝合金导体坯料。通过时效处理,进一步提高合金导体的各项性能。借助金相显微镜、扫描电子显微镜、材料拉伸试验机和双臂直流电桥等设备仪器研究连续ECAE动态时效成形Al-0.3Zr-0.06B-Y合金的微观组织、各项力学性能以及导电性能,主要结果如下:(1)通过对利用Deform-3D模拟,优化ECAE模具并进行拉拔过程模拟。随着拉伸道次、摩擦系数、拉拔速度的增加,铝线的温度由开始道次的室温逐渐上升。在无冷却条件下,成品道次的铝线温度可达180℃以上,其中摩擦系数比拉伸速度对导线温度影响更大。(2)连续ECAE工艺制备的铝合金,晶粒更加细化,合金性能更加优越,力学性能和导电性能都有一个质的提高。本文利用99.7%纯铝锭作为原材料,当Al-0.3Zr-0.06B-Y合金中稀土Y元素的含量为0.2%,当工艺参数为:浇注温度750℃,ECAE挤压温度350℃时,挤压道次为4时,动态连续ECAE成形Al-Zr-B-Y合金杆有优良的力学性能和导电性能。其导电率、抗拉强度和伸长率分别为59.5%IACS、249.3MPa和11.3%。(3)稀土Y含量的加入,Al-0.3Zr-0.06B合金导体的组织得到细化,当Y含量达到0.2%时Al-0.3Zr-0.06B合金晶粒的均匀化程度最好,细化效果也最明显,当Y的含量超过0.2%时晶粒形态和大小变化不再明显。在Al-0.3Zr-0.06B合金凝固过程中,只有少量Y元素过饱和固溶在Al-0.3Zr-0.06B合金中,大部分Y偏聚在Al-0.3Zr-0.06B合金的晶界处。对Al-0.3Zr-0.06B合金进行Y元素合金化后,提高了导体的导电率、抗拉强度和耐热性。并且Al-0.3Zr-0.06B合金的导电率在Y含量为0.2%时达到最高,为59.5%IACS。(4)采用过时效工艺,可制备高性能的Al-Zr-B-Y合金的导体。Al-0.3Zr-0.06B-0.2Y合金在过失效处理时的时效温度、时效时间、抗拉强度、伸长率、等效导电率为:①160℃、12h、267.76MPa、7.0%、59.32%IACS,②180℃、12h、265.32MPa、6.7%、59.54%IACS,③200℃、12h、263.21MPa、6.4%、59.73%IACS,④220℃、12h、261.87MPa、6.2%、59.94%IACS。(5)添加适量的稀土Y元素的可有效提高Al-0.3Zr-0.06B合金导体的导电性能,在时效温度和时间分别为220℃和16h时导线的导电性达到最高值,Al-0.3Zr-0.06B-0.2Y为59.4%IACS。
【关键词】：Al-Zr-B-Y合金 连续ECAE 拉伸强度 导电率 时效处理
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG166.3;TG146.21;TG379
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 引言11-13
• 1.1.1 铝在电工行业的应用11
• 1.1.2 铝合金导线的研究进展11-13
• 1.2 铝合金导体中元素的加入13-15
• 1.2.1 锆元素的加入对铝合金导体组织性能的影响13-14
• 1.2.2 硼元素的加入及硼化处理14-15
• 1.2.3 铝合金中稀土元素的加入15
• 1.3 ECAE机理及发展15-16
• 1.4 课题研究的意义16-17
• 第2章ECAE模具设计与有限元模拟17-32
• 2.1 连续ECAE模具设计17-20
• 2.1.1 ECAE模具设计17-19
• 2.1.2 模具强度校核19-20
• 2.2 ECAE工艺的Derform-3D模拟20-25
• 2.2.1 倒入模具21
• 2.2.2 设置基本属性21
• 2.2.3 划分网格21-22
• 2.2.4 设置模拟参数22
• 2.2.5 模拟和后处理22-25
• 2.3 拉伸过程的Deform-3D模拟25-27
• 2.3.1 有限元模型25-26
• 2.3.2 边界条件的确定26
• 2.3.3 加载及求解26-27
• 2.4 模拟结果及分析27-30
• 2.4.1 不同拉伸速度与摩擦条件下成形各道次的温度分布27-28
• 2.4.2 多道次连续拉拔过程铝导线径向温度分布28-30
• 2.5 小结30-32
• 第3章 连续ECAE成形 12mm×12mm方坯的组织与性能32-47
• 3.1 材料制备32-34
• 3.1.1 熔炼32-33
• 3.1.2 精炼除气及元素的添加33-34
• 3.1.3 合金的均匀化处理与挤压加工34
• 3.2 ECAE连续挤压工艺注意事项及参数设定34-36
• 3.3 试样的制取36-37
• 3.4 Al-Zr-B-Y合金的金相组织观察37-41
• 3.5 稀土Y的存在形式及其对铝合金组织性能的影响41-47
• 3.5.1 稀土Y的存在形式41-43
• 3.5.2 稀土Y对Al-Zr-B合金性能的影响43-46
• 3.5.3 小结46-47
• 第4章 时效Al-Zr-B-Y合金线材的组织与性能47-55
• 4.1 合金线材的制取47
• 4.2 时效处理工艺47-48
• 4.3 时效处理对Al-Zr-B-Y合金微观组织的影响48-49
• 4.4 人工时效强化对Al-Zr-B-Y合金性能的影响49-53
• 4.5 时效处理下Al-Zr-B-Y与Al-Zr-B合金导电率的对比53-54
• 本章小结54-55
• 第5章 结论55-57
• 参考文献57-62
• 发表的论文62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

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本文编号：750022